數(shù)據(jù)中心為了在市電中斷時保障設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性，通常需要配置各類形式的儲能系統(tǒng)。

　　儲能即能量的儲存。根據(jù)能量存儲形式的不同，廣義儲能包括電儲能、熱儲能和氫儲能三類。電儲能是最主要的儲能方式，按照存儲原理的不同又分為電化學(xué)儲能和物理儲能兩種技術(shù)類型。其中電化學(xué)儲能技術(shù)主要包括鉛蓄電池、鋰離子電池、鈉硫電池、液流電池和超級電容器；物理儲能技術(shù)主要包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能和超導(dǎo)儲能。

　　目前數(shù)據(jù)中心最常見的儲能系統(tǒng)是用于不間斷電源的儲能系統(tǒng)。不間斷電源配置的儲能系統(tǒng)，可以采用電化學(xué)儲能，即蓄電池儲能；也可采用物理儲能，即飛輪儲能。采用電化學(xué)儲能是主流。蓄電池的選取，當(dāng)前以鉛酸蓄電池為主，也有部分?jǐn)?shù)據(jù)中心選取鋰離子電池。

　　目前，電化學(xué)儲能技術(shù)主要以鋰離子電池、鉛蓄電池、鈉硫電池和液流電池為主，這些技術(shù)在可再生能源并網(wǎng)、分布式發(fā)電及微網(wǎng)領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)兆瓦級的示范應(yīng)用，同時在調(diào)頻輔助服務(wù)、電力輸配、電動汽車等領(lǐng)域也在進(jìn)行應(yīng)用示范。

　　鉛酸蓄電池已有100多年的使用歷史，非常成熟。以其材料普遍、價格低廉、性能穩(wěn)定、安全可靠，具有免維護(hù)性、優(yōu)越的高低溫性能、耐過充和優(yōu)越的充電接受能力、電池一致性高等特點(diǎn)，因而在數(shù)據(jù)中心中得到非常廣泛的應(yīng)用。鉛酸電池依舊被采用。但鉛酸電池也有一些嚴(yán)重的缺點(diǎn)，主要就是循環(huán)壽命很低，比能量也較小，充放電倍率也較低。如果是單純的作為后備電源，僅是在停電等緊急情況下電池進(jìn)行放電，保障供電連續(xù)性，傳統(tǒng)鉛酸電池還是能夠基本滿足需求的。但是其循環(huán)壽命低的弱點(diǎn)，也決定了其在削峰填谷等高強(qiáng)度使用的儲能場景下的應(yīng)用前景。

　　鉛炭電池是從傳統(tǒng)的鉛酸電池演進(jìn)出來的技術(shù)，它是在鉛酸電池的負(fù)極中加入了活性炭，能夠顯著提高鉛酸電池的壽命。與傳統(tǒng)的鉛蓄電池相比，鉛炭電池有以下特點(diǎn)：充電速度快，放電功率高，循環(huán)壽命顯著增長，可達(dá)傳統(tǒng)鉛酸電池的6倍，同時也保留了鉛酸電池安全穩(wěn)定的特性，可廣泛地應(yīng)用在各種新能源及節(jié)能領(lǐng)域。使用了鉛炭技術(shù)后，鉛炭電池的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池，可應(yīng)用于新能源車輛中，如：混合動力汽車、電動自行車等領(lǐng)域；也可用于新能源儲能領(lǐng)域，如風(fēng)光發(fā)電儲能等。由于鉛炭電池與鉛酸電池的原理、體積和能量密度較為相近，對數(shù)據(jù)中心傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)進(jìn)行演進(jìn)，用鉛炭電池來替代鉛酸電池具備較高的可行性。

