摘要：在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,數(shù)據(jù)容量急速增長,對(duì)數(shù)據(jù)處理速度的要求越來越高,隨之而來的高能耗問題帶來巨大的運(yùn)營成本壓力。面對(duì)業(yè)務(wù)挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心也需要轉(zhuǎn)型升級(jí),其中“綠色、節(jié)能、高效”已經(jīng)是新一代數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主流標(biāo)準(zhǔn)。針對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗高的問題,文中提出數(shù)據(jù)中心新能源智能微網(wǎng)供電解決方案,直擊痛點(diǎn)。

1 增加儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)1+1>2

目前,數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目所在城市的電網(wǎng)一般都很穩(wěn)定,配置的剛需UPS/高壓直流系統(tǒng)的不間斷應(yīng)急功能幾乎是沉沒成本,如果將其改造成為帶儲(chǔ)能功能,則在保留原有功能基礎(chǔ)的同時(shí),還能帶來較高的經(jīng)濟(jì)收益。

在數(shù)據(jù)中心增加儲(chǔ)能應(yīng)用的根本原因是因?yàn)?ldquo;電”。隨著數(shù)據(jù)中心的大規(guī)模建設(shè),能源利用效率越來越受到用戶關(guān)注,而整個(gè)數(shù)據(jù)中心里的用電大戶,一個(gè)是UPS和負(fù)載器,另一個(gè)是制冷空調(diào)。

如何利用能源降低運(yùn)行成本?常規(guī)做法是通過“開源”、“節(jié)流”、“電價(jià)”三種手段:在源頭把風(fēng)光新能源接入,不僅能享受發(fā)電收益、政府補(bǔ)貼,還能起到節(jié)能減排的作用;通過提高終端設(shè)備和中間設(shè)備的效率來“節(jié)流”;用儲(chǔ)能方式來削峰填谷,包括電儲(chǔ)能與蓄冷。

相比之下,科華恒盛解決方案的特別之處是在“開源”環(huán)節(jié),接入風(fēng)光新能源后,采用直流總線并網(wǎng);在“節(jié)流”環(huán)節(jié),提高中間設(shè)備效率,采用高壓直流供電;在“電價(jià)”環(huán)節(jié),通過削峰填谷的方式來儲(chǔ)能。這三個(gè)環(huán)節(jié)的背后都是由數(shù)據(jù)中心智能微網(wǎng)供電系統(tǒng)來綜合管理的。

2 兼具剛需與儲(chǔ)能功能

科華恒盛數(shù)據(jù)中心新能源智能微網(wǎng)供電解決方案的特點(diǎn)是剛需與儲(chǔ)能并舉。

首先,作為儲(chǔ)能應(yīng)用的UPS須先擴(kuò)容電池組,讓全電池組參與儲(chǔ)能。電池容量的設(shè)計(jì)一定要保證60%作為儲(chǔ)能來用,剩余的40%作為UPS后備供電,如此才能讓電源充分滿足用戶的剛性用電需求。這套設(shè)計(jì)方案改造工程量小,系統(tǒng)收益率高,特別適用于數(shù)據(jù)中心、大型商業(yè)體。數(shù)據(jù)中心UPS儲(chǔ)能解決方案如圖1所示。

從技術(shù)層面上說,在不同時(shí)段、不同狀態(tài)下,儲(chǔ)能型UPS的運(yùn)作方式有所不同。

在波谷時(shí)段,例如22:00～次日6:00以后的用電量較小(不同地區(qū)的規(guī)定可能不一樣,下同),這個(gè)時(shí)段的電價(jià)相對(duì)較低。由于儲(chǔ)能型UPS增加了蓄電池,利用波谷時(shí)段對(duì)蓄電池進(jìn)行充電,然后負(fù)載供電,這是一個(gè)UPS正常工作狀態(tài)。在此方案中,僅需對(duì)電網(wǎng)進(jìn)線、整流器功率擴(kuò)容,相比PCS的投入,大大減少了成本。

在波峰時(shí)段,例如8:00～11:00和18:00～21:00的用電量較大,電價(jià)相對(duì)較高。當(dāng)設(shè)定的波峰時(shí)段開始時(shí),利用波谷時(shí)段儲(chǔ)能的電池開始放電,到達(dá)電池欠壓保護(hù)點(diǎn)或者設(shè)定的波峰時(shí)段結(jié)束,電池停止放電,切換回市電供電。

在平價(jià)時(shí)段,例如11:00～18:00、21:00～22:00的用電量一般,電價(jià)居中。此時(shí)段,電池處于待機(jī)狀態(tài),不充不放,由市電對(duì)IDC、精密負(fù)載供電。

