智能電網

                      打造數字經濟綠色底座,數據中心碳中和之路應如何走?

                      2025China.cn   2022年10月10日

                        農耕時代的土地、工業時代的能源、數字化時代的數據,都是關鍵生產要素推動著社會的進步與發展。數據中心作為數據存儲和處理的“現代化工廠”,支撐數字經濟成為拉動經濟增長的主引擎,也是承載數字技術應用的物理底座,其產業賦能價值正在逐步凸顯。

                        聚焦神州大地,“東數西算”工程正式啟動實施,有利于實現中國算力規?;?、集約化、綠色化發展,其中所要求的樞紐節點算力集群PUE(電源使用效率)要達到1.25以下,而目前行業內平均PUE值大約為1.49,這表明數據中心作為耗能大戶節能減排潛力巨大,如何在保證關鍵負載可靠性的前提下有效降低總能耗及碳排放,盡可能多地使用綠色新能源,確保數據中心可持續發展,是目前數據中心新建與改造的最大挑戰?!禔BB數據中心碳中和白皮書》(以下簡稱《白皮書》)從數據中心碳足跡分析入手,探索了低碳數據中心發展的長遠路徑,為“雙碳”目標下的數據中心規劃建設改造提供參考。

                      數據中心加速引入新能源

                      “雙碳”路線圖初現

                        行業機構研究表明,數據中心用電需求正在隨著建設數量、規模的不斷擴大而急劇攀升。從數據中心全生命周期來看,以電力能源使用為主體的能源間接碳排放位列其碳足跡首位,因此,在保障穩定可靠的電力供應以滿足數據中心實現連續不間斷運行的最基本前提下,改變能源供給結構是推進數據中心低碳發展的重要舉措,需要通過接入和利用清潔能源,探索基于多能互補的能源供應多元融合模式以滿足數據中心長期可持續發展。

                        新能源發電一般有集中式部署和分布式部署。集中式部署主要通過電網公司的電網將大型新能源發電站的清潔能源輸送到用電側來實現電力脫碳,新能源的發電點通常位于距離數據中心較遠的地方,靠近合適的新能源發電站選址部署數據中心通常缺少客戶和網絡兩個重要資源,而跨區域進行電能輸送則會面臨損耗大、運維成本高等難題?!栋灼分兄赋?,通過合理布局數據中心,因地制宜就近消納清潔能源,既解決了新能源消納,又可以為能耗大戶的數據中心提供充沛的綠色能源。

                        今年啟動的“東數西算”國家工程,為此進行了很好的規劃和布局。此外,分布式新能源部署在數據中心附近,就近接入分布式新能源,實現數據中心所在園區源、荷、儲一體化管理,為數據中心提供部分額外的綠色能源作為補充,降低數據中心運營過程中產生的碳排放值,ABB作為電力和自動化的領導者,借助數字化技術,可以為此提供安全可靠的解決方案。

                        園區內提供多種電力能源時,數據中心可以采用多源分布式10kV柔性直流智能配網,直流配電系統可比交流配電系統節能5%~15%。將多個電源系統互聯時, 其各端的交流電網可以按各自的頻率和相位運行,不需進行同步調整,有助于實現清潔能源高效安全接入。ABB 依托電力電子技術的進步和在配電領域的專業積累,采用基于IGCT 的靜態變流器,構建配電網柔性直流互聯解決方案,實現了異源互聯,閉環運行,潮流可控和互濟,均衡負載,減少冗余容量及變電站建設。

                      10kV 柔性直流配網架構

                        值得一提的是,高壓直流配電技術(HVDC)由于節能方面的優勢,在數據中心尤其是云計算頭部企業亦得到不少應用,為數據中心高效配電提供了一個新的選項。ABB具有專用直流跳閘線圈的直流斷路器Emax系列產品作為該方案的核心元件之一,很好地解決了直流回路故障電流的分斷問題,在該領域成為眾多數據中心HVDC供應商的優選。

                      供配電解決方案持續演進

                      低碳與成本效益并舉

                        供配電系統作為數據中心正常運行的電力保障,其設計和應用無疑在數據中心整體設計建設中占有重要地位,該領域的技術創新不斷,以滿足低碳綠色數據中心的新需求。

                        數據中心配電通常包括主配電和二次配電兩個環節,主配電接入電源降壓,給各種負荷以低壓的方式提供電源,二次配電側則按照負荷的分布完成電力分配和供應,輔以UPS保障供電,構成完整的數據中心配電架構,架構的優化可以降低不必要的冗余備用容量。例如ABB為網宿嘉定數據中心的35kV/10kV變電站和10kV/400V一次配電系統,一站式提供了35kV及10kV中壓開關柜、400V低壓開關柜,優化了低壓配電進線、母聯方案,讓系統架構更精簡,避免負載配置不合理造成過載,提升了20%的電源使用效率。