　　鋰離子電池由于具有高的比能量、優(yōu)異的循環(huán)性能和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，已基本占據(jù)便攜式電子產(chǎn)品市場，如手機(jī)、筆記本電腦、照相機(jī)等。鋰離子電池的工作原理主要依靠鋰離子在正極材料（金屬氧化物）和負(fù)極（石墨）之間嵌入和脫出來實(shí)現(xiàn)能量的儲存和釋放。鋰離子電池具有很高的工作電壓，比能量可達(dá)到150Wh/kg。鋰離子電池的性能主要依賴于電極材料和電解質(zhì)的發(fā)展，而電極材料的選擇尤為重要。目前鋰離子電池的主要的技術(shù)路線為磷酸鐵鋰電池及三元鋰電池。

　　LiFePO4是一種具有橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鹽化合物，它具有穩(wěn)定的充放電平臺，充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，安全性高，價格低廉，環(huán)保無污染，比容量可達(dá)160Ah/kg，是近年來發(fā)展最快的一種鋰離子電池正極材料體系，廣泛應(yīng)用于電動汽車和儲能領(lǐng)域。LiFePO4存在的主要問題是振實(shí)密度低以及電子、離子電導(dǎo)率差，可以通過材料納米

　　磷酸鐵鋰電池單體輸出電壓高，工作溫度范圍寬，比能量高，效率高，自放電率低，在電動汽車和靜態(tài)儲能應(yīng)用中的研究也得到了開展。目前磷酸鐵鋰電池由于成本低、安全可靠和高倍率放電性能受到關(guān)注。

　　循環(huán)壽命長：在室溫和100%DOD情況下，電池的循環(huán)壽命不小于5000次；性能價格比高：普通常用材料。

　　一致性好：目前國內(nèi)的磷酸鐵鋰電池廠家已經(jīng)具有自動化生產(chǎn)線，保證了電池產(chǎn)品的一致性。

　　三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池。三元材料電池由于具有電壓平臺高、能量密度高、振實(shí)密度高、電化學(xué)穩(wěn)定、循環(huán)性能好等特性，在提升新能源汽車的續(xù)航里程，減輕用戶續(xù)航里程憂慮方面具有明顯優(yōu)勢，同時還具有放電電壓高，輸出功率比較大，低溫性能好，可適應(yīng)全天候氣溫等優(yōu)點(diǎn)，因此正逐漸受到汽車生產(chǎn)廠商和用戶的青睞。

　　全釩液流電池全稱為全釩離子氧化還原液流電池。全釩液流電池中的兩個氧化-還原電對的活性物質(zhì)，分別裝在兩個儲液罐中的溶液中，各用一個泵，使溶液流經(jīng)電池，并在電池內(nèi)的離子交換膜兩側(cè)的電極上分別發(fā)生還原和氧化反應(yīng)。單電池通過雙極板串聯(lián)成堆。全釩液流電池作為儲能電源，主要用于電廠調(diào)峰項(xiàng)目系統(tǒng)、大規(guī)模的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、風(fēng)能發(fā)電的儲能電源以及邊遠(yuǎn)地區(qū)儲能系統(tǒng)、不間斷電源或應(yīng)急電源系統(tǒng)等。

　　電池系統(tǒng)組裝設(shè)計(jì)靈活，易于模塊組合，蓄電規(guī)模可大可小。全釩液流電池的活性物質(zhì)以液態(tài)形式貯存于儲液罐中，容量取決于外部儲液中活性物的容量和濃度，因此功率輸出和能量儲存部分是相互獨(dú)立的，可根據(jù)適宜的地理環(huán)境條件設(shè)計(jì)建設(shè)，而容量可通過增加電解液體積來實(shí)現(xiàn)。如邊遠(yuǎn)地區(qū)以柴油機(jī)發(fā)電為主要電源，全釩液流電池可按需求來調(diào)節(jié)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)輸出功率的穩(wěn)定。

　　電池系統(tǒng)可高速響應(yīng)，高功率輸出。全釩液流電池充、放電可在很短的時間內(nèi)完成，通過更換溶液，可實(shí)現(xiàn)電池的即時充電；通過電堆的不同組合，來提供不同的輸出電壓；負(fù)載變化時或放電深度增加時，可用附加電池維持輸出電壓恒定。

