能源e+供電保障新模式——數(shù)據(jù)中心鋰電集成技術(shù)

• 2020年11月16日 YangJinZhu來源：互聯(lián)網(wǎng) 1025 65
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　　近年來，隨著國家對節(jié)能減排政策的大力推廣，數(shù)據(jù)中心作為高能耗的應(yīng)用場景，其采用的各項技術(shù)、產(chǎn)品的節(jié)能性也得到了很高的重視。鋰電池相比傳統(tǒng)的鉛酸電池而言，有著體積小、重量輕、能耗低、壽命長的優(yōu)點，從而在儲能及通信領(lǐng)域（主要是通信基站）得到了廣泛的應(yīng)用，但也由于鋰電池組的初期投資較高（約是鉛酸蓄電池的兩倍），因此在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中尚未大規(guī)模的使用。

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（圖片來自于網(wǎng)絡(luò)）

　　國網(wǎng)江蘇綜合能源服務(wù)有限公司自成立以來，一直致力于新能源的推廣和應(yīng)用，尤其是一年內(nèi)連續(xù)中標(biāo)“南京鳳凰數(shù)據(jù)中心”及“上海泛觀數(shù)據(jù)中心”兩個超大型數(shù)據(jù)中心總承包項目，讓公司對數(shù)據(jù)中心的建設(shè)方案有了新的思考和探索。

　　如何發(fā)揮自身優(yōu)勢打造更安全、更節(jié)能、更高效的數(shù)據(jù)中心？公司技術(shù)團(tuán)隊將磷酸鐵鋰電池組+UPS與鉛酸蓄電池組+UPS兩種方案進(jìn)行了全面的對比分析，現(xiàn)就業(yè)界比較關(guān)心的安全性和經(jīng)濟(jì)性問題予以分析和解答。

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　　鋰電池組的安全性

　　是否低于傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池組？

　　對于數(shù)據(jù)中心而言，安全性一定是放在首位的，任何撇開安全性談經(jīng)濟(jì)性或者節(jié)能高效的技術(shù)措施都是無稽之談。那么在大眾所知的新聞中，鋰電池自燃、爆炸的事故時有發(fā)生，是否就該否定鋰電池組在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用呢？

　　我們分析的結(jié)果是：從安全性而言，鋰電池在數(shù)據(jù)中心行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景，因為鋰電池在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的安全性取決于以下主要因素。

　　01鋰電池類型

　　目前市場上應(yīng)用最多的鋰電池分兩類：三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池。

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　　三元電池比磷酸鐵鋰電池有更高的能量密度和使用壽命，被廣泛應(yīng)用在充電汽車及手機終端等行業(yè)，但是三元鋰電池對溫濕度等環(huán)境要求比磷酸鐵鋰電池更高，導(dǎo)致了其安全性低于后者；

　　磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池相比具有耐高溫，安全穩(wěn)定性強，價格更低，循環(huán)性能更好的優(yōu)勢。

　　02應(yīng)用場景

　　

　　三元鋰電池主要應(yīng)用于電動車等領(lǐng)域，一般處于室外環(huán)境，溫度環(huán)境不穩(wěn)定，持續(xù)震動，還存在撞擊等風(fēng)險，因此大大影響其使用安全性；而在數(shù)據(jù)中心的場景下，鋰電池組布置于恒溫恒濕的電池室，安全性也得到了最大程度的保障。

　　03電池管理能力

　　數(shù)據(jù)中心應(yīng)用場景下的鋰電池組對電池的管理能力提出了更高的要求：不但通過UPS系統(tǒng)對電池組進(jìn)行充放電的控制，而且鋰電池組通過自身的BMS系統(tǒng)對單體電池的運行狀態(tài)及單體均衡性等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，嚴(yán)格確保蓄電池系統(tǒng)的安全性。

