2023-02-23 瀏覽量:1728
日前,國家能源局在京召開例行新聞發(fā)布會(huì)。國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司副司長劉亞芳介紹,截至2022年底,全國已投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模達(dá)870萬千瓦,平均儲(chǔ)能時(shí)長約2.1小時(shí),比2021年底增長110%以上。
ups儲(chǔ)能的發(fā)展可謂高歌猛進(jìn),這將影響到各行業(yè)的用電情況,對(duì)于依靠電能進(jìn)行不間斷運(yùn)行的數(shù)據(jù)中心而言尤其如此。并且,儲(chǔ)能與數(shù)據(jù)中心節(jié)能減碳關(guān)系越發(fā)密切,如何發(fā)展儲(chǔ)能也成為數(shù)據(jù)中心重點(diǎn)關(guān)注話題。
數(shù)據(jù)中心為什么需要ups儲(chǔ)能
對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言,在當(dāng)前階段,變革能源供電形式的主要目的是穩(wěn)定用電,并以此來進(jìn)行節(jié)能減碳、削峰填谷,而儲(chǔ)能在這些層面均能夠發(fā)揮效用。
穩(wěn)定用電上,數(shù)據(jù)中心用電可以分為應(yīng)急電源與常用電源,在理論上,儲(chǔ)能在這兩方面均能夠起到穩(wěn)定發(fā)電的作用。一是儲(chǔ)能可以替代柴發(fā)進(jìn)行應(yīng)急,作為數(shù)據(jù)中心的備用電源,能夠在市電斷電時(shí),提供穩(wěn)定的供電;二是儲(chǔ)能能夠成為數(shù)據(jù)中心的一路主供電源,通過并網(wǎng)為數(shù)據(jù)中心提供高安全性的日常供電。
節(jié)能減碳上,數(shù)據(jù)中心需要提升新能源的利用率,但太陽能、風(fēng)能等常用新能源受自然因素影響大,供電并不穩(wěn)定,不符合數(shù)據(jù)中心的用電需求。通過儲(chǔ)能則可以解決這一問題,提升新能源供電的穩(wěn)定性,最終,通過利用新能源供電達(dá)到減少碳排放的目的。換句話說,儲(chǔ)能通過存儲(chǔ)新能源為數(shù)據(jù)中心碳排放的降低提供了條件。
削峰填谷上,ups儲(chǔ)能的形式?jīng)Q定了其可以選擇性的在用電高峰放電,在用電低谷進(jìn)行蓄能,具備調(diào)節(jié)作用,能夠參與到電力市場調(diào)峰、輔助調(diào)頻等行為中,讓數(shù)據(jù)中心從中獲益。
基于此,理想化的ups儲(chǔ)能可以通過存儲(chǔ)的形式,為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定新能源供電,并能夠?qū)⒅糜趹?yīng)用或日常供電中,達(dá)到節(jié)能減碳、削峰填谷的目的。
值得一提的是,數(shù)據(jù)中心與儲(chǔ)能的結(jié)合已經(jīng)受到各個(gè)地方的重視,多個(gè)地方出臺(tái)相關(guān)政策推動(dòng)其發(fā)展。如去年10月,山東省工信廳發(fā)布了《關(guān)于深化改革創(chuàng)新促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的若干措施》,文件提出,啟動(dòng)“風(fēng)光儲(chǔ)能+大數(shù)據(jù)中心”建設(shè),數(shù)據(jù)中心可再生能源使用比例提高10個(gè)百分點(diǎn)、達(dá)到25%以上。
同樣是去年10月,深圳市發(fā)改委發(fā)布公開征求《深圳市關(guān)于促進(jìn)綠色低碳產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干措施(征求意見稿)》意見的通告,文件指出,因地制宜布局儲(chǔ)能設(shè)施。鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心、5G基站、充電設(shè)施、工業(yè)園區(qū)等結(jié)合電網(wǎng)需求布局儲(chǔ)能系統(tǒng),對(duì)已并網(wǎng)投運(yùn)且裝機(jī)規(guī)模1兆瓦以上的電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目,按照實(shí)際放電量給予最高0.2元/千瓦時(shí)的支持,每個(gè)項(xiàng)目支持期限3年,資助總額最高300萬元。
由此可見,數(shù)據(jù)中心與儲(chǔ)能結(jié)合發(fā)展既有政策加持,也有行業(yè)需求,已經(jīng)具備進(jìn)一步發(fā)展的先行條件。
ups儲(chǔ)能面臨哪些挑戰(zhàn)
數(shù)據(jù)中心與儲(chǔ)能充分結(jié)合發(fā)展是大勢所趨,但從目前的情況來看,儲(chǔ)能依舊處于相對(duì)早期的階段,與應(yīng)用的理想狀態(tài)還有一定差距,究其原因,主要是以下兩點(diǎn)。
1、龐大的能源存儲(chǔ)需求
