【年会回顾】曾显达：“数据中心储能技术与实践”

近日，“2023数据中心市场年会”在北京召开，会议以“数据零碳、数字中国”为主题，共同探讨数字经济背景下数据中心行业面临的机遇与挑战。本届数据中心市场年会由中国电子技术标准化研究院、中国电子节能技术协会数据中心节能技术分会、中国电子节能技术协会工程总承包分会强强联手共同主办，打造产学研用各方协作创新、与专家零距离深入交流的技术盛宴，推动数据中心产业健康发展，创建和谐产业生态。

在本次年会的分论坛六——数据中心供配电系统论坛上，伊顿关键电源首席专家高级应用架构师、高级工程师曾显达作了题为“数据中心储能技术与实践”的分享。

他首先对伊顿公司进行了介绍。伊顿是一家智能动力管理公司，下属电气和工业集团两个集团。公司成立于1911年，全球总部位于爱尔兰首都都柏林，1993年进入中国，亚太区总部设在上海，在国内12个城市共有19处生产基地。

于1923年在纽约证券交易所上市，今年伊顿在纽约证券交易所已上市100周年纽约证券交易所为了表彰伊顿在这100年来取得的非凡成就，在3月7日请伊顿再度敲响了开市钟，获此殊荣的企业全球仅有32家，这是客户、股东和全社会的伊顿的认可。

伊顿始终秉承绿色可持续发展理念，提出了“EVERYTHING AS A GRID”——未来电网的构想和行动理念。它主要包括数字化转型和能源转型两个方面。数字化转型即以信息技术为基础，将信息流与能源流相融合，从全局的角度调控和整合各种能源和负载，改善人类赖以生存的能源。能源转型包括源网荷储技术、光储直柔技术和构建以新能源为主体的新型电力系统。

新能源因其波动性和间歇性的特点不适宜直接应用于对电能质量要求较高的数据中心中，为了把新能源融入到数据中心供配电系统中，需要使用储能作为新能源的缓冲器和调节器。

储能是完成软件定义动力，实现能源数字化的关键一环。伊顿在能源数字化方面推出了很多产品和解决方案，比如PCS储能、UPS储能以及充电桩。

本次演讲曾工主要和大家分享的是UPS储能，UPS储能主要应用在数据中心中，它可以是在不改变数据中心配电架构的基础之上，实现储能的最优方式。伊顿提出了“EnergyAware”技术将UPS、锂电池和储能完美融合，该技术是伊顿专为UPS系统研发的先进智能动力管理解决方案。

在演讲的第二部分，曾工和我们分享了国内数据中心储能发展现状。首先讲到了数据中心的备电，现阶段数据中心备电有两种主要形式，一种是以UPS为主的不间断供电。另外一种是以柴油发电机为主的长时间供电。

这两种方案都存在一定问题， UPS所配套的蓄电池仅在市电停电的时候才能体现价值。大部分时间处于闲置状态，有的电池可能整个生命周期当中，一次价值都没有发挥出来，它的功能比较单一，价值模式也比较单一，利用率比较低，容易造成资产的浪费。

柴油发电机作为数据中心不可缺少的供电形式，可以通过不断加油的方式实现持续的长时间供电，这一点储能目前还做不到，所以柴油发电机在数据中心中会长期存在，但在固定的备电时间内储能可以替代柴发。此外，柴发自身存在启动时间长、污染高、度电成本居高不下和因系统特性匹配导致宕机的问题。

数据中心储能最近面临的机遇和挑战有哪些呢？首先，机遇的外部因素，国家的“双碳”目标发展战略，国家要在2030年要实现碳达峰，要构建以新能源为主体的新型电力系统，新能源必须配备储能。另外，从经济可行性角度看，峰谷价差拉大，为储能的经济可行性性提供了基础。从全球的格局来看，我国已经是全球的储能的重要研发和生产基地，目前国内的储能技术在世界上已经处于领先地位。其次是机遇的内部因素，数据中心一直与电气设备和蓄电池打交道。具有很好的技术储备和人才储备。数据中心储能是工商业储能一个分支，工商业储能和发电侧的储能还不太一样，工商业储能必须要有负载才能把所存储的电释放出去。数据中心本身的存在价值就是为IT负载提供一个可靠的运行环境，具有稳定、可预知的负载，对负载的管理在整个全社会内是最为精细的。内部因素的最后一点是绿色数据中心的发展要求，现在数据中心都通过各种方式来降低PUE，实际上，通过降PUE，只能实现低碳，达不到零碳，要想实现零碳的要求，肯定要引入绿色能源，而数据中心想要利用绿色能源必须通过储能。除些之外，还有一些制约因素。首先是安全性，现在储能通常以锂电池储能为主，锂电池储能存在热失控的现象，是行业内比较畏惧的问题。其次是经济可行性。还有PUE的计算和标准体系建设问题。

