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2022/1/18 09:20

维谛技术(Vertiv):储能新思路,数据中心降碳第一步

厂商供稿  

搜索一次网页的能耗,能烧开几壶水?

在回答这个问题之前,我们先来看看完成一次网页搜索需要几步。在搜索引擎上输入关键词,这个动作首先会在当前的设备上同时调动物理(硬件)结构和虚拟(软件)结构,然后,查询的请求会通过传输数据的多个网络,以及处理搜索请求的位于数据中心的服务器。再之后,又是调取查询数据的过程,最后再通过网络传输,把搜索结果的数据返回到终端的界面上。

“搜索”这个动作,如今几乎每天都如影随形,谁又会去想这一次的搜索动作的耗能能烧开几壶水呢?

在2014年的时候,还真有两位“无聊”人士研究了在这之前10年关于互联网能耗的文章,葡萄牙里斯本技术大学的弗拉德·科罗阿默(Vlad Coroamă)和瑞士苏黎世大学的洛伦茨·希尔蒂(Lorenz Hilty)综合研究后发现,不同结果间的差异竟然可以达到4个数量级。他们认为,测量的准确性、模型中使用的近似值,以及研究的范围都是造成这种巨大差异的原因。也就是说,其实我们很难确定使用一次搜索引擎的能耗,到底相当于电热水壶工作10分钟还是3小时的能耗。

然而,事情就这样无解了吗?

《巴黎协定》的最大贡献在于明确了全球共同追求的“硬指标”——全球平均气温较工业化前水平升高控制在2摄氏度之内,升温控制在1.5摄氏度之内。按照协定要求,各方将加强对气候变化威胁的应对。

2020年9月22日,在第75届联合国大会一般性辩论上,中国正式对外宣布“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。也就是我们现在常说的“双碳”目标。

这意味着,中国经济将全面向低碳化发展转型。从“看不见”的二氧化碳到“看得见”的碳排放竞争力,企业向低碳转型势在必行。

每一次搜索,每一笔网购订单,每一次朋友圈点赞,每一条视频号评论,都需要调用数据,更需要数据中心的支撑。数据中心有大量的服务器,同时,需要配套冷却系统和其他的冗余系统来保证业务连续性。可以说,数据中心是只要有业务,就一直在消耗电能。《2021 年中国数据中心市场报告》(以下简称“《报告》”)显示,2020年,中国全社会用电量75110亿度,全国数据中心用电量870亿度,数据中心的用电量占全社会用电量的1.16%。

而且这一趋势有增无减。大数据、云计算、人工智能技术背后是巨大的数据支持,规模庞大的数据中心的承载。《报告》显示,2021年全国范围内数据中心规划新增机柜总数约99.15万架;2021年全国累计数据中心存量机柜总数预计将会达到约415.06万架。

2020年,中国数字经济规模达到39.2万亿元,占GDP的38.6%,数据中心用全社会1%左右的用电量支撑了38.6%的国民生产总值。

当下中国的电力构成中,石化类能源仍然是主要来源。一边是数字化的需求越来越旺盛,一边是数据中心面临的节能减排要求。

继2020年8月发布《国家发展改革委 国家能源局关于开展“风光水火储一体化”“源网荷储一体化”的指导意见(征求意见稿)》后,今年3月,国家发展改革委、国家能源局又联合发布了《国家发展改革委 国家能源局关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》。

对此,维谛技术(Vertiv,NYSE:VRT)中国区工业及商业解决方案部总监黄坤振表示:“这样的一系列文件出台,表明我们的储能系统要从原来集中在源侧、发电侧、电网侧向用户侧转移。现在一些园区,包括数据中心已经开始尝试储能新思路。”

维谛技术(Vertiv)中国区工业及商业解决方案部总监黄坤振

他表示,由于风、光伏等可再生能源的接入无法提供稳定持续供电,也要求数据中心有必要建设新型储能系统。

降碳是一场没有硝烟的“战斗”。

数据中心的服务器和配套系统的使用状态一直是处于动态的变化中,就像开篇所说,我们无法计算使用一次搜索引擎的耗能,但我们可以详细分析出数据中心每个独立模块的能耗,并找到尽可能降低能耗的方法。

在数据中心适当配置储能系统中,储能系统与UPS系统的结合后,不仅可以通过电力储能对数据中心进行节能管理,而且储能设备还可以利用峰谷电价完成电力负荷管理,为数据中心创造收益。

在数据中心,UPS双母线系统几乎是数据中心标配的供电系统解决方案,但是系统的容错也导致了系统的利用率的不足。“UPS双母线系统每台带载率不超过50%,15分钟的电池后备时间又长期闲置。”黄坤振说。而数据中心UPS储能应用方案,可以在IT负载UPS双母线供电场景下,实现UPS整流器50%功率经逆变器为负载供电,同时,UPS整流器50%冗余功率经充电器为锂电池组快速充电,“建议储能时间2小时,充电功率0.5C。”

相对于传统储能方案,投资节省20%。黄坤振以北京地区储能运行模型算了一笔账:每天系统采用两充两放运行模式,峰谷差价获利,5到8年回收成本。“如果能参与需求侧响应,则回收周期更短。”

几乎所有数据中心的备电系统里都少不了柴油发电机,柴油发电机系统大约可以占到一个数据中心基础设施总投资额的10%左右,不光是柴油发电机采购成本高,运营维护专业化要求高,使用污染大却利用率低。“现在许多人谈到数据中心储能时,都在探讨柴油发电机有没有可能被替代。”黄坤振说,”目前这个阶段,更多的需要是一种油机资源的补充,也就是联合备电模式。”

柴油发电机与UPS储能联合工作时,储能系统输出功率能实现0~100%可调,油机系统动态响应,实现输出功率动态调整。根据储能系统的容量,减少柴油发电机的储油量,减少油机输出功率或油机数量,从而实现低碳战略。另一种模式是储能独立备电模式,储能系统放电功率100%放电,实现油机替代。

维谛技术(Vertiv)率先提出数据中心采用“连续制冷UPS储能模式“,即UPS动态旁路以99%效率为重要动力负荷100%持续供电,确保负载零中断;UPS主路整流器经充电器提供最大100%输入功率为锂电池组充电;UPS逆变器进行谐波治理,将变频空调谐波电流降低到5%,以减少对电网的污染。

有效利用可再生能源和电池储能的组合,新储能系统中,电池不仅是作为备用电源为数据中心提供电力保障,同时还可以作为一种平衡电网的资产,甚至可以为数据中心创造收益。电力储能投资,是数据中心走向无碳化的关键构件,也是改变数据中心能耗的第一步。

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