彭广香：数据中心UPS电池削峰填谷应用探讨

5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

中国移动通信集团设计院有限公司电源所高级工程师彭广香在通信储能专场，发表了题为“数据中心UPS电池削峰填谷应用探讨”的精彩演讲。

演讲内容如下：

彭广香：

我演讲的题目是“数据中心UPS电池削峰填谷应用探讨”，我们当时想做数据中心的储能，进行了招标，目前项目尚未有进展。从发展来看，我认为IDC未来会有持续高的增长。由于物联网、信息化的设备是5G的建设和AI的到来，它有加速的过程。目前我认为社会信息化远远没有完成，不到1%。我们目前信息化更多的是人与人之间交互的信息化。对于社会来说，企业生产的各个流程、社会交通、市政等信息化尚未完成。这需要依赖于两个东西：

一是基础网络的建设，NB和5G站点，从国内大规划来看2020年左右会启动建设，它会推动物联网的进度和进程，最终导致IDC建设量的增长。

这两年很多企业会关注IDC储能，主要原因是IDC负荷基数很大，小的IDC是几百K到几千K千瓦，大数据中心达到10-20万千瓦储能，这对储能系统来说非常有好处。这是北京峰谷电价差，平时峰谷是1元以上，在全国算是很高的。7、8月份会有尖峰，这三个小时大概是1.547元左右，电价对于做储能来说非常有诱惑力，能比较快速回收成本。相对来说北京的土地比较紧张，不一定有土地建设储能系统。一旦能建设，其投资回收期比较短。按这种方式计算，1千瓦储能电池每天可以收回0.91元，综合利用效率按90%计算，每年收益达到333元。如果成本是1.5元，不到5年就能收回。

用了电价政策，有没有产品支撑。主要集中两种电池：

一是铅炭电池，60%的时候，循环寿命达到4000次左右。目前不是谁都能做出来，我们看到实际做测试的结果，确实能达到这样的水平。铅炭电池跟普通铅酸电池的区别在负极加了炭，加了工艺特性，比较好的解决了寿命问题。普通的电池在200-300次的寿命。基站有很多电池，为什么电池不拿出来做储能。我们基站买的电池，循环寿命在100-150次水平，这种电池无法做循环使用。充电接受能力比普通电池有所提升，相对来说可以快速充电。

二是锂电池，这些年成本上升比较快，现在有大量生产能力，工艺比较好的可以做到0.7元一瓦时内。我说的是品质较好的电池，而不是很差的电池。大部分电池都在0.7元左右，成本是没问题的。市面上8、9毛钱可以买到。我说的是基于长寿命电池的产品品质。从测试来看，存储电池，2000次以上循环寿命是没问题的。长循环寿命是锂电池的基本特点，这决定了它在储能这一块，未来可能会占比较重要的地位。最终要结合其产品价格，从现在来看降到1元每瓦时没有太大的问题。

这是国家大课题：国家重点研发计划项目：100MWh级新型锂电池规模储能技术开发及应用。

本项目以开发长寿命、低成本、高安全、高转换效率新型锂电池及模块为目标，以“新型锂离子储能电池材料和单体设计与制造à模块设计与制造à寿命衰减研究分析à安全性评测及提升à系统集成应用à大规模示范验证”为研究主线，实施新型锂离子电池规模储能技术及应用的共性技术研发。在掌握高品质电池研制技术的同时，实现电池可经济化大规模量产，可大规模系统集成、可规模化应用、可客观量化评价，引领和推动锂电池储能产业发展、大规模应用推广。

能否达成目标，锂离子电池在充放电速率0.5C以上，充放电深度在90%DOD以上时，循环寿命大于10,000次，服役预期寿命大于15年，预期成本低于1500元/kWh，系统规模不低于100MWh。