　　電池系統(tǒng)易于維護(hù)，安全穩(wěn)定。所有單電池的反應(yīng)物不存在固相反應(yīng)，容易保證電堆的一致性和均勻性；電池的電解液均置于相同的儲液罐中，每個電池的放電狀態(tài)是相同的；同樣，其工作溫度為室溫條件，所以電池系統(tǒng)是安全穩(wěn)定的。

　　電池壽命長，全釩液流電池沒有循環(huán)壽命問題，它的失效機(jī)制主要是電堆材料或輔機(jī)元件的老化。

　　kaiyun行業(yè)解決方案

　　鈉硫電池具有較高的儲能效率（約89％），同時還具有輸出脈沖功率的能力，這一特性使鈉硫電池可以同時用于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)和負(fù)荷的削峰填谷調(diào)節(jié)兩種目的，從而提高整體設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。與傳統(tǒng)的化學(xué)電池不同的是，鈉硫電池采用的是熔融液態(tài)電極和固體電解質(zhì)，其中，負(fù)極的活性物質(zhì)是熔融金屬鈉，正極活性物質(zhì)是硫和多硫化鈉熔鹽，固體電解質(zhì)兼隔膜的是一種專門傳導(dǎo)鈉離子的Al2O3陶瓷材料，電池外殼則一般用不銹鋼等金屬材料。

　　鈉硫電池具有許多特點(diǎn)，其一是比能量高，是鉛酸電池的3~4倍；其二是可大電流、高功率放電。其放電電流密度一般可達(dá)200~300mA/cm2，瞬時間可放出其3倍的固有能量；其三是充放電效率高。由于采用固體電解質(zhì)，所以沒有通常采用液體電解質(zhì)

　　二次電池的那種自放電及副反應(yīng)。鈉硫電池也有不足之處，需工作溫度在300~350℃，所以，電池工作在充電狀態(tài)下需要一定的加熱保溫，在放電狀態(tài)下還需要良好的散熱設(shè)計(jì)；同時，其充電狀態(tài)只能用平均值計(jì)量，所以需要周期性的離線度量；此外，由于硫具有腐蝕性，電池的護(hù)體需要經(jīng)過嚴(yán)格耐腐處理。

　　安全性：數(shù)據(jù)中心作為是數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算和存儲的中心，是我國移動通訊、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)支付、人工智能等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)設(shè)施。因此安全性是選擇儲能電池時的重要考慮因素。

　　空間與重量：目前數(shù)據(jù)中心多建設(shè)在市中心，空間布局緊張，因此大型儲能電站的投入必須考慮電池的能量密度。

　　經(jīng)濟(jì)性：數(shù)據(jù)中心建設(shè)儲能電站，收益為重要考量因素，因此對電池技術(shù)路線的選擇，其經(jīng)濟(jì)性包括對成本及循環(huán)壽命的考量必不可少。

　　環(huán)境友好性：選擇環(huán)境友好型電池，對于目前建設(shè)綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心的意義十分重大。

　　鈉硫電池技術(shù)不成熟，納金屬活躍，三元鋰電池分解溫度低，導(dǎo)致電池安全性能相對差，不建議在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。液流電池使用大型儲液罐，能量密度低，這種電池技術(shù)路線更適合應(yīng)用與我國西部大型光儲或風(fēng)儲電站，不適合應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。因此目前數(shù)據(jù)中心投建大型儲能電站建議選擇鉛炭電池或磷酸鐵鋰電池，并根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，在兩者中選擇合適的電池技術(shù)路線。

　　如今的數(shù)據(jù)中心嚴(yán)重受限于其功耗預(yù)算和碳排放配額。面對與日俱增的能耗開支和節(jié)能減排壓力，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界不約而同地開始關(guān)注非傳統(tǒng)的綠色數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)。最