接下来，曾工重点对伊顿UPS储能技术进行了详细的介绍。数据中心电压等级包括10千伏和0.4千伏两个电压等级，也就是通常所讲的配电侧和用电侧。伊顿在两个电压等级都有相应的产品和解决方案例如中、低压UPS、PCS、锂电池以及相应的解决方案。

数据中心储能在行业内基本上分为两形式，一种是PCS储能，另外一种是UPS储能。今天重点分享的是UPS储能，UPS储能对UPS有些特殊要求，主要有三点，一是要有足够大的充电能力，传统的UPS配置的充电器的容量较小，在做UPS储能的时候，为例跟当地电价的政策相匹配，在电价低谷的阶段，要把电充满，这样才能保证在这种峰值的阶段把电放出去，如果说充电能力太小，可能就会在低谷电价阶段充电充不满，致使高峰电价阶段没有足够的电去放，降低峰谷收益。二是要支持多充多放，可以缩短资金回收周期。三是UPS要兼容功率型与能量型电池，方便控制成本。

UPS在架构上经历了工频机、高频机和模块机的发展历程，随着新型电力系统和新能源的发展，希望UPS不仅要实现高效、可靠的供电还要实现绿色供电。为此需要UPS在功能上也要适应这一需求。传统UPS将交流电通过整流器转换为直流电供给电池充电器和逆变器，在停电的时候电池里面的能量通过逆变器放出实现备电功能。目前业内很多UPS设备厂家通过提高充电器、蓄电池容量，优化软件完成对绿色能源的存储，实现储能功能。

前面所讲的这两种方式，对能源的管理都是从电源端到负载端的单相流动方式。能不能实现将蓄电池中存储的能量既能向负载端流动又可以向电源端流动， 伊顿UPS的“EnergyAware”技术就满足了这一功能要求，它可以实现将存储在蓄电池能量的“双向”传输，响应电网调度需求，实现调频、调压等稳定电网的作用，达到和PCS相同的功能效果。

“EnergyAware”技术赋予了UPS新的使命，使UPS不仅可以做不间断供电电源来使用，还可以实现储能完成与电网的交互，使数据中心从“能耗中心”过度到了“能源中心”， 完成了数据中心从能源消耗者到利润提供者的转变，UPS蓄电池能量双向传输将是UPS发展史上重要的“里程碑”。

曾工提出了UPS功能的发展趋势，即：传统的备电型UPS、基于蓄电池能量单相传输的储能型UPS和基于蓄电池能量双向传输的储能型UPS（电网交互型UPS）。

接下来，曾工介绍了电网交互型储能UPS。

它有三点特殊要求，首先要有硬件基础，只有硬件支持，才可以实现软件功能，就像盖房子要先有地基一样。在硬件方面，首先要有整流器和逆变器对称设计的拓普架构，这个架构决定了电池里的能量既可以往负载端放，也可以往电源端放。二是不仅是要实现不间断供电功能，还要求可以与电网通信完成交互，实时响应电网需求；三是，除了要遵从数据中心UPS配电相关标准还要遵从并网的相关标准。

随后，他向大家介绍了UPS储能和PCS储能的区别。UPS储能相对于PCS储能在数据创新里面有比较大的优势，首先它可以在不改变电网基础架构的基础之上进行储能操作。它经济可行性更好，能融合保护负载、电力储能、能量流动等各种功能。

演讲的最后，他和大家分享了伊顿在数据中心储能的一些实践。（具体见下图）

伊顿与微软弗吉尼亚州创新中心合作的电网交互式数据中心,采用EnergyAware技术配合电网调频项目，在2018 年 Data Center Dynamics (DCD) 颁奖会上荣获关键任务创新奖。

在2019年伊顿的EnergyAware解决方案荣获2019年度未来城市技术类别的BusinessGreen技术奖。

2022年微软在爱尔兰都柏林数据中心测试的锂电池储能项目也准备在全球进行推广。

演讲的最后曾工说到，在数据中心中UPS储能功能相对于PCS储能具有明显优势，在国家以新能源为主体的新型电力系统发展的需求下，数据中心储能可以助力数据中心实现从“能耗中心”到“能源中心”转变，使数据中心同时具有“算力中心”和“能源中心”两种功能。