目前比较流行的方式是IDC要配很多UPS，不间断电源。不间断电源本来要配电池，能否在这个环节做储能，能做，但也是有问题的。有独立充电整流器的UPS，我们平常画图直接画UPS，连接电池。实际上电池跟UPS连的时候，里面有一定的电路。对于外部来说，直接是电池连UPS，从内部来说有不同的。这种有独立的充电器给电池充电，放电时有电压调整，再给负载供电。典型产品是工频机，如果要做储能，比较好的方式是一部分用市电，一部分用电池，这对铅炭电池来说比较重要，大电流特性不太好，所以希望小电流放电，可以释放出更大的容量。(左图)这个形式可以比较好的适应供电模式，目前产品无法控制市电和电池的供电比例。我们平时的UPS做放电测试时，我们有这个功能做电池放电测试，但无法控制电池的市电和供电比例。

没有独立充电整流器UPS，电池直接连到UPS内部，有充电降压的电压变换、电压提升，这是双向的。典型产品是高频机，它没有独立的充电整流器，这是共用的，对电压调整放电，不能实现市电和电池的混合供电模式。要么是电池放电，要么是市电供电。这是可以改的，我们了解到目前有些市场在做改进，目前的方案是给它单独的充电回路，通过升压器放电。现在的高频机要做一定的改造，首先从硬件上改造，软件也需要改造。软件是市电主供模式，电池和市电混合供电的模式，需要做控制策略，目前的设备不支持我们主动控制它。

从目前采购的产品来看，工频机非常少。中国移动去年采购时明确没有工频机的采购需求，只有高频机和模块机。

模块化UPS，目前数据中心用模块化UPS比较多。模块化UPS里，电路跟高频机一样，它也是高频UPS，只不过变成模块化。单个模块看，无法形成市电+电池放电的混合供电模式。从整个系统来看是可以实现的，它可以设定每个模块处于市电工作模块还是电池放电工作状态，这是可以设定的。有了这个，它可以实现混合供电。(见PPT)这可以形成供电输出，下面由电池对模块放电，对负载输出。这几个模块会组成一个系统，对负载实行联合供电。这种至少解决了混合供电的模式问题。存在的问题是只能根据模块的比例设定电池的放电比例。比如10个模块，电池供电功率比只能是十分之一、十分之二、十分之三的模式，不能设定为12%、13%。

基于这种方式，一般200KVA UPS，输出180千瓦最大容量，按90%是120千瓦的容量。按高功率电池配，需要配56.7千瓦时的高功率电池。按采购价格计算是比较低的，价格比传统的10小时Ah计算的价格好，大概花2万元。如果按铅炭电池配，大概需要50Ah，储能系统投资是21.6万，跟原来相比，增长的投资是18.9万元。基于这个投资计算回报率。

可以放电容量，按照50%计算，250Ah，对应容量是150千瓦，充电损耗是17度，收益大概是7、8月份，其他月份比较低，综合下来一年的收益是4.22万，投资回收期4.5年。对应4.5年60%DOD，跑了159次循环。实际上配500Ah电池，可以把电池放电容量稍微提高一些，跑到60%DOD，这对投资回收期有好处。电池跑到60%时，剩余容量即使最后只有80%，相当于400Ah，还是可以满足我们的负载放电要求。另一个考虑是我们的数据中心在非常长的时间里，难以到额定负荷，我们设定200K UPS，实际上5、6年内无法到达这个数。我们可以按照60%DOD做充换电循环。

按照60%DOD计算，投资回收期是3.7年，对于60%DOD循环次数是1336次，电池性能基本持平。这是电价差比较大的，江苏大部分是8毛钱电价差，除以0.8，大概5年才能收回投资。投资回收期比这个更长，电池买回来后，安装、使用、上负载需要有时间，大概需要3-6个月。上负载后，它是负荷增长，有些机房开始的负荷率非常低，无法达到循环容量。即使60%DOD，放出144kWh，kWh除以8小时，不到20千瓦，相当于我的负荷率是15%内，可以做60%DOD的充放电。

测算锂电池，15分钟的高功率电池容量是10.7千瓦时。我们按锂电池是铅酸电池的体积密度的一半，基本可以配2倍，不增长电池占地面积。其价格比较高，2.2元一瓦时，需要增长22.29万，基于此算锂电池投资回报。

