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除了锂电池,还有6种数据中心储能方式你知道吗?

发布时间:2022-8-31 11:39:54    返回首页

  储能,顾名思义,是指将能源/能量储存起来,以供需要的时候使用。储能的关键点在于“储”。本文中,我们所说的储能技术主要是指对电能的储存。储存的能量可以用做应急能源,也可以在电网负荷低的时候储能,在电网高负荷的时候输出能量,用于削峰填谷,减轻电网波动。

  储能是新型数据中心的必选项

  2021年,工信部印发的《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》中明确了对“新型数据中心”的定义:新型数据中心是指以支撑经济社会数字转型、智能升级、融合创新为导向,以5G、工业互联网、云计算、人工智能等应用需求为牵引,汇聚多元数据资源、运用绿色低碳技术、具备安全可靠能力、提供高效算力服务、赋能千行百业应用,与网络、云计算融合发展的新型基础设施。“高技术、高算力、高能效、高安全”也成为了新型数据中心的四大特征。

  与此同时,在《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》中也提出要“强化能源配套机制”,作为高载能的数据中心行业,要探索建立电力网和数据联动建设、协同运行机制,进一步降低数据中心用电成本;引导清洁能源开发使用,加快推广应用先进节能技术;推动绿色数据中心建设,加快数据中心节能和绿色化改造等主要任务。

  综上,在“碳中和”“东数西算”等政策的推动下,数据中心采用可再生能源已成必然趋势。

  众所周知,包括风电、水电、太阳能发电等在内的一众可再生能源都有一个统一的“缺陷”—稳定性差,这对于要求24小时×365天稳定运行的数据中心而言,是“致命的缺陷”。

  储能作为一个能很好解决可再生能源稳定性差缺点的技术方向,受到了IDC行业的广泛关注。储存的能量可以用做应急能源,也可以在电网负荷低的时候储能,在电网高负荷的时候输出能量,用于削峰填谷,减轻电网波动的同时,降低数据中心的运营成本。

  储能技术已然成为建设新型数据中心必选项之一。

  技术引领行业进步

  无论哪个行业,技术一直是推进行业进步的关键手段,对于IDC行业而言,亦是如此。而储能是否能与IDC行业结合,从而诞生出“储能+IDC”的新运营模式,储能技术在其中起到关键作用。下面我们就盘点一下,现阶段储能技术都有哪些,以及各类储能技术的优缺点。

  抽水储能

  该储能技术利用水作为储能介质,通过电能与势能相互转化,实现电能的储存和管理。在电力负荷低谷期将水“抽”到地势高的地方,在水库中储存起来。在电力负荷高峰期,用水从高处流下的势能,将势能转化为电能,进行发电。

  抽水蓄能是现阶段技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的大规模储能方式,是电力系统绿色低碳清洁灵活调节电源。目前我国河北省的丰宁抽水蓄能电站是全球最大的抽水储能站,规划装机容量可达3600MW。

  不过抽水储能受地理条件限制极大,且储能密度较低。同时,因为需要建设水坝、水库等相应基础设施,其建设周期长、投资金额大。对于本就需要重资产运营的数据中心而言,性价比不高。

  压缩空气储能

  该储能技术在电网负荷低谷期将利用电能将空气压缩并储存于储气室(盐穴)中;在电网负荷高峰期释放所储存空气,推动汽轮机发电,其本质原理与抽水储能类似。压缩空气储能的形式主要有:传统压缩空气储能系统、带储热装置的压缩空气储能系统、液气压缩储能系统。

  压缩空气储能相对来说技术成熟度较高、存储容量大、存储时间较长、项目整体成本较低,相对应用“门槛”较低。前不久,由中国能建主体投资的世界首台300MW级别的非补燃压缩空气储能示范工程在湖北开工,该项目建成后在非补燃压缩空气储能领域将实现“单机功率、储能规模、转换效率”三项世界第一。

  不过,以现有技术而言,压缩空气储能普遍存在储能室占地规模大、建设周期长,以及转换效率较低(普遍为60%~63%)等缺点。一方面对于“寸土寸金”的数据中心而言,应用压缩空气储能将占据不小的地理面积;另一方面,转换率低的弊端也使其性价比较低。

  重力储能

  该储能技术是在电网负荷低谷期或利用可再生能源通过导轮等“机械”,将重物拉起,进行机械式储能;在电网负荷高峰期利用重物下落时产生的势能,将势能转化为电能,进行储能。

  重力储能具有建设成本较低、综合转化效率较高、安全性较高、使用寿命较长等特点。目前,重力储能项目只有EnergyVault公司、Gravitricity公司产品投入商用。不过,前不久我国首个重力储能项目已在江苏省动工,这也是我国在储能领域一次新的尝试。

  重力储能还处于起步阶段,在现有技术背景下, 其储能容量小、运维成本高等问题是其未能成为主流储能方式的主要原因。对于数据中心而言,运维成本及储能容量低都是其未能在数据中心中应用的关键。

