儲(chǔ)能是新型數(shù)據(jù)中心的必選項(xiàng)

 

2021年，工信部印發(fā)的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》中明確了對(duì)“新型數(shù)據(jù)中心”的定義：新型數(shù)據(jù)中心是指以支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級(jí)、融合創(chuàng)新為導(dǎo)向，以5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等應(yīng)用需求為牽引，匯聚多元數(shù)據(jù)資源、運(yùn)用綠色低碳技術(shù)、具備安全可靠能力、提供高效算力服務(wù)、賦能千行百業(yè)應(yīng)用，與網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算融合發(fā)展的新型基礎(chǔ)設(shè)施。“高技術(shù)、高算力、高能效、高安全”也成為了新型數(shù)據(jù)中心的四大特征。

 

與此同時(shí)，在《關(guān)于加快構(gòu)建全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》中也提出要“強(qiáng)化能源配套機(jī)制”，作為高載能的數(shù)據(jù)中心行業(yè)，要探索建立電力網(wǎng)和數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)建設(shè)、協(xié)同運(yùn)行機(jī)制，進(jìn)一步降低數(shù)據(jù)中心用電成本；引導(dǎo)清潔能源開(kāi)發(fā)使用，加快推廣應(yīng)用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)；推動(dòng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)，加快數(shù)據(jù)中心節(jié)能和綠色化改造等主要任務(wù)。

 

綜上，在“碳中和”“東數(shù)西算”等政策的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心采用可再生能源已成必然趨勢(shì)。

 

眾所周知，包括風(fēng)電、水電、太陽(yáng)能發(fā)電等在內(nèi)的一眾可再生能源都有一個(gè)統(tǒng)一的“缺陷”—穩(wěn)定性差，這對(duì)于要求24小時(shí)×365天穩(wěn)定運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心而言，是“致命的缺陷”。

 

儲(chǔ)能作為一個(gè)能很好解決可再生能源穩(wěn)定性差缺點(diǎn)的技術(shù)方向，受到了IDC行業(yè)的廣泛關(guān)注。儲(chǔ)存的能量可以用做應(yīng)急能源，也可以在電網(wǎng)負(fù)荷低的時(shí)候儲(chǔ)能，在電網(wǎng)高負(fù)荷的時(shí)候輸出能量，用于削峰填谷，減輕電網(wǎng)波動(dòng)的同時(shí)，降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)成本。

 

儲(chǔ)能技術(shù)已然成為建設(shè)新型數(shù)據(jù)中心必選項(xiàng)之一。

 

技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)進(jìn)步

 

無(wú)論哪個(gè)行業(yè)，技術(shù)一直是推進(jìn)行業(yè)進(jìn)步的關(guān)鍵手段，對(duì)于IDC行業(yè)而言，亦是如此。而儲(chǔ)能是否能與IDC行業(yè)結(jié)合，從而誕生出“儲(chǔ)能+IDC”的新運(yùn)營(yíng)模式，儲(chǔ)能技術(shù)在其中起到關(guān)鍵作用。下面我們就盤點(diǎn)一下，現(xiàn)階段儲(chǔ)能技術(shù)都有哪些，以及各類儲(chǔ)能技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

 

抽水儲(chǔ)能

 

該儲(chǔ)能技術(shù)利用水作為儲(chǔ)能介質(zhì)，通過(guò)電能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存和管理。在電力負(fù)荷低谷期將水“抽”到地勢(shì)高的地方，在水庫(kù)中儲(chǔ)存起來(lái)。在電力負(fù)荷高峰期，用水從高處流下的勢(shì)能，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)行發(fā)電。

 

抽水蓄能是現(xiàn)階段技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)、最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的大規(guī)模儲(chǔ)能方式，是電力系統(tǒng)綠色低碳清潔靈活調(diào)節(jié)電源。目前我國(guó)河北省的豐寧抽水蓄能電站是全球最大的抽水儲(chǔ)能站，規(guī)劃裝機(jī)容量可達(dá)3600MW。

 

不過(guò)抽水儲(chǔ)能受地理?xiàng)l件限制極大，且儲(chǔ)能密度較低。同時(shí)，因?yàn)樾枰ㄔO(shè)水壩、水庫(kù)等相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)周期長(zhǎng)、投資金額大。對(duì)于本就需要重資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)中心而言，性價(jià)比不高。

 

壓縮空氣儲(chǔ)能

 

該儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將利用電能將空氣壓縮并儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣室（鹽穴）中；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放所儲(chǔ)存空氣，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，其本質(zhì)原理與抽水儲(chǔ)能類似。壓縮空氣儲(chǔ)能的形式主要有：傳統(tǒng)壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、帶儲(chǔ)熱裝置的壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)、液氣壓縮儲(chǔ)能系統(tǒng)。

 