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　　如果數(shù)據(jù)中心采用鋰電池組，

　　在投資上是否遠(yuǎn)大于鉛酸蓄電池組，

　　從而影響投資回報率？

　　國際上對數(shù)據(jù)中心的生命周期普遍認(rèn)知是25年，所以我們要考慮數(shù)據(jù)中心全生命周期的投資回報，而不僅考慮初期投資。因此我們從數(shù)據(jù)中心全生命周期的視角，針對蓄電池組進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析：

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　　以上圖表可以看出，在數(shù)據(jù)中心整個的25年生命周期里，蓄電池組的整體投資是接近的，甚至采用鉛酸電池的組總體投資是高于采用磷酸鐵鋰電池的。并且，采用磷酸鐵鋰電池運行風(fēng)險更小、能耗更低、機房面積利用率更高。

　　雖然，鋰電池組在數(shù)據(jù)中心場景中的應(yīng)用具備諸多優(yōu)勢，但是在實際應(yīng)用中仍需要注意以下問題：

　　01儲能行業(yè)與數(shù)據(jù)中心的保障需求不同

　　儲能行業(yè)保障需求：對電池組的保護(hù)性要求高，在非正常狀態(tài)下系統(tǒng)被要求首先保護(hù)電池組而切斷電池；

　　數(shù)據(jù)中心保障需求：系統(tǒng)要求首先保障的是負(fù)載的不可中斷，所以電池組只有放電到設(shè)定的極限電壓的情況下，才允許切斷電池。

　　因此，在鋰電池+UPS系統(tǒng)調(diào)測的過程中，需要嚴(yán)格遵守數(shù)據(jù)中心優(yōu)先保護(hù)負(fù)載的原則，但也需要適度考慮鋰電池組的安全性，對鋰電池中的充放電電壓門限值等參數(shù)做合理的配置。

　　02并非市面上所有的UPS都能對接鋰電池組

　　市面上的UPS分工頻機和高頻機兩種，工頻機價格高體積大，一般數(shù)據(jù)中心除了非線性負(fù)載（電梯、水泵等）都采用高頻機搭建供電系統(tǒng)，所以鋰電池建議配置在高頻UPS系統(tǒng)中。

　　普遍的高頻UPS系統(tǒng)都沒有設(shè)計對接鋰電池充電環(huán)境的電池管理系統(tǒng)，還有些進(jìn)口廠家僅針對自有品牌的鋰電池組做了適配的UPS管理系統(tǒng)，而無法與其他品牌的鋰電池組兼容。

　　因此，在搭建鋰電池+UPS供電系統(tǒng)的初期選型時，須關(guān)注UPS與鋰電池的系統(tǒng)適配性，以免造成系統(tǒng)無法正常運行。

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　　國網(wǎng)江蘇綜合能源公司

　　在江蘇省某工建綜合大樓的

　　UPS+鋰電池供電系統(tǒng)項目具體實施案例

　　01項目需求

　　在大樓內(nèi)各層共計9路不同需求的供電負(fù)載，電池保障時間大于1.8小時：

　　負(fù)載名稱負(fù)載量（KW）供電要求

　　02解決方案

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　　03實施亮點

　　● 將9路負(fù)載按供電等級分成三類，分別配置三套UPS+鋰電池系統(tǒng)：100KW UPS單機系統(tǒng)一套，100KW UPS*2并機系統(tǒng)一套；300KW UPS單機系統(tǒng)一套；184.32kwh磷酸鐵鋰蓄電池6組（各系統(tǒng)保障時延1.84小時）；

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鋰電池+UPS供電系統(tǒng)圖

　　● 由于項目現(xiàn)場規(guī)劃的機房面積過小，我們將三套系統(tǒng)的輸入、輸出配電屏合并為兩臺；

　　● 采用了數(shù)據(jù)中心等級的綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了本地、遠(yuǎn)端和手機端的實時監(jiān)控，做到無人值守；

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● 機房內(nèi)交直流橋架分離，加強運維安全性；

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建成實景

　　● 將氣體消防鋼瓶放置在假機柜內(nèi)部，增加機房整體性和美觀度。

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