　　近，能源存儲設(shè)備(EnergyStorageSystem，ESS)逐漸成為數(shù)據(jù)中心中一種新興的關(guān)鍵使能元件，它能夠極大提升數(shù)據(jù)中心的能效和可持續(xù)性。一方面，ESS使得數(shù)據(jù)中心可以通過削減由不規(guī)則負(fù)載帶來的短暫峰值功耗來降低運(yùn)營成本;另一方面，它還能夠方便新能源在數(shù)據(jù)中心中的融合，從而極大降低對環(huán)境的不良影響。ESS在新型數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，ESS在管理功耗尖峰和供電波動兩大方面發(fā)揮的重要作用。對比多項(xiàng)前沿研

　　究并探討ESS的關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)如成本、能效、可靠性等，同時ESS未來發(fā)展所面臨的其他機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

　　大型高壓側(cè)接入方案中，可面向園區(qū)多個數(shù)據(jù)中心或其它負(fù)荷作為一起的應(yīng)急電源，可在園區(qū)與電網(wǎng)的關(guān)口點(diǎn)運(yùn)行峰谷測試，實(shí)現(xiàn)整個園區(qū)的峰谷控制，同時作為應(yīng)急電源解決整個園區(qū)的應(yīng)急供電，此方案中若儲能容量不夠大，還需在電網(wǎng)停電時控制非重要負(fù)荷下電控制，整個系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度高，且作為集中式的供電方式，應(yīng)急供電線路長，可靠性低的問題：

　　作為一個集中式大型的儲能接入方案，也具備了電網(wǎng)輔助服務(wù)的特點(diǎn)，滿足電網(wǎng)調(diào)度的要求，可參與電網(wǎng)輔助服務(wù)；

　　通過大型儲能系統(tǒng)園區(qū)接入，在提升園區(qū)供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的同時，還能夠集中式解決園區(qū)及數(shù)據(jù)中心電能質(zhì)量問題；

　　此系統(tǒng)為進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)中心供電的可靠性，可儲能結(jié)合UPS電源系統(tǒng)一并應(yīng)用的系統(tǒng)，如下拓?fù)洌?

　　低壓側(cè)儲能系統(tǒng)通常以一個數(shù)據(jù)中心機(jī)房或一個集中供電單元低壓側(cè)接入，此方案融入了直流母線系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如下：

　　IDC機(jī)房或一個單元供電拓?fù)浣M成一個系統(tǒng)，采用直流母線的方案，儲能接入直流母線作為電源支撐；

　　IDC應(yīng)急電源部分直接采用高壓直接方案，在儲能直流母線通過DC/DC變換單元接入供電；

　　IDC供電電源還有傳統(tǒng)的交流供電方案，與本次直流母線供電方案形成雙備份，與當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心主流的一路市電，一路高壓直流方案比較契合，提升供電可靠性；

　　此系統(tǒng)接入規(guī)模以300-500KW一個單元，可作為標(biāo)準(zhǔn)化單元，提高可靠性的同時規(guī)模化來降低成本。

　　綜上，是園區(qū)數(shù)據(jù)中心接入方案中的目前有應(yīng)用的兩種，當(dāng)然隨著技術(shù)的發(fā)展可能會有更多的應(yīng)用框架出現(xiàn)，當(dāng)社會和電網(wǎng)的需求驅(qū)使及經(jīng)濟(jì)價值更進(jìn)一步增長，隨著更多的資本、業(yè)主、設(shè)計(jì)院、供應(yīng)商的參與，儲能及可再生能源的接入更加多樣化。

　　因數(shù)據(jù)中心用負(fù)荷超高，僅僅依靠采用太陽能或風(fēng)能等可再生能源自發(fā)自用是不現(xiàn)實(shí)的。據(jù)推算數(shù)據(jù)中心若要完全使用太陽能發(fā)電提供電力，所需的光伏板面積相當(dāng)于近百倍的數(shù)據(jù)中心面積。而且光伏風(fēng)電等可再生能源還具有不連續(xù)性的特點(diǎn)，部分時段還會有棄光棄風(fēng)等現(xiàn)象。不過隨著鋰電池等儲能技術(shù)成本下降，光伏+儲能系統(tǒng)供電可能會成為數(shù)據(jù)中心的新型解決方案。