可放电功率，按53.71kW，IT负荷率100%，剩余56.71kW，相当于我们拿出50%容量做DOD循环。这样的情况下做计算，锂电池的供电特性非常好，可以快充快放。中午有3小时，晚上充满电后，上午放完，中午充上，下午再放电，可以做两次循环。我计算锂电池的价格比较高，做两次循环比较有经济价值。根据这个计算，分为7月和8月，计算出投资回收期需要8年时间。

我们考虑IT负荷率只有40%，很长时间我们的IT设备负荷率不会特别高，我们拿出比较多的容量做循环，投资回收期可以压缩到5.5年的水平。总的来看，锂电回收期比铅酸、铅炭低一些，有些公司在1.5-1.7元就能做下来。

大家说铅炭电池做储能，从更大的层面考虑，未来未必会用UPS供电，它只是备用，保证设备不间断的手段。从现在数据中心的发展来看，大部分数据中心开始考虑用设备直供的方式供电。如果我们做不间断电源，不用它供电的方式，我们的效率会提升，这一块的效益池是IT运营要考虑的。

UPS储能有一定的价值，但也存在一定的问题：

第一，铅炭电池是铅酸体系的电池，万一停电，铅酸电池在粗放电时会有陡电压价，不同放电的电压降曲线，我们有一个机房发生过这种情况。粗放电时，电压陡降得太低，导致低于电压，使得ICT设备宕机。粗放电超出设备的接受能力便会有这种风险。

第二，这需要充放电软件控制，软件系统肯定会存在死机的可能，这是一个风险点。现在的智能驾驶汽车，软件死机、操作系统死机的问题是不好解决的问题。任何操作系统都存在死机的可能，死机时，控制策略是什么。

第三，UPS是ICT设备供电最后的保障，你在上面做措施、改动，对供电保障是有伤害的，这是作为运营方会考虑的。

第四，锂电池，我们在基站用了大量的锂电池，我们评估锂电池和铅酸电池着火的可能性相当。最大的问题是万一着火了怎么办，我们最近想在机房做锂电的项目，着火了怎么办。锂电池一旦着火，据我们了解的情况是没有特别有效的方式及时灭火，现在看比较有效的方式，第一种是沙土掩埋，这在机房是不可能的;第二种方式是大量的水，浸没式的方式。万一着火，其风险非常大，没有比较有效的措施。如果大规模上锂电池，风险更不好控制。

第五，铅炭电池的寿命问题，我们看到4000次、5000次的试验结果，这是实验室的数据，真正使用是怎样的，我们还不知道。我们很高兴看到比较优秀的做铅炭电池的储能系统，它确实在全国做了几十套系统，运行得挺好的。

第六，这种项目建设时，一般来说不会直接买设备，如果我把铅炭设备买回来后，自己运营，风险非常大。一旦承受不了，风险由我承担。我希望你不要把电池卖给我，我买循环次数或者容量，这是建设方更容易接受的方式。

第七，如果我们再考虑数据中心的市电直供的架构，储能方式效率会大打折扣。

第八，我们没有考虑投资回收，回收周期长，有风险。

结论：

第一，数据中心UPS储能技术方案具备经济性的条件比较苛刻，可以做，但要考虑好才能做。

第二，UPS储能不利于供电安全，一定的降低IDC供电安全性。

第三，储能UPS对于负荷管理的要求提高了，开始小，后面大，储能系统的运行规则、充放电设置、放电比例都需要调整，不是装完后就可以不管，这提高了管理要求。

第四，考虑供电方的架构效能，其经济性会大打折扣。个人比较看好低压侧并联的储能系统的发展。并联系统是提高整个系统安全性的方式，它是传统的储能+PCS并网的方式。可以做IDC储能，希望大家综合考虑各方面的因素，慎重选择。谢谢大家!

(本文根据现场录音整理，未经本人审核)