儲能是新型數(shù)據(jù)中心的必選項

 

2021年，工信部印發(fā)的《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》中明確了對“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)濟社會數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級、融合創(chuàng)新為導向，以5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、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，在《關(guān)于加快構(gòu)建全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導意見》中也提出要“強化能源配套機制”，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)動建設(shè)、協(xié)同運行機制，進一步降低數(shù)據(jù)中心用電成本；引導清潔能源開發(fā)使用，加快推廣應(yīng)用先進節(jié)能技術(shù)；推動綠色數(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”等政策的推動下，數(shù)據(jù)中心采用可再生能源已成必然趨勢。

 

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

 

儲能作為一個能很好解決可再生能源穩(wěn)定性差缺點的技術(shù)方向，受到了IDC行業(yè)的廣泛關(guān)注。儲存的能量可以用做應(yīng)急能源，也可以在電網(wǎng)負荷低的時候儲能，在電網(wǎng)高負荷的時候輸出能量，用于削峰填谷，減輕電網(wǎng)波動的同時，降低數(shù)據(jù)中心的運營成本。

 

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

 

技術(shù)引領(lǐng)行業(yè)進步

 

無論哪個行業(yè)，技術(shù)一直是推進行業(yè)進步的關(guān)鍵手段，對于IDC行業(yè)而言，亦是如此。而儲能是否能與IDC行業(yè)結(jié)合，從而誕生出“儲能+IDC”的新運營模式，儲能技術(shù)在其中起到關(guān)鍵作用。下面我們就盤點一下，現(xiàn)階段儲能技術(shù)都有哪些，以及各類儲能技術(shù)的優(yōu)缺點。

 

抽水儲能

 

該儲能技術(shù)利用水作為儲能介質(zhì)，通過電能與勢能相互轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)電能的儲存和管理。在電力負荷低谷期將水“抽”到地勢高的地方，在水庫中儲存起來。在電力負荷高峰期，用水從高處流下的勢能，將勢能轉(zhuǎn)化為電能，進行發(fā)電。

 

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

 

不過抽水儲能受地理條件限制極大，且儲能密度較低。同時，因為需要建設(shè)水壩、水庫等相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)周期長、投資金額大。對于本就需要重資產(chǎn)運營的數(shù)據(jù)中心而言，性價比不高。

 

壓縮空氣儲能

 

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

 

壓縮空氣儲能相對來說技術(shù)成熟度較高、存儲容量大、存儲時間較長、項目整體成本較低，相對應(yīng)用“門檻”較低。前不久，由中國能建主體投資的世界首臺300MW級別的非補燃壓縮空氣儲能示范工程在湖北開工，該項目建成后在非補燃壓縮空氣儲能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“單機功率、儲能規(guī)模、轉(zhuǎn)換效率”三項世界第一。

 

不過，以現(xiàn)有技術(shù)而言，壓縮空氣儲能普遍存在儲能室占地規(guī)模大、建設(shè)周期長，以及轉(zhuǎn)換效率較低（普遍為60%~63%）等缺點。一方面對于“寸土寸金”的數(shù)據(jù)中心而言，應(yīng)用壓縮空氣儲能將占據(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比較低。

 

重力儲能

 

該儲能技術(shù)是在電網(wǎng)負荷低谷期或利用可再生能源通過導輪等“機械”，將重物拉起，進行機械式儲能；在電網(wǎng)負荷高峰期利用重物下落時產(chǎn)生的勢能，將勢能轉(zhuǎn)化為電能，進行儲能。

 

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

 

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

 

熔融鹽儲能

 

該儲能技術(shù)是利用無機鹽在高溫下熔融形成的的離子熔體，以此為媒介將太陽能光熱、地熱、余熱、低品位廢熱，以及電網(wǎng)負荷低谷期電力等“能量”以熱能的形式儲存起來，在電網(wǎng)負荷高峰期時釋放熱能，以熱發(fā)電。

 

熔融鹽儲能相對儲能密度大、穩(wěn)定性較高、使用周期長、建設(shè)成本低。2021年底，美國長時儲熱技術(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的長時儲熱項目，預計2024年投產(chǎn)。項目建成后將成為全球規(guī)模最大的長時儲熱項目。

 

現(xiàn)階段，熔融鹽儲能的缺點主要源自熔鹽媒介自身缺陷，熔鹽熱導率較低、比熱容低、腐蝕性強、安全性較差等問題都對利用熔融鹽儲能提出了更高的要求，也是熔融鹽儲能發(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。

 

釩電池儲能

 

釩電池儲能也就是全釩液流電池儲能，該電池是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的氧化還原電池。與上述儲能技術(shù)儲能方式類似，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、功率大等特點。目前我國大連已建成100MW容量，400MWh的全釩液流電池儲能項目。

 

不過全釩液流電池的缺點也顯而易見，其單位體積可儲存電量低，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。

 

飛輪儲能

 

飛輪儲能是用電動機帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，在需要的時候再用飛輪帶動發(fā)電機發(fā)電的儲能方式。

 

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

 

不過，飛輪儲能電能輸出時間極短，只可持續(xù)十幾秒到幾分鐘，且造價貴、運維成本高。所以對于數(shù)據(jù)中心而言，采用UPS電源即可達到飛輪儲能的效果，總體成本則低很多。

 

電化學儲能

 

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

 

電化學儲能技術(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。

 

不過鉛酸電池的使用壽命及其單位體積儲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、長時儲能。

 

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)模長時儲能的首選電池。

 

儲能+IDC，任重道遠

 

數(shù)據(jù)中心作為高載能行業(yè)，即便通過設(shè)備的降耗增效可以實現(xiàn)碳減排，但若想實現(xiàn)真正意義上的碳中和，100%采用可再生能源供電無疑是最佳路徑之一。而儲能又能很好地解決可再生能源供電不穩(wěn)定的問題。筆者認為，大規(guī)模長時儲能與100%可再生能源結(jié)合的方式，將成為未來數(shù)據(jù)中心最佳運營模式之一。

 

通過上文的盤點，結(jié)合數(shù)據(jù)中心的特性來看，應(yīng)用磷酸鐵鋰電池的電化學儲能是現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心大規(guī)模長時儲能方式的首選。

 

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

 

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

 

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

 

寫在最后

 

碳中和，勢在必行；數(shù)字經(jīng)濟，已成“主流”，數(shù)據(jù)中心既是數(shù)字經(jīng)濟的底座，又是亟需實現(xiàn)碳中和的高載能行業(yè)。“兩手”都要抓的大背景下，筆者相信儲能+IDC的新模式將成為新型數(shù)據(jù)中心的主流運營模式之一，而數(shù)據(jù)中心也需要更多類似“儲能+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，實現(xiàn)“碳中和”，就是好技術(shù)。