　　那么綠色數(shù)據(jù)中心在可再生能源接入的情況下，因可再生能源的不穩(wěn)定性是比較大的一個問題，ESS系統(tǒng)將可再生能源融入到數(shù)據(jù)中心也是非常關(guān)鍵的一部分，那么關(guān)鍵的技術(shù)有兩部分需要大幅提升：

　　因系統(tǒng)的工作特性，需要儲能電池的循環(huán)次數(shù)高、能量密度高（占地?。?、能夠適應(yīng)不同的充放電倍率特性、安全性等大幅提升；

　　EMS能量管理系統(tǒng)，除了應(yīng)要有基本的發(fā)電、儲電、用電的基本控制管理策略外，還需重點(diǎn)針對園區(qū)數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用情況深入分析，能夠分析數(shù)據(jù)中心用能知識庫，對接入的能源及用能情況提供預(yù)測并給以維護(hù)建議，為后期的數(shù)據(jù)發(fā)展提供參考建議，及時處理后期擴(kuò)容等問題提供預(yù)測方案。這方面也是目前能源管理系統(tǒng)需要一定的AI能力，也是目前能管理管理系統(tǒng)還比較欠缺的模塊。

　　隨著人工智能（AI）的發(fā)展，能量管理系統(tǒng)可以在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用可以走在前面，依托數(shù)據(jù)中心行業(yè)的強(qiáng)大基礎(chǔ)及人才，將使能源管理系統(tǒng)的各個AI模塊完善起來，已最

　　通過園區(qū)大型儲能系統(tǒng)的接入，儲能系統(tǒng)具有大容量的儲能電池組，長時間的供能能力，具備了園區(qū)或數(shù)據(jù)中心災(zāi)備電源的功能；

　　利用儲能系統(tǒng)在峰谷差價的運(yùn)行策略，降低園區(qū)和數(shù)據(jù)中心用電大戶的用電電費(fèi)，減少了數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營成本支出；

　　通過儲能存儲及釋放電能時間轉(zhuǎn)移能力，解決再生能源發(fā)電的不確定性的技術(shù)特點(diǎn)，使得可再生能源更靈活的接入數(shù)據(jù)中心，把一些不可能變成可能，真正達(dá)到綠色數(shù)據(jù)中心。

　　針對部分具有用電功率峰谷特點(diǎn)的園區(qū)，儲能通過平滑用電峰谷，實(shí)現(xiàn)降低變壓器的容量費(fèi)（需量費(fèi)）的目的。

　　儲能系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力，也具備一定的電能治理能力，能夠?yàn)閳@區(qū)解決電能質(zhì)量問題，提升用電質(zhì)量。

　　7）數(shù)據(jù)中心可再生能源接入，提高綠色數(shù)據(jù)中心的比例增加儲能系統(tǒng)則能很好地解決這些問題，把消耗不掉的電量儲能起來，在發(fā)電不足或用電高峰時放出，以平滑發(fā)用電為目的，彌補(bǔ)新能源發(fā)電不穩(wěn)定的缺陷，避免浪費(fèi)?？山鉀Q以下可再生能源發(fā)電問

　　6）電網(wǎng)中的儲能環(huán)節(jié)能有效調(diào)控電力資源，能很好地平衡晝夜及不同季節(jié)的用電差異，調(diào)劑余缺，保障電網(wǎng)安全。是可再生能源應(yīng)用的重要前提和實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)互動化管理的有效手段。作為大型的儲能系統(tǒng)，其重要意義在于可作為智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)單元，提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，調(diào)節(jié)電力峰谷運(yùn)行，節(jié)約大量發(fā)電設(shè)備的投資及能源的損耗。

　　在園區(qū)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)中，儲能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，作為能量儲存和快速響應(yīng)的載體，可以實(shí)現(xiàn)打造一個“源-網(wǎng)-儲-荷”高度互動的一個能源網(wǎng)絡(luò)，降低能源投資規(guī)模，提高能源利用率，實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)市場化。