  熔融盐储能

  该储能技术是利用无机盐在高温下熔融形成的的离子熔体,以此为媒介将太阳能光热、地热、余热、低品位废热,以及电网负荷低谷期电力等“能量”以热能的形式储存起来,在电网负荷高峰期时释放热能,以热发电。

  熔融盐储能相对储能密度大、稳定性较高、使用周期长、建设成本低。2021年底,美国长时储热技术公司Malta和加拿大能源公司NB Power宣布签署了一份合作协议,双方将共同在加拿大新不伦瑞克地区建设1000MWh的长时储热项目,预计2024年投产。项目建成后将成为全球规模最大的长时储热项目。

  现阶段,熔融盐储能的缺点主要源自熔盐媒介自身缺陷,熔盐热导率较低、比热容低、腐蚀性强、安全性较差等问题都对利用熔融盐储能提出了更高的要求,也是熔融盐储能发展受限的主要原因。而安全性较差也成为其未能在数据中心大规模应用的主要原因之一。

  钒电池储能

  钒电池储能也就是全钒液流电池储能,该电池是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。与上述储能技术储能方式类似,钒电池可在电网低谷期充能、电网高峰期放能。

  钒电池具有极高的转换率(约为75%左右)、高安全性、使用寿命长、功率大等特点。目前我国大连已建成100MW容量,400MWh的全钒液流电池储能项目。

  不过全钒液流电池的缺点也显而易见,其单位体积可储存电量低,在“寸土寸金”的数据中心行业中应用可能性并不大。

  飞轮储能

  飞轮储能是用电动机带动飞轮高速旋转,在需要的时候再用飞轮带动发电机发电的储能方式。

  飞轮储能具有使用寿命长、转换效率极高(可达90%)、响应速度快(毫秒级)、占地面积小、安全性高等特点。

  不过,飞轮储能电能输出时间极短,只可持续十几秒到几分钟,且造价贵、运维成本高。所以对于数据中心而言,采用UPS电源即可达到飞轮储能的效果,总体成本则低很多。

  电化学储能

  电化学储能是通过电池将电能储存,在需要时放出的储能方式,其原理类似于充电宝。现有电化学储能主要有铅酸电池、铅碳电池、锂电池、镍镉电池。

  电化学储能技术目前较成熟,且在数据中心中应用较广,尤其是铅酸电池作为数据中心的“必需品”,作为蓄电池,在数据中心已有大规模应用。

  不过铅酸电池的使用寿命及其单位体积储电量决定了它只能作为数据中心“应急电源”,并不能作为数据中心大规模、长时储能。

  以现有技术及原材料分析,磷酸铁锂电池是目前数据中心大规模长时储能的首选电池。

  储能+IDC,任重道远

  数据中心作为高载能行业,即便通过设备的降耗增效可以实现碳减排,但若想实现真正意义上的碳中和,100%采用可再生能源供电无疑是最佳路径之一。而储能又能很好地解决可再生能源供电不稳定的问题。笔者认为,大规模长时储能与100%可再生能源结合的方式,将成为未来数据中心最佳运营模式之一。

  通过上文的盘点,结合数据中心的特性来看,应用磷酸铁锂电池的电化学储能是现阶段数据中心大规模长时储能方式的首选。

  “前途很光明,道路很曲折”,虽然磷酸铁锂电池储能能推进数据中心碳中和进程,但在应用的过程中还有很多问题亟待解决。

  比如,磷酸铁锂虽然相比于三元铁锂电池稳定性更强,但其不易被扑灭的特性,使对于安全性“一丝不苟”的数据中心而言,在应用的过程中需“三思而后行”。同样基于安全的考虑,IDC服务商在部署锂电池储能时,还要考虑客户的接受度。

  基于上述,储能+IDC的新模式尚处于尝试阶段,比较典型的案例是世纪互联和清华大学能源互联网创新研究院合作的“SPEAR”创新示范工程。工程首个示范节点项目落户世纪互联佛山智慧城市数据中心,该项目在数据中心楼体外部署了一个储能容量达2MWh,输出功率为1MW的储能“集装箱”,通过“IDC+储能系统+光伏”的方式,将不稳定的光伏电存储,并转换成稳定功率的电能为数据中心供电。目前该项目已投产并稳定运行近1年。

  写在最后

  碳中和,势在必行;数字经济,已成“主流”,数据中心既是数字经济的底座,又是亟需实现碳中和的高载能行业。“两手”都要抓的大背景下,笔者相信储能+IDC的新模式将成为新型数据中心的主流运营模式之一,而数据中心也需要更多类似“储能+IDC”的新模式的探索。

  “不管黑猫白猫,能捉老鼠的就是好猫”,不管什么技术,只要能帮助数据中心在“保发展”的同时,实现“碳中和”,就是好技术。

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