數(shù)據(jù)中心是高耗能產(chǎn)業(yè),其運(yùn)行需要的用電量十分龐大。以機(jī)柜數(shù)1000,單機(jī)柜2.5kWh的A級(jí)數(shù)據(jù)中心為例,其運(yùn)營期間用電量可達(dá)到2500kWh。而對(duì)于備用電源的要求的負(fù)荷量還遠(yuǎn)不止于此,據(jù)《GB50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》,A級(jí)數(shù)據(jù)中心柴發(fā)燃料存儲(chǔ)量宜滿足12h用油,也就是說,如果想要儲(chǔ)能取代柴發(fā),成為此座數(shù)據(jù)中心的備用電源,至少需要3萬kWh(即30WMh)電能儲(chǔ)備。想要作為常用電源,需要的電量無疑更為龐大。
就數(shù)據(jù)中心自身而言,在當(dāng)前階段,進(jìn)行如此巨大的新能源電能存儲(chǔ)可謂挑戰(zhàn)重重。
首先,數(shù)據(jù)中心通過新能源獲取如此級(jí)別的電量本身便有較大難度。如分布式光伏雖然在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用較為廣泛,技術(shù)也相對(duì)成熟,但其發(fā)電量存在上限,想要支撐數(shù)據(jù)中心運(yùn)行還需進(jìn)一步的突破;再比如氫能,其供能雖然更為高效,但利用難度大,技術(shù)要求高,在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用上還處于實(shí)驗(yàn)性階段,未達(dá)到大規(guī)模推廣的條件。
其次,儲(chǔ)能容量方面,數(shù)據(jù)中心備用電源的電量需求已經(jīng)達(dá)到兆瓦級(jí)(MW),考慮到冗余配置的問題,在實(shí)際中對(duì)容量的要求可能會(huì)更高。但數(shù)據(jù)中心上的存儲(chǔ)能力還相對(duì)較低,以廣泛應(yīng)用的電化學(xué)儲(chǔ)能為例,其大多數(shù)產(chǎn)品的容量多數(shù)僅能應(yīng)用于UPS,根據(jù)《GB50174-2017數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》,A級(jí)數(shù)據(jù)中心中,當(dāng)柴發(fā)作為備用電源時(shí),不間斷電源系統(tǒng)電池最少備用時(shí)間為15min,依舊以機(jī)柜數(shù)1000,單機(jī)柜2.5kWh的A級(jí)數(shù)據(jù)中心為例,其存儲(chǔ)量約為625kWh,遠(yuǎn)達(dá)不到兆瓦級(jí)別的容量要求。
再次,在建設(shè)上,儲(chǔ)能設(shè)備是數(shù)據(jù)中心供配電的一部分,且占據(jù)空間較大,其建設(shè)必然會(huì)影響整個(gè)數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃布局,同時(shí),并網(wǎng)過程流程復(fù)雜,會(huì)涉及多個(gè)不同系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、兼容等。
此外,成本方面,雖然理論上可以進(jìn)行削峰填谷,但投入成本也較高,這既包括采購、建設(shè)成本,也包含儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)維成本。數(shù)據(jù)中心運(yùn)行周期可長達(dá)20—30年,增加或者改進(jìn)儲(chǔ)能系統(tǒng)均需要進(jìn)行長期管理,乃至需要培養(yǎng)專業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行運(yùn)營維護(hù),既增加運(yùn)維難度,也增加了運(yùn)維成本。
2、應(yīng)用安全問題
數(shù)據(jù)中心要綠色低碳發(fā)展,更要安全穩(wěn)定,這就要求各個(gè)環(huán)節(jié)所運(yùn)用的技術(shù)必須是成熟的,對(duì)于相關(guān)隱患也要有多種應(yīng)對(duì)方案,但儲(chǔ)能目前存在著一定的安全隱患。
以當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用較多的鋰電池為例,其體積小、重量輕、使用壽命長,行業(yè)對(duì)其前景普遍看好,但即便如此,其應(yīng)用進(jìn)程卻沒有如預(yù)期一樣,一個(gè)重要原因就是可能存在的安全問題。甚至可以說,近年來鋰電池安全事故頻發(fā)。
以電動(dòng)車為例,因?yàn)殇囯姵毓收蠈?dǎo)致失火爆炸的新聞可謂屢見不鮮,鋰電池已經(jīng)被貼上不安全的標(biāo)簽。并且,鋰電池在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用還需要配套的電池管理系統(tǒng)籌,通過長期實(shí)踐來防止熱失控等,有著不低的應(yīng)用難度,這也造成了應(yīng)用鋰電池的疑慮。相對(duì)的,鉛酸電池在安全性的表現(xiàn)上更加穩(wěn)定,應(yīng)用方案也較為簡便,這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心依舊偏愛鉛酸電池。
