采用新型储能架构解决数据中心能耗和电力问题

近年来，随着移动互联网、物联网、云计算等数据业务需求的爆炸式增长及IT技术的迅速发展，数据中心演变为一个高速发展的产业，成为新一代信息产业的重要组成部分。有关研究机构预计，2019年我国数据中心的市场规模将超过1800亿元，其中约70%是新建数据中心。

数据中心电力面临挑战

与此同时，数据中心面临着诸如能耗过大、负载量激增、主设备运行故障等一系列问题，并且变得越来越严峻。中国数据中心节能技术委员会数据显示，2017年中国数据中心总耗电量达到1200-1300亿千瓦时，超过了2017年全年三峡大坝发电量(976.05亿千瓦时)和葛洲坝电厂发电量(190.5亿千瓦时)之和。

保证安全可靠的电力和网络供应是数据中心最基本的两大功能，所以数据中心都配备有不间断电源(UPS)。传统的数据中心电力备用模式是：在市电供给正常时，UPS在“过滤市电杂质”后给负载供电，同时给电池充电;当市电出现异常(中断供电)时，电池放电通过UPS供给负载保证电力供应。但随着数据中心规模和密度的增长，这种模式不可避免地会面临一些突出的问题：

第一，电费支出高。数据中心建成之后的运营成本主要来自于电费，统计表明，电费支出占数据中心运营支出的60%以上。第二，电池投资高。数据中心备电多用铅酸蓄电池，这些电池的寿命通常为5年左右，为保证备电安全就要定期更换，且多数电池在使用周期内不放电，形成资源浪费(沉没成本)。第三，电池长期处于浮充状态，健康状态不明。有些数据中心甚至需要通过定期的假负载测试来检验电池性能，而这笔测试费用支出也相当可观。

储能技术成为新的突破口

近年来，数据中心储能技术快速发展起来，以其削峰填谷、按需响应、按需管理、供电质量保证、再生能源集成、备用能源储备等特点和优势，成为解决以上问题的重要手段。

数据中心储能对电池提出了更高要求。传统的铅酸蓄电池因其维护费用高、重量大、需要定期更换以及存在故障隐患，被认为是数据中心电力设备的“薄弱环节”。相比之下，锂离子电池具有较长的循环寿命，较长的运行时间，以及在较高环境温度下运行的能力，并具有更高的功率密度，在同等容量下所占用的空间是铅酸蓄电池的三分之一，可节省更多的机房空间，同时锂离子电池还具有瞬时响应能力。

超级电容器与传统的UPS配置相结合，也可以帮助解决问题。它们不但可以即时响应电力中断或电力质量问题，而不会因电池电阻问题而导致初始电压下降;还可以使数据中心更频繁地使用电池进行调峰，从而减少每月的电力需求成本;同时还有助于延长铅酸电池的使用寿命。超级电容器的优势在于其高可用性、相对较少的维护，以及长期使用寿命。

新型储能架构的优势

储能系统的核心除了设备本身之外，更关键的是系统管理。一般设计的储能系统的工作模式是：孤岛模式运行在发电机故障情况下，提供紧急供电;根据电网的配额进行能量分配，解决用电保障的问题。但是，无法实现实时输出电流源和电压源的切换，无法保证负载供电不中断。而以伊顿储能系统为代表的新型储能架构，通过最优化系统设计，市电模式和储能系统并行供电，能够有效地解决电网的异常切换造成的可能断电，也解决了储能系统能量分配管理的问题;同时结合优化的电池管理技术，可为客户实现最大化的经济效益。

伊顿通过结合其自身UPS产品的独有特点和多项专利技术，推出了两种更可靠的储能应用DCS 和 CPSS：

DCS系统基于UPS电气原理，提供系统96%的工作效率，双转化系统，对负载提供实时保护，系统能提供市电模式和储能系统的并行供应，结合电价可定制化配置电池放电容量，最大化使用电池的容量。

CPSS系统基于伊顿专利特有的交流直供技术，在实时提供市电模式和储能系统并行运行之外，整套系统提供高达98.5%的工作效率，市电模式和储能系统的切换时间小于2ms，极大程度地保障了系统的安全可靠且不间断的运行。

当前，储能技术已从一个基本概念发展成为当前社会走向低碳经济所不可或缺的技术前提，成为了推动能源转型的必要条件。将储能式产品与数据中心的运行现状进行有机结合，针对数据中心所存在的问题进行改善，最大限度提高其节能程度和管理水平，是数据中心当前迫在眉睫的需求。

(伊顿电能质量亚太区研发总监 郑大为)