                        為了保證緊急情況下的正常供電,數據中心還會配備大量的UPS(不間斷電源)。創新的中壓UPS提供了更好的解決方案,將UPS從低壓側轉移到中壓側,提供更大容量的不間斷電源。實際上,對于柴發等備用電源這種變化已經被業內接受。中壓UPS既可解決關鍵電源的備用問題,同時還能發揮備用電池的儲能功能而實現需求側響應。ABB此前推出的首款中壓UPS HiPerGuard能為數據中心和其他關鍵設施提供高達24kV的連續可靠供電,整機效率高達98%,保障IT負載和其他機械負載不間斷供電,減少停機時間。

                      ABB首款中壓UPS HiPerGuard

                        另外,ABB還擁有一系列的低壓UPS,高效節能, 安全可靠,易擴展。例如,為大型和/或特大型數據中心開發的UPS MegaFlex DPA系列,單模塊功率250KW, 系統效率高達97.6%,比傳統UPS降低30%的能源消耗,降低二氧化碳排放量。相較傳統的一體式并機方案4臺UPS并聯的輸入輸出,MegaFlex DPA系列UPS僅需一臺,有效降低配電系統投資和維護成本,同時使占地面積降低了40%,是大型和超大型關鍵負載的理想解決方案。

                        此外,隨著能源成本的不斷升高,一方面為了更快速、靈活地部署數據中心以更快產生投資回報,另一方面為了避免閑置帶來的能耗成本,模塊化數據中心的概念應運而生。通過采取工廠預裝形式,其在土建成本方面優于傳統的機房建設,具有快速部署的優勢,按需建設,提升數據中心上架率。ABB電氣結合最新市場調研和自身經驗,發布了ABB白皮書全集成預裝式數據中心解決方案,將大型數據中心的建設周期從18-24個月可壓縮至最短6個月左右,經濟效益明顯,是面向未來打造的經得起考驗的數據中心部署建議。

                      基于10MW租賃,每月每千瓦150美元計算的經濟效益

                      提高綜合管理效率

                      從全生命周期管理中實現減排

                        完成能源結構及供配電方案優化后,數據中心將步入建設、運營、改造、退役等主體生命周期環節。建設階段選擇低碳可回收利用材料的設施,也是降低數據中心整體碳排放的重要因素,ABB配電設備小型化降低了數據中心配電設施所占用的空間,如中壓開關柜最小達到500mm柜寬,與傳統的800mm柜寬的開關相比,降低了近40%的建筑占地面積,降低了相關建筑材料的碳排放值,選用低碳值原材料同樣貢獻于數據中心低碳可持續發展。

                        同時,針對當前數據中心面臨的配電設備健康狀態可視化程度低、傳統配電系統安全性有待提高等問題,ABB Ability? 數字化全息管理系統可實現數據中心配電系統的管理信息集中化、設備健康透明化、運行策略自主化,使系統效率提高80%,運維成本降低30%,讓大型、超大型數據中心在全壽命周期內的管理效率和應對風險能力實現質的飛躍,幫助客戶實現更安全、更智能、更低碳的運營。

                      ABB Ability?數據中心智慧配電管理系統的優勢

                        具體而言,在數據中心配電系統運行安全管理上,ABB智慧配電系統通過IEC61850賦能變電站通信網絡,實現數字化全連接,對中低壓設備進行一體化管理,通過設備間信息交互,實現站內故障快速定位,用網絡通信代替傳統硬接線方式,更加簡單,更加安全。智能化數字開關設備植入智能傳感單元使設備特征狀態自知,并利用設備機理模型及工業大數據分析,實現生命周期內全方位的預測性維護與透明化設備健康診斷管理,達到真正的智慧運維,延長設備的使用壽命和減少設備更新周期,大幅降低新設備生產制造過程中的碳排放。

                        另一方面,借助數字化技術提升數據中心各個環節的能源消耗可視化程度,精細監測能耗流向,實時分析管理,直觀動態顯示PUE值,基于能耗機理模型,優化每一度電的使用,降低電能消耗從而達成降低數據中心運營過程中的碳排放。此外,ABB Ability? 能效與資產健康管理云平臺還可實現移動運維管理,以提高能源、資產、人員的協調統一,并在全生命周期中貫徹系統安全運行、能源高效利用和人員健康。

                        正如白皮書結語,數字產業化、產業數字化、數據正成為數字經濟發展的重要支柱,新型數據中心作為“雙碳”愿景下的重點行業,將在高效、清潔、集約、循環的綠色發展道路闊步前行。ABB 也愿與各界同仁通過技術創新共同助力數據中心早日實現碳中和的發展目標。

                      (ABB電氣)

                      標簽:ABB 我要反饋 
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