同時(shí),ups儲(chǔ)能系統(tǒng)的搭建也不僅僅是鋰電池,還涉及到相關(guān)儲(chǔ)能設(shè)備的建設(shè)、氫能的探索、充足能源的輸出乃至微電網(wǎng)的構(gòu)建等,均需要更加完備的安全方案。沒有安全,在數(shù)據(jù)中心上,儲(chǔ)能也就沒有應(yīng)用的根基。
ups儲(chǔ)能發(fā)展的可行性探索方向
數(shù)據(jù)中心是與數(shù)字化息息相關(guān)的新型基礎(chǔ)設(shè)施,安全性、穩(wěn)定性是基本要求,同時(shí)市場環(huán)境下,數(shù)據(jù)中心的建設(shè)運(yùn)維也需要符合企業(yè)效益。儲(chǔ)能作為數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳的必要一環(huán),在發(fā)展過程中也需要符合這些條件,同時(shí)結(jié)合儲(chǔ)能現(xiàn)有特征與不足進(jìn)行發(fā)展,即儲(chǔ)能需要穩(wěn)定新能源供給,并且要在安全基礎(chǔ)上降低儲(chǔ)能成本,提高存儲(chǔ)容量,增強(qiáng)儲(chǔ)能的供電能力。
根據(jù)現(xiàn)有實(shí)踐與探索,滿足以上條件的發(fā)展方向有兩個(gè):一是進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)中心自身儲(chǔ)能能力;一是數(shù)據(jù)中心通過與發(fā)電站、儲(chǔ)能站等進(jìn)行多站融合的模式來提高新能源利用的穩(wěn)定性、安全性。
增強(qiáng)數(shù)據(jù)中心自身儲(chǔ)能能力方面,目前具有實(shí)際意義集中表現(xiàn)為儲(chǔ)能容量方面的突破。如清華大學(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,其儲(chǔ)能容量達(dá)2MWh,輸出功率達(dá)1MW;微軟在去年6月啟動(dòng)的燃料電池項(xiàng)目,其運(yùn)行功率達(dá)到了3MW,已經(jīng)能夠滿足部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的備用電源需求。
這表明通過技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)中心儲(chǔ)能容量能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)的提升,具備替代柴發(fā)的可能,不過相關(guān)項(xiàng)目也具備明顯的實(shí)驗(yàn)性質(zhì),想要進(jìn)行推廣和應(yīng)用還需進(jìn)一步增強(qiáng)安全性與穩(wěn)定性,并且在成本上也要符合市場需要。
多站融合方面,其具備資源集約、系統(tǒng)融合及功能互補(bǔ)的特征,通過此,數(shù)據(jù)中心能夠有效解決自身的“短板”問題,如其中的發(fā)電站與大型儲(chǔ)能站,能夠保證新能源充足、安全與穩(wěn)定,數(shù)據(jù)中心與之充分結(jié)合后,便能夠解決其在大規(guī)模新能源獲取與儲(chǔ)存容量方面遇到的困難,滿足數(shù)據(jù)中心對(duì)于新能源供電的要求,最終實(shí)現(xiàn)綠電生產(chǎn)、平抑峰谷、降低排放等多重目標(biāo)。
值得注意的是,在多站融合的過程中,人工智能的應(yīng)用與大數(shù)據(jù)分析是極為重要的一點(diǎn),這是因?yàn)槎嗾救诤仙婕岸鄠€(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào),在進(jìn)行削峰填谷時(shí),還必須具備較高的儲(chǔ)能資源調(diào)度預(yù)測能力和聚合能力,均需要人工智能與數(shù)據(jù)分析的支撐。
更多的儲(chǔ)能站項(xiàng)目也在規(guī)劃建設(shè)中,據(jù)媒體不完全統(tǒng)計(jì),僅去年12月一個(gè)月份,便有約28個(gè)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目完成并網(wǎng)交付,其中更是包括了多個(gè)百兆瓦級(jí)容量的獨(dú)立共享儲(chǔ)能電站并網(wǎng)。相關(guān)政策也在增多,據(jù)資料,2021年以來,山東、湖南、浙江、內(nèi)蒙等多個(gè)省份陸續(xù)出臺(tái)了儲(chǔ)能建設(shè)指導(dǎo)意見,鼓勵(lì)投資建設(shè)共享(獨(dú)立)儲(chǔ)能電站,采用政策傾斜的方式激勵(lì)配套建設(shè)或共享模式落實(shí)新型儲(chǔ)能的新能源發(fā)電項(xiàng)目,為數(shù)據(jù)中心進(jìn)行多站融合打下了基石。
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