壓縮空氣儲(chǔ)能相對(duì)來(lái)說(shuō)技術(shù)成熟度較高、存儲(chǔ)容量大、存儲(chǔ)時(shí)間較長(zhǎng)、項(xiàng)目整體成本較低，相對(duì)應(yīng)用“門檻”較低。前不久，由中國(guó)能建主體投資的世界首臺(tái)300MW級(jí)別的非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能示范工程在湖北開(kāi)工，該項(xiàng)目建成后在非補(bǔ)燃?jí)嚎s空氣儲(chǔ)能領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)“單機(jī)功率、儲(chǔ)能規(guī)模、轉(zhuǎn)換效率”三項(xiàng)世界第一。

 

不過(guò)，以現(xiàn)有技術(shù)而言，壓縮空氣儲(chǔ)能普遍存在儲(chǔ)能室占地規(guī)模大、建設(shè)周期長(zhǎng)，以及轉(zhuǎn)換效率較低（普遍為60%~63%）等缺點(diǎn)。一方面對(duì)于“寸土寸金”的數(shù)據(jù)中心而言，應(yīng)用壓縮空氣儲(chǔ)能將占據(jù)不小的地理面積；另一方面，轉(zhuǎn)換率低的弊端也使其性價(jià)比較低。

 

重力儲(chǔ)能

 

該儲(chǔ)能技術(shù)是在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期或利用可再生能源通過(guò)導(dǎo)輪等“機(jī)械”，將重物拉起，進(jìn)行機(jī)械式儲(chǔ)能；在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期利用重物下落時(shí)產(chǎn)生的勢(shì)能，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)行儲(chǔ)能。

 

重力儲(chǔ)能具有建設(shè)成本較低、綜合轉(zhuǎn)化效率較高、安全性較高、使用壽命較長(zhǎng)等特點(diǎn)。目前，重力儲(chǔ)能項(xiàng)目只有EnergyVault公司、Gravitricity公司產(chǎn)品投入商用。不過(guò)，前不久我國(guó)首個(gè)重力儲(chǔ)能項(xiàng)目已在江蘇省動(dòng)工，這也是我國(guó)在儲(chǔ)能領(lǐng)域一次新的嘗試。

 

重力儲(chǔ)能還處于起步階段，在現(xiàn)有技術(shù)背景下， 其儲(chǔ)能容量小、運(yùn)維成本高等問(wèn)題是其未能成為主流儲(chǔ)能方式的主要原因。對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言，運(yùn)維成本及儲(chǔ)能容量低都是其未能在數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用的關(guān)鍵。

 

熔融鹽儲(chǔ)能

 

該儲(chǔ)能技術(shù)是利用無(wú)機(jī)鹽在高溫下熔融形成的的離子熔體，以此為媒介將太陽(yáng)能光熱、地?zé)帷⒂酂帷⒌推肺粡U熱，以及電網(wǎng)負(fù)荷低谷期電力等“能量”以熱能的形式儲(chǔ)存起來(lái)，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期時(shí)釋放熱能，以熱發(fā)電。

 

熔融鹽儲(chǔ)能相對(duì)儲(chǔ)能密度大、穩(wěn)定性較高、使用周期長(zhǎng)、建設(shè)成本低。2021年底，美國(guó)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)熱技術(shù)公司Malta和加拿大能源公司NB Power宣布簽署了一份合作協(xié)議，雙方將共同在加拿大新不倫瑞克地區(qū)建設(shè)1000MWh的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)熱項(xiàng)目，預(yù)計(jì)2024年投產(chǎn)。項(xiàng)目建成后將成為全球規(guī)模最大的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)熱項(xiàng)目。

 

現(xiàn)階段，熔融鹽儲(chǔ)能的缺點(diǎn)主要源自熔鹽媒介自身缺陷，熔鹽熱導(dǎo)率較低、比熱容低、腐蝕性強(qiáng)、安全性較差等問(wèn)題都對(duì)利用熔融鹽儲(chǔ)能提出了更高的要求，也是熔融鹽儲(chǔ)能發(fā)展受限的主要原因。而安全性較差也成為其未能在數(shù)據(jù)中心大規(guī)模應(yīng)用的主要原因之一。

 

釩電池儲(chǔ)能

 

釩電池儲(chǔ)能也就是全釩液流電池儲(chǔ)能，該電池是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的氧化還原電池。與上述儲(chǔ)能技術(shù)儲(chǔ)能方式類似，釩電池可在電網(wǎng)低谷期充能、電網(wǎng)高峰期放能。

 

釩電池具有極高的轉(zhuǎn)換率（約為75%左右）、高安全性、使用壽命長(zhǎng)、功率大等特點(diǎn)。目前我國(guó)大連已建成100MW容量，400MWh的全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。

 

不過(guò)全釩液流電池的缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，其單位體積可儲(chǔ)存電量低，在“寸土寸金”的數(shù)據(jù)中心行業(yè)中應(yīng)用可能性并不大。

 

飛輪儲(chǔ)能

 

飛輪儲(chǔ)能是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，在需要的時(shí)候再用飛輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的儲(chǔ)能方式。

