摘要：在移动互联网时代,数据容量急速增长,对数据处理速度的要求越来越高,随之而来的高能耗问题带来巨大的运营成本压力。面对业务挑战,传统的数据中心也需要转型升级,其中“绿色、节能、高效”已经是新一代数据中心建设的主流标准。针对数据中心能耗高的问题,文中提出数据中心新能源智能微网供电解决方案,直击痛点。
1 增加储能实现1+1>2
目前,数据中心项目所在城市的电网一般都很稳定,配置的刚需UPS/高压直流系统的不间断应急功能几乎是沉没成本,如果将其改造成为带储能功能,则在保留原有功能基础的同时,还能带来较高的经济收益。
在数据中心增加储能应用的根本原因是因为“电”。随着数据中心的大规模建设,能源利用效率越来越受到用户关注,而整个数据中心里的用电大户,一个是UPS和负载器,另一个是制冷空调。
如何利用能源降低运行成本?常规做法是通过“开源”、“节流”、“电价”三种手段:在源头把风光新能源接入,不仅能享受发电收益、政府补贴,还能起到节能减排的作用;通过提高终端设备和中间设备的效率来“节流”;用储能方式来削峰填谷,包括电储能与蓄冷。
相比之下,科华恒盛解决方案的特别之处是在“开源”环节,接入风光新能源后,采用直流总线并网;在“节流”环节,提高中间设备效率,采用高压直流供电;在“电价”环节,通过削峰填谷的方式来储能。这三个环节的背后都是由数据中心智能微网供电系统来综合管理的。
2 兼具刚需与储能功能
科华恒盛数据中心新能源智能微网供电解决方案的特点是刚需与储能并举。
首先,作为储能应用的UPS须先扩容电池组,让全电池组参与储能。电池容量的设计一定要保证60%作为储能来用,剩余的40%作为UPS后备供电,如此才能让电源充分满足用户的刚性用电需求。这套设计方案改造工程量小,系统收益率高,特别适用于数据中心、大型商业体。数据中心UPS储能解决方案如图1所示。
从技术层面上说,在不同时段、不同状态下,储能型UPS的运作方式有所不同。
在波谷时段,例如22:00～次日6:00以后的用电量较小(不同地区的规定可能不一样,下同),这个时段的电价相对较低。由于储能型UPS增加了蓄电池,利用波谷时段对蓄电池进行充电,然后负载供电,这是一个UPS正常工作状态。在此方案中,仅需对电网进线、整流器功率扩容,相比PCS的投入,大大减少了成本。
在波峰时段,例如8:00～11:00和18:00～21:00的用电量较大,电价相对较高。当设定的波峰时段开始时,利用波谷时段储能的电池开始放电,到达电池欠压保护点或者设定的波峰时段结束,电池停止放电,切换回市电供电。
在平价时段,例如11:00～18:00、21:00～22:00的用电量一般,电价居中。此时段,电池处于待机状态,不充不放,由市电对IDC、精密负载供电。
在市电断电状态,不管电网何时突然断电,UPS型PCS都可以0ms切换为电池对IDC、精密负载设备供电。最恶劣的情况是电池组在波峰时段刚放完电时断电,此时的系统供电时间最短,系统设计要预留。
在故障状态,当PCS逆变器回路故障时,静态开关可无缝切换到旁路供电,由电网直接对IDC进行应急供电。不过此时应尽快排除故障,减少负载设备供电风险。
在维护状态,手动维护开关接通,PCS可不带电不脱机维护。
3 接入新能源智能微网
数据中心有了储能应用还远远不够,只有在接入新能源智能微网后,才具备显著的绿色环保特性。针对企业数据中心的不同需求,科华恒盛进一步推出了数据中心光伏+储能UPS应用方案、高压直流型储能方案。
数据中心光伏+储能UPS应用方案如图2所示,它是在现有的储能UPS方案上增加了光伏,即在白天光照最好的时候,通过光伏控制器给蓄电池进行充电。
高压直流型储能方案如图3所示,它打造了一个直流微网的方案,通过高压直流给电池充电,同时给设备供电。这套方案可以将光伏、风机无缝并到直流系统里面,组成储能系统,但是原有系统却无需改造。在电价波谷、波峰、平价时段,HVDC/电池、太阳能、市电的工作模式如图4所示。
值得一提的是,高压直流型储能方案采用了储能型铅碳电池,该蓄电池是在铅碳基础上加入了一种超级电容的设计。将储能型铅碳电池与普通铅碳电池进行循环寿命的比较,可以看到普通铅碳电池大概是440次,储能型铅碳蓄电池可以达到3000多次。当放电深度为60%时,储能型铅碳电池循环寿命大概是3000次,因为设计的时候不能把蓄电池完全放完。
拥有28年高端电源研发经验的科华恒盛近年来在全国积极布局数据中心。2014年,公司自建IDC北京亦庄一期,有1000个机柜,次年便增至4000个机柜;2015年,公司与电信、腾讯、浪潮云服务等展开战略合作,参与新型节能数据中心标准的建立,构建云产业链生态;2016年,公司在北上广深等核心城市持续拓展,其中上海、广州两地数据中心投入运营,年底全国至少将有15000个机柜交付客户实际使用上市。
到2017年,科华恒盛还要继续扩大在一线城市的云计算中心的布局,规划是到2018年底建成超过6万个机柜的规模。
此外,科华恒盛还联手北京智慧星科技,共同致力于打造国际一流水平的大数据应用平台;联合科大国盾打造世界首个量子安全数据中心。
包括数据中心的基础建设、云服务、保障数据安全的量子通讯在内的云基础服务是科华恒盛“一体两翼”战略的重要组成部分。在数据中心领域,科华恒盛从高起点出发,也希望为我国绿色数据中心建设树立高标准。
作者简介
杨平,厦门科华恒盛股份有限公司售前技术总监。十多年来一直致力于高端电源解决方案的研究工作,2009年至今,专注于数据中心整体方案的研究应用。在此期间,率领专业技术团队,结合公司的技术产品,在通信、金融、工业、交通、政府、IT等各个行业,为客户提供最佳的解决方案。
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