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年耗电超1500亿千瓦时!锂电池将助力数据中心显著节约成本

   日期:2019-09-17     来源:新产业智库    浏览:8710    评论:0    
2019年9月9日,国际环保组织与华北电力大学联合发布《点亮绿色云端:中国数据中心能耗与可再生能源使用潜力研究》报告,数据显示,2018年,中国数据中心总用电量为1608.89亿千瓦时,超过上海市2018年全社会用电量,占中国全社会用电量的2.35%。报告预计2023年中国数据中心总用电量将达到2667.92亿千瓦时,未来5年(2019年-2023年)将增长66%,复合增长率将达到10.64%。

1、数据中心运维降成本

数据显示,2017年我国数据中心数量已超过40万个,随着我国社会信息化水平不断提高,信息化建设步伐不断加快。伴随着信息消费快速增长,数据中心作为通信的重要载体,其建设也进入快速发展期。

我国数据中心占用能耗较高,年耗电量超过全社会用电量的1.5%,大多数数据中心的电能使用效率(PUE)仍大于2.2,与国际先进水平相比有较大差距,节能潜力巨大。同时,数据中心大量用电产生的碳排放,消耗大量的水资源,其设备废弃后造成较大污染,给资源和环境带来巨大挑战。因此我国提出以PUE1.4为指标,建设绿色型数据中心的目标。

部分绿色型数据中心试点单位

数据来源:工信部、国家能源局、高工产研锂电研究所(GGII)整理

为了提高数据中心用电可靠性,并且降低用电量。2019年“两会”期间,国家电网有限公司提出要探索利用变电站资源建设运营充换电(储能)站和数据中心站的新模式:多站融合。多站融合是指在变电站、充换电(储能)站和数据中心站的基础上,增加5G基站、北斗地面增强站、光伏站、综合能源站等,实现清洁用电、低价用电的特点。

利用变电站选址靠近用户,电力供给充足,覆盖用电客户广泛等特点,支持数据中心计算、存储、链接等功能对于电力、环境的服务需求。满足5G网络建设中的多接入边缘计算(MEC)站建设需求,为泛在电力物联网提供实现物理世界和数字世界连接的IT基础设施资源。

目前已有重庆等省市正在规划建设多站融合项目,重庆以“共商共建共营共赢”的商业模式为准则,在110千伏沙沟变电站多站融合项目中结合了变电站、数据中心、存储中心、边缘服务等多项功能,已为腾讯云游戏、爱奇艺视频、CDN(内容分发网络)下沉节点提供计算、存储等服务。通过云边协同,可极大提高游戏、视频等用户体验,并带动新业务发展。

2、锂电池储能在数据中心的应用场景

UPS是为重要设备保障电力供应的设备,数据中心由于其重要性都有配置。A级数据中心设有柴油发电机时,UPS电池后备时间要求不低于15min。早期UPS通常采用铅酸电池,但目前锂电池渗透率已不断提高。为了保证数据中心信息设备供电质量和供电可靠性,UPS是必需的,与经济效益无关。

铅酸电池与锂电池电池管理难度对比


数据来源:施耐德电气信息与技术、高工产研锂电研究所(GGII)整理

UPS+储能(Storage Power Supply)简称SPS系统,是指UPS和储能相融合的系统,是在锂电池UPS的基础上,通过增加配置电池的容量,实现建设储能电站的目的。利用峰谷电价进行套利,而剩余电量作为备电。偶尔停电时,电池放电到70%~80%,对电池寿命影响不大。

国内储能市场由于初始投资大,需求不稳定等情况,发展情况一直不温不火。但在UPS锂电化以及多站融合的背景下,整体而言,数据中心储能是目前储能市场中非常有应用价值的细分市场。

3、锂电池经济型分析

数据中心供电一般采用2N UPS结构,两套2N的UPS系统共需要4个配电柜位、2个800A框架断路器及10个250A的塑壳断路器,电压器负荷通常在50%以下。虽然数据中心服务是全天候运转,但夜间还是存在服务器点击率降低,自身功耗减少的情况。并且由于充电多是在低谷电时段,充电倍率小,充电时间长,常规负载会减小。所以带给变压器的压力影响非常有限,从硬件角度来讲,虽然锂电池UPS与传统铅酸电池不同,但经过测试更换铅酸只需增加整流模块功率即可,逆变模块无需改变,因此不会影响到UPS可负荷的机柜数量。

UPS产品组成展示


数据来源:企业官网、高工产研锂电研究所(GGII)整理

2018年,南方监管局发布《南方区域电化学储能电站并网运行管理及辅助服务管理实施细则(实行)》,细则中规定,储能电站根据电力调度机构指令进入充电状态,按其提供充电调峰服务统计,对充电电量进行补偿,具体补偿标准为0.05万元/兆瓦时。

当数据中心带有储能功能后,特别是多占融合的场景下,也可以参与到充电调峰当中。只要充分管理好电池,在响应充电调峰时,就可以获得相当不错的补贴。以每台储能UPS配置6组LFP电池为例:一个拥有30台储能UPS,共计576kWh电池。

为不影响数据中心正常工作,以充入20%的电量来计算则调峰一次的充电收益为30*576kWh*20%*0.5元/kWh=1728元。而锂电池的长循环特点也可以在调峰中发挥作用,实现经济效益。

锂电池UPS循环测试图


数据来源:企业官网、高工产研锂电研究所(GGII)整理
 
此外,在日本、新加坡、香港这类寸土寸金的地区,用户对于电池的占地空间和重量更为关注。由于锂电池的能量密度是铅酸电池6-7倍,这样其占地空间比铅酸电池减少60%以上,机房空间可以节省出来摆放服务器机柜来出租盈利或者备用应对后期扩容。同时锂电池的重量比铅酸电池轻70%以上,因此可以大大减轻对于楼板承重的压力,这样承重改造费用得以大幅缩减,并且可以降低数据中心所在环境限制,在写字楼空间中的应用可能性也不断提高。

数据中心电池方案占地对比

数据来源:施耐德电气信息技术、高工产研锂电研究所(GGII)整理

4、DC机房对锂电池的需求规模

目前数据中心可分为电信类、互联网、公共机构、制造业、能源业、金融六大应用场景。以电信业为例,在5G建设的高增速推动下,电信业数据中心的建设速度也不断提高。

5G时代,云计算量将大幅增长,数据机房的建设/扩建都将带来电池需求量的增长。由于机房空间确定,未来电池扩容只能依赖使电池能量密度更高的电池,因此锂电池在数据中心的渗透率将不断提高。GGII通过调研与测算,2019~2025年5G电信类机房将累计增加5.8GWh的锂电池需求,锂电池渗透率逐年提高。

互联网以及制造业领域,随着工业互联网、边缘计算等行业已接近爆发期,未来建设数量也十分可观。对于制造业数据中心来说,由于数据中心储能可以与生产用电相协调,其建设可行性更高。

2019-2025年电信类DC机房的年度增量

数据来源:高工产研锂电研究所(GGII)

在数据中心电池巨大应用前景和华为等企业涉足的吸引下,布局者逐渐增多,而不少企业和投资者在进入数据中心用锂电池领域的时候,并不了解目前行业的实际情况,缺少产业相关数据。本报告对2018-2019年中国数据中心锂电池行业的行业特征、政策环境、市场规模、竞争格局、应用领域、技术趋势等进行详细的研究和分析。

 
 

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