　　在數(shù)據(jù)中心的供電方案中，無論是交流供電的UPS還是直流供電的HVDC（240VDC或336VDC）電源，配置的電池通常在15min~30min左右，其中30min的占多數(shù)。數(shù)據(jù)中心的供電可靠性設(shè)計(jì)本身很高，實(shí)際的運(yùn)行中很少出現(xiàn)停電的情況，因此用于備電的鉛酸電池使用率很低。由于鉛酸電池壽命原因，5年左右就需要報廢更換，投資費(fèi)用巨大，而電池的功能卻似乎沒有充分、有效發(fā)揮，成為了一個損耗型的資產(chǎn)。此外，由于電池大部分時間都是處于浮充狀態(tài)或者非放電的狀態(tài)，電池的健康狀況不能實(shí)時檢測，有可能在需要放電的時候才發(fā)現(xiàn)問題，不能保證備電可靠性。在這種情況下，利用峰谷電價差異，對電池進(jìn)行儲能管理，既可以使電池成為創(chuàng)造價值的經(jīng)濟(jì)資產(chǎn)，也可以實(shí)現(xiàn)對電池狀態(tài)的日常檢測，大大提高了備電可靠性。在微模塊級別，不同微模塊之間的負(fù)載率，根據(jù)部署業(yè)務(wù)的區(qū)別，以及上架策略的不同，其負(fù)荷波動率往往較大，單模塊過載超電的概率相對

　　較高。對儲能系統(tǒng)的深層次利用，可以在負(fù)荷波動時，承擔(dān)部分負(fù)荷來確保市電不超負(fù)荷，從而保障微模塊的供電安全，同時減少因超電帶來的損失（如罰款，或更高的容量電費(fèi)等）。

　　數(shù)據(jù)中心備電電池儲能利用，根據(jù)不同的地區(qū)電價、電源和電池配置，設(shè)計(jì)一套合理的儲能實(shí)施方案是關(guān)鍵。為滿足數(shù)據(jù)中心快速部署、按需建設(shè)的需求，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的微模塊越來越廣泛地得到了應(yīng)用。微模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)使電源系統(tǒng)和電池容量都是標(biāo)準(zhǔn)化配置，為儲能方案標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。一套合理易行的儲能方案，可以廣泛應(yīng)用于同樣的微模塊。

　　微模塊儲能方案最大的優(yōu)點(diǎn)是依托于原有的備電型電源架構(gòu)（如UPS或者HVDC），只需要做較小的改動即可實(shí)現(xiàn)從純供電到儲能+供電的功能轉(zhuǎn)換。

　　HVDC儲能系統(tǒng)的架構(gòu)如圖5.1所示，與常規(guī)HVDC系統(tǒng)相比，微模塊儲能方案架構(gòu)沒有根本性的變化，變化的是電源的管理單元軟件和電池類型及容量的配置。

　　微模塊的儲能系統(tǒng)通過監(jiān)控管理單元與數(shù)據(jù)中心管理平臺進(jìn)行通信，中心管理平臺除了對各微模塊電源和電池的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，還具備了對各個微模塊的儲能運(yùn)行情況和經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的功能，并可根據(jù)實(shí)時電價對儲能系統(tǒng)的模式進(jìn)行調(diào)整設(shè)置。

　　儲能型UPS在傳統(tǒng)UPS的基礎(chǔ)上可能會增加電池的容量，同時加大充電器的能力，集成能量管理和調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)利用UPS的后備電池對負(fù)載進(jìn)行有控制地供電或?qū)﹄娋W(wǎng)進(jìn)行回饋的儲能作用。儲能型UPS基本架構(gòu)如圖5.2，其中Rec為雙向整流器，Inv為逆變器，DCDC為滿功率的充放電器，電池為鉛炭電池或鋰電。雙向整流是與普通UPS功能不同的部分，可實(shí)現(xiàn)電池能量回饋電網(wǎng)。在部分儲能方案中，有些UPS沒有采用雙向整流器，電池只能對負(fù)載供電。

