信息时代的来临,数据中心大规模的建设,计算机和大量通信设备飞速发展,不间断电源系统作为满足数据中心供电质量的最核心部分被用户重点关注。其中蓄电池又是整个供电系统中最重要的组成之一,是整个供电系统的“最后一道屏障”。但是目前数据中心备用电池普遍选用浮充备用型电池,电池容量与体积大、功率低、成本高、一致性差、寿命短,已成为制约绿色数据中心发展的一大障碍。
　　
　　1 数据中心备电解决方案
　　
　　(1)数据中心高倍率电池的应用
　　
　　数据中心用蓄电池同传统通信类电池相比,更加侧重于大倍率短时间放电,行业内数据中心产品主要围绕备电时间由小时级向分钟级发展,备电产品具有以下特点:
　　
　　①高功率:同倍率可以放出更多的容量,短时间功率性能更出色。15分钟率可以放出50%以上的电量,相当于普通电池1小时率放出的电量。这类电池设计时,主要通过降低电池内阻、减小各环节压降、减缓电池极化、提高活性物质利用率。其中电池内阻包括板栅内阻、铅膏内阻、板栅与铅膏的界面阻抗、隔膜电阻、电解液电阻等;电池极化与极板表面积、隔板厚度、极群极间距等因素相关;活性物质利用率与极板厚度、电解液浓度等因素有关。
　　
　　②高安全性:安全性是数据中心最不容忽视的问题,整个供电系统要求蓄电池大电流充放电使用时,电池模块不能过热,不得出现端子过热、塌陷和密封胶融化现象,电池内部连接件需经过验证测试,确保满足载流量要求。另外,一般蓄电池容易出现的壳体鼓胀、漏液等问题,该场景产品需有针对性解决措施应对,防止漏液现象,实现高安全性、高稳定性。
　　
　　③长寿命:普通蓄电池寿命短,失效过快,高倍率电池产品在板栅合金、铅膏配方、高性能隔膜、高强度壳体材料、电池结构等方面技术手段优化,蓄电池设计寿命提升至15年以上。
　　
　　④高一致性:数据中心供电系统一般电压等级均在240V以上,如此高的电压需要多节蓄电池串联来实现,高倍率电池的性能除了由设计因素决定外,还与制造过程一致性控制有较大关系,高倍率电池产品的自动化程度高于普通产品,各环节实现机械化、精细化生产,产品的各部件的精度得到大幅度的提升,产品的一致性可提高50%以上。
　　
　　(2)锂电高压直流系统的应用
　　
　　随着技术的不断改进,锂离子电池的安全性不断提高,成本不断的下降,可用性及经济性不断地增强,锂离子电池备电系统正在迅速成为解决数据中心备电问题的常用方案,其特点包括:
　　
　　①智能化监控
　　
　　BMS系统统一管理,实现智能化电池管理;
　　
　　②能量转化率高
　　
　　采用小容量系统即可满足大电流放电需求;
　　
　　③节能减排
　　
　　同样的负载,该系统可有效降低系统容量配置;
　　
　　④安装维护方便
　　
　　采用并联的接线方式,系统扩容方便,无需单独建设电池房,与主设备零距离接触,节约综合建设运营成本20%以上。
　　
　　(3)储能+备电服务的应用
　　
　　中国数据中心节能技术委员会数据显示,2016年中国数据中心总耗电量超过1108亿千瓦时,2017年达到1200～1300亿千瓦时,这个数字超过了三峡大坝2017年全年发电量(976.05亿千瓦时)和葛洲坝电厂发电量(2017年葛洲坝电厂发电量190.5亿千瓦时)之和。IDC业务成本中,电费成本占到约50%,逐年折旧后依旧约占总成本的30%。降低运营电费是降低IDC年运营成本的关键。数据中心采用储能+备电服务的运行方案,以数据中心用铅炭电池组作为储能电源,由单纯地提供产品向提供储能+备电服务转变,实现了IDC领域的削峰填谷储能应用,可以实现节能减排、降低企业电力生产费用的目的,开辟了一个稳健和更富有潜力的市场。
　　
　　图1给出了配置储能系统与不配置储能系统的电网电力需求。
　　
　　以江苏省为例,储能系统的充放电时段:在谷区时段利用低电价充电,而在峰区(或尖峰)时段储能系统放电,减少其间的电网用电量,不仅可以降低电网在高峰时段的用电压力,而且企业可以利用峰谷电价差降低电费支出,从而获得收益,收回储能系统的项目投资。表1为江苏省工业用电峰谷分时销售电价表。图2为系统运行阶段峰谷电价示意图。表2进一步给出了备电系统运行模式,利用谷电、平电和峰电时段的电价差,设置备电系统的运行模式,以取得更大的经济效益。
　　

调峰系统每天完成1个充放电循环,即完成在低电价区蓄电(电池充电)、高电价区放电的过程;可通过电价差实现盈利。
　　
　　储能+备电方式同传统备电相比,初始投入略高。但从投资回报角度考虑,采用数据中心储能+备电的方式,利用削峰填谷可实现寿命期内盈利的目的。储能系统服务年限越长,经济效益越可观。
　　
　　2 结束语
　　
　　互联网技术的应用与快速发展,云计算、云存储、大数据等相关新型互联网业务规模与日俱增,数据中心进入规模化建设阶段。需要我们积极探索,发现不断增长的能源新世界。本文分别介绍了数据中心高倍率铅酸蓄性能特点、数据中心高压直流锂电的应用、数据中心储能+备电的应用模式。基于以上产品具备的高倍率、高安全性、高一致性、长寿命、智能化集中监控、安装维护方便、高性价比、节能减排,必将成为未来IDC、UPS系统后备电源的主要解决方案之一。
　　
　　作者简介
　　
　　杨宝峰,现任双登集团股份有限公司轮值总裁,高级工程师,2017年全国轻工行业劳动模范,全国电工学会铅酸蓄电池技术委员会副主任委员,化学与物理电源行业协会电池行业专家委员会委员,工信部泰尔认证中心技术委员会委员,主持或参与各类省部级项目12项;累计获得省部级科技进步一等奖二项、二等奖一项。
　　
　　编辑：Harris
　　
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