 

飛輪儲(chǔ)能具有使用壽命長(zhǎng)、轉(zhuǎn)換效率極高（可達(dá)90%）、響應(yīng)速度快（毫秒級(jí)）、占地面積小、安全性高等特點(diǎn)。

 

不過(guò)，飛輪儲(chǔ)能電能輸出時(shí)間極短，只可持續(xù)十幾秒到幾分鐘，且造價(jià)貴、運(yùn)維成本高。所以對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言，采用UPS電源即可達(dá)到飛輪儲(chǔ)能的效果，總體成本則低很多。

 

電化學(xué)儲(chǔ)能

 

電化學(xué)儲(chǔ)能是通過(guò)電池將電能儲(chǔ)存，在需要時(shí)放出的儲(chǔ)能方式，其原理類似于充電寶。現(xiàn)有電化學(xué)儲(chǔ)能主要有鉛酸電池、鉛碳電池、鋰電池、鎳鎘電池。

 

電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)目前較成熟，且在數(shù)據(jù)中心中應(yīng)用較廣，尤其是鉛酸電池作為數(shù)據(jù)中心的“必需品”，作為蓄電池，在數(shù)據(jù)中心已有大規(guī)模應(yīng)用。

 

不過(guò)鉛酸電池的使用壽命及其單位體積儲(chǔ)電量決定了它只能作為數(shù)據(jù)中心“應(yīng)急電源”，并不能作為數(shù)據(jù)中心大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能。

 

以現(xiàn)有技術(shù)及原材料分析，磷酸鐵鋰電池是目前數(shù)據(jù)中心大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能的首選電池。

 

儲(chǔ)能+IDC，任重道遠(yuǎn)

 

數(shù)據(jù)中心作為高載能行業(yè)，即便通過(guò)設(shè)備的降耗增效可以實(shí)現(xiàn)碳減排，但若想實(shí)現(xiàn)真正意義上的碳中和，100%采用可再生能源供電無(wú)疑是最佳路徑之一。而儲(chǔ)能又能很好地解決可再生能源供電不穩(wěn)定的問(wèn)題。筆者認(rèn)為，大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能與100%可再生能源結(jié)合的方式，將成為未來(lái)數(shù)據(jù)中心最佳運(yùn)營(yíng)模式之一。

 

通過(guò)上文的盤點(diǎn)，結(jié)合數(shù)據(jù)中心的特性來(lái)看，應(yīng)用磷酸鐵鋰電池的電化學(xué)儲(chǔ)能是現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心大規(guī)模長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能方式的首選。

 

“前途很光明，道路很曲折”，雖然磷酸鐵鋰電池儲(chǔ)能能推進(jìn)數(shù)據(jù)中心碳中和進(jìn)程，但在應(yīng)用的過(guò)程中還有很多問(wèn)題亟待解決。

 

比如，磷酸鐵鋰雖然相比于三元鐵鋰電池穩(wěn)定性更強(qiáng)，但其不易被撲滅的特性，使對(duì)于安全性“一絲不茍”的數(shù)據(jù)中心而言，在應(yīng)用的過(guò)程中需“三思而后行”。同樣基于安全的考慮，IDC服務(wù)商在部署鋰電池儲(chǔ)能時(shí)，還要考慮客戶的接受度。

 

基于上述，儲(chǔ)能+IDC的新模式尚處于嘗試階段，比較典型的案例是世紀(jì)互聯(lián)和清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新研究院合作的“SPEAR”創(chuàng)新示范工程。工程首個(gè)示范節(jié)點(diǎn)項(xiàng)目落戶世紀(jì)互聯(lián)佛山智慧城市數(shù)據(jù)中心，該項(xiàng)目在數(shù)據(jù)中心樓體外部署了一個(gè)儲(chǔ)能容量達(dá)2MWh，輸出功率為1MW的儲(chǔ)能“集裝箱”，通過(guò)“IDC+儲(chǔ)能系統(tǒng)+光伏”的方式，將不穩(wěn)定的光伏電存儲(chǔ)，并轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定功率的電能為數(shù)據(jù)中心供電。目前該項(xiàng)目已投產(chǎn)并穩(wěn)定運(yùn)行近1年。

 

寫在最后

 

碳中和，勢(shì)在必行；數(shù)字經(jīng)濟(jì)，已成“主流”，數(shù)據(jù)中心既是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的底座，又是亟需實(shí)現(xiàn)碳中和的高載能行業(yè)。“兩手”都要抓的大背景下，筆者相信儲(chǔ)能+IDC的新模式將成為新型數(shù)據(jù)中心的主流運(yùn)營(yíng)模式之一，而數(shù)據(jù)中心也需要更多類似“儲(chǔ)能+IDC”的新模式的探索。

 

“不管黑貓白貓，能捉老鼠的就是好貓”，不管什么技術(shù)，只要能幫助數(shù)據(jù)中心在“保發(fā)展”的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)“碳中和”，就是好技術(shù)。