　　儲能的載體是電池，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心備電的是循環(huán)次數(shù)較少鉛酸電池，不能滿足每日充放電需求。針對儲能應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心可以選擇高循環(huán)次數(shù)的鉛炭或鋰電池。鉛炭電池在60%DOD下可以滿足3000次以上循環(huán)，適用于需要保留一定備電容量以確保備電的數(shù)據(jù)中心需求。與鋰電池相比，鉛炭電池更佳的性價比、更高的安全性目前更加受到數(shù)據(jù)中心儲能的青睞。

　　HVDC系統(tǒng)中模塊輸出、電池和負(fù)載三者是直接并聯(lián)的，通過對電源整流模塊的精確輸出控制，可實(shí)現(xiàn)電池在電價峰段按計(jì)劃、有控制地放電，在特定的時間段，通常為谷段進(jìn)行充電，根據(jù)儲能循環(huán)的策略也可以在部分平段部分充電。電池放電模式通常有

　　在數(shù)據(jù)中心微模塊電池容量配置相對較小的情況下，第一種方案對電池是大倍率放電，如電池為30min備電容量，很快就需截止放電，且大倍率放電效率不佳。第二種方案是更佳的放電模式，通過監(jiān)控與管理，使電源承擔(dān)大部分電流，實(shí)現(xiàn)電池恒流、小電流、較長時間的放電。根據(jù)峰值時間與電池特性設(shè)計(jì)出最佳的放電電流和放電時間是關(guān)鍵。如果備電容量是30min，注意需要保證電池每日循環(huán)合計(jì)放出容量計(jì)劃不超過50%，一是可以獲得最佳的循環(huán)性能，二是保障在生命周期過程中，任何時候剩余容量能滿足10分鐘的備電需求。

　　與HVDC相比，UPS儲能工作的聯(lián)合供電模式與HVDC峰段放電模式類似，而電網(wǎng)調(diào)度模式是儲能UPS特有的工作模式。

　　聯(lián)合供電模式（圖5.4）：關(guān)鍵負(fù)載由電網(wǎng)和電池放電器共同來承擔(dān)供電。用電高峰時，可以降低對電網(wǎng)供電容量需求，屬于典型的“削峰”應(yīng)用。

　　電網(wǎng)調(diào)度模式（圖5.5）：電池不僅供給關(guān)鍵負(fù)載，還回饋能量給電網(wǎng)，可以有效應(yīng)對臨時的高峰負(fù)荷需求?；仞伒挠泄蜔o功含量由電網(wǎng)的需要來調(diào)度。

　　采用微模塊儲能方案的數(shù)據(jù)中心，利用供電系統(tǒng)已有的電源，將傳統(tǒng)的鉛酸電池改為鉛炭電池，不會導(dǎo)致系統(tǒng)成本的明顯增加。從投資回報周期看，因?yàn)椴捎勉U炭電池代替鉛酸增加的費(fèi)用，通常兩到三年內(nèi)可以收回，之后即為儲能盈利。

　　數(shù)據(jù)中心微模塊雖然電池容量不大，但是數(shù)量較多，通過峰段放電、谷段充電將靜置的電池利用起來，一方面可以實(shí)現(xiàn)電池健康狀態(tài)的檢測，另一方面，可以使消耗型的固定電池資產(chǎn)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)價值。如圖5.6所示，以某微模塊為例，峰/平/谷段電價分別為1.03/0.73/0.36元，HVDC系統(tǒng)配置半小時備電的144KWh鉛炭電池，每天按峰放50%-平充30%-峰放30%-谷充循環(huán)，年節(jié)省電費(fèi)為21637元（表5.1），100個微模塊約可節(jié)省210萬元電費(fèi)。因此，微模塊儲能也非常具有推廣的價值。

　　近年來為了適應(yīng)數(shù)據(jù)中心在提高綠色節(jié)能、提升實(shí)際建設(shè)功率的利用率和不斷增加的可靠性的需要，國內(nèi)外云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)巨頭在數(shù)據(jù)中心內(nèi)開始越來越多使用機(jī)柜分布式儲能系統(tǒng)(后面簡稱BBS)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的集中式不間斷電源(UPS)。一方面，傳統(tǒng)UPS的功能完全保留；另一方面，對這些分布式BBS的功能進(jìn)一步擴(kuò)展，通過數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)將