在市電斷電狀態(tài),不管電網(wǎng)何時(shí)突然斷電,UPS型PCS都可以0ms切換為電池對(duì)IDC、精密負(fù)載設(shè)備供電。最惡劣的情況是電池組在波峰時(shí)段剛放完電時(shí)斷電,此時(shí)的系統(tǒng)供電時(shí)間最短,系統(tǒng)設(shè)計(jì)要預(yù)留。

在故障狀態(tài),當(dāng)PCS逆變器回路故障時(shí),靜態(tài)開關(guān)可無縫切換到旁路供電,由電網(wǎng)直接對(duì)IDC進(jìn)行應(yīng)急供電。不過此時(shí)應(yīng)盡快排除故障,減少負(fù)載設(shè)備供電風(fēng)險(xiǎn)。

在維護(hù)狀態(tài),手動(dòng)維護(hù)開關(guān)接通,PCS可不帶電不脫機(jī)維護(hù)。

3 接入新能源智能微網(wǎng)

數(shù)據(jù)中心有了儲(chǔ)能應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,只有在接入新能源智能微網(wǎng)后,才具備顯著的綠色環(huán)保特性。針對(duì)企業(yè)數(shù)據(jù)中心的不同需求,科華恒盛進(jìn)一步推出了數(shù)據(jù)中心光伏+儲(chǔ)能UPS應(yīng)用方案、高壓直流型儲(chǔ)能方案。

數(shù)據(jù)中心光伏+儲(chǔ)能UPS應(yīng)用方案如圖2所示,它是在現(xiàn)有的儲(chǔ)能UPS方案上增加了光伏,即在白天光照最好的時(shí)候,通過光伏控制器給蓄電池進(jìn)行充電。

高壓直流型儲(chǔ)能方案如圖3所示,它打造了一個(gè)直流微網(wǎng)的方案,通過高壓直流給電池充電,同時(shí)給設(shè)備供電。這套方案可以將光伏、風(fēng)機(jī)無縫并到直流系統(tǒng)里面,組成儲(chǔ)能系統(tǒng),但是原有系統(tǒng)卻無需改造。在電價(jià)波谷、波峰、平價(jià)時(shí)段,HVDC/電池、太陽能、市電的工作模式如圖4所示。

值得一提的是,高壓直流型儲(chǔ)能方案采用了儲(chǔ)能型鉛碳電池,該蓄電池是在鉛碳基礎(chǔ)上加入了一種超級(jí)電容的設(shè)計(jì)。將儲(chǔ)能型鉛碳電池與普通鉛碳電池進(jìn)行循環(huán)壽命的比較,可以看到普通鉛碳電池大概是440次,儲(chǔ)能型鉛碳蓄電池可以達(dá)到3000多次。當(dāng)放電深度為60%時(shí),儲(chǔ)能型鉛碳電池循環(huán)壽命大概是3000次,因?yàn)樵O(shè)計(jì)的時(shí)候不能把蓄電池完全放完。

擁有28年高端電源研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的科華恒盛近年來在全國積極布局?jǐn)?shù)據(jù)中心。2014年,公司自建IDC北京亦莊一期,有1000個(gè)機(jī)柜,次年便增至4000個(gè)機(jī)柜;2015年,公司與電信、騰訊、浪潮云服務(wù)等展開戰(zhàn)略合作,參與新型節(jié)能數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)的建立,構(gòu)建云產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài);2016年,公司在北上廣深等核心城市持續(xù)拓展,其中上海、廣州兩地?cái)?shù)據(jù)中心投入運(yùn)營,年底全國至少將有15000個(gè)機(jī)柜交付客戶實(shí)際使用上市。

到2017年,科華恒盛還要繼續(xù)擴(kuò)大在一線城市的云計(jì)算中心的布局,規(guī)劃是到2018年底建成超過6萬個(gè)機(jī)柜的規(guī)模。

此外,科華恒盛還聯(lián)手北京智慧星科技,共同致力于打造國際一流水平的大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái);聯(lián)合科大國盾打造世界首個(gè)量子安全數(shù)據(jù)中心。

包括數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)建設(shè)、云服務(wù)、保障數(shù)據(jù)安全的量子通訊在內(nèi)的云基礎(chǔ)服務(wù)是科華恒盛“一體兩翼”戰(zhàn)略的重要組成部分。在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域,科華恒盛從高起點(diǎn)出發(fā),也希望為我國綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)樹立高標(biāo)準(zhǔn)。

作者簡(jiǎn)介

楊平,廈門科華恒盛股份有限公司售前技術(shù)總監(jiān)。十多年來一直致力于高端電源解決方案的研究工作,2009年至今,專注于數(shù)據(jù)中心整體方案的研究應(yīng)用。在此期間,率領(lǐng)專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì),結(jié)合公司的技術(shù)產(chǎn)品,在通信、金融、工業(yè)、交通、政府、IT等各個(gè)行業(yè),為客戶提供最佳的解決方案。