　　機(jī)柜式分布式BBS統(tǒng)一納入到機(jī)柜層面的能源池，配合機(jī)柜層面的集群功耗控制可以實(shí)現(xiàn)對機(jī)柜峰值功耗智能動態(tài)管理。同時，分布式BBS通過晚上儲能和白天適度提供機(jī)柜需要的功率來實(shí)現(xiàn)儲能電費(fèi)套利。整個方案可以大大增強(qiáng)機(jī)柜應(yīng)對峰值功耗的彈性，提升機(jī)柜上架率和實(shí)際建設(shè)功率利用率，降低TCO，真正實(shí)現(xiàn)高能效，低成本，快速交付，高可靠性，是一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景和價值的技術(shù)。

　　圖6.1是典型的整機(jī)柜硬件電源架構(gòu)：兩路外接市電，一路直接進(jìn)入電源框，一路接入機(jī)柜式分布式BBS，再接入電源框。機(jī)柜式分布式BBS作為機(jī)柜的儲能單元，在外接市電發(fā)生故障時，切入機(jī)架供電系統(tǒng)，為機(jī)架提供一定時間的供電，這個就是傳統(tǒng)的UPS功能。機(jī)柜分布式BBS的引入，除了用來做備電系統(tǒng)外，在機(jī)柜實(shí)際功耗超出額定值時，可以用來協(xié)同市電來為系統(tǒng)提供短時間的扛峰功能，用來分擔(dān)超出機(jī)柜額定功耗之外的功耗。

　　圖6.2是整體方案的控制框架，主要由四個部分組成：上層核心控制軟件收集機(jī)柜服務(wù)器實(shí)時功耗及業(yè)務(wù)負(fù)載狀況，進(jìn)行動態(tài)功耗管控調(diào)度。底層硬件BBS是在傳統(tǒng)的BBS基礎(chǔ)上加入扛峰和功耗平衡的執(zhí)行邏輯單元。底層Firmware主要就是BBS內(nèi)部的執(zhí)行邏輯?？刂平涌谕ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)化的RedFishAPI，方便應(yīng)用快速集成。

　　本方案無論對現(xiàn)存數(shù)據(jù)中心或是新建數(shù)據(jù)中心都是容易部署的，可以適應(yīng)整機(jī)柜或標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架柜。它不需要改變目前機(jī)柜供電架構(gòu)和服務(wù)器設(shè)計(jì)，需要的變化就是引入具有扛峰功能的BBS和在機(jī)柜服務(wù)器主機(jī)安裝上層控制軟件。另外對本方案上層軟件做相應(yīng)的調(diào)整也可以擴(kuò)展到MDC的應(yīng)用。本方案具有適應(yīng)性好，對現(xiàn)存IDC或整機(jī)柜設(shè)施改動小，易部署的優(yōu)勢。

　　互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)負(fù)載的動態(tài)性導(dǎo)致機(jī)柜層面的用電呈現(xiàn)一個明顯的峰谷的形態(tài)。這種特性需要整機(jī)柜功率配置通常會在保證峰值的基礎(chǔ)上留有一定裕量，以避免業(yè)務(wù)負(fù)載高峰時機(jī)柜超電。這樣配置機(jī)柜功率的一個負(fù)面影響就是今天的數(shù)據(jù)中心普遍存在服務(wù)器上架密度不高并且機(jī)柜層面的實(shí)際建設(shè)功率利用率偏低等諸多問題，對數(shù)據(jù)中心的整體擁有成本帶來比較大的壓力。

　　在現(xiàn)代處理器設(shè)計(jì)中都有很多功耗和性能動態(tài)調(diào)控的技術(shù)來適應(yīng)不同業(yè)務(wù)對功耗和性能的動態(tài)需求：比如Intel至強(qiáng)處理器的功耗

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