關(guān)于大規(guī)模儲(chǔ)能在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用
作為能耗密集的數(shù)據(jù)中心行業(yè),各數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)方把實(shí)現(xiàn)碳中和及凈零碳排放的努力在對(duì)外披露的ESG(環(huán)境、社會(huì)和治理)報(bào)告中體現(xiàn),希望在提升能源效率的同時(shí),通過(guò)購(gòu)買綠電、綠證和儲(chǔ)能等方式,在降低成本、提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力方面領(lǐng)先同行。數(shù)據(jù)中心和公有云廠商作為客戶供應(yīng)鏈中的一環(huán),作為排放范圍“Scope3”,將有義務(wù)向客戶提供碳排放數(shù)據(jù)。走向可持續(xù)發(fā)展之路既是外部要求,也將成為運(yùn)營(yíng)商提高自身競(jìng)爭(zhēng)力的戰(zhàn)略方向。
國(guó)內(nèi)近年在儲(chǔ)能方面發(fā)展很快,國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)在抽水蓄能、利用鹽穴的壓縮空氣儲(chǔ)能方面均有10MW級(jí)以上項(xiàng)目,因地理?xiàng)l件限制難以廣泛推廣。而企業(yè)自建儲(chǔ)能裝置在消納光伏、風(fēng)電、水電等可再生能源間歇供電的同時(shí),還可以實(shí)現(xiàn)電價(jià)峰谷套利,并參與供電客戶需求側(cè)響應(yīng),可提升項(xiàng)目的投資回報(bào)。
世紀(jì)互聯(lián)在原有佛山智慧城市數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi),利用原有場(chǎng)地規(guī)劃和安裝了大規(guī)模儲(chǔ)能及光伏裝置,探索性地為存量數(shù)據(jù)中心大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用和自建清潔能源進(jìn)行了最佳的行業(yè)探索和實(shí)踐。
一 ? 園區(qū)情況及儲(chǔ)能+光伏的應(yīng)用背景
佛山智慧城市數(shù)據(jù)中心園區(qū)內(nèi)有兩棟數(shù)據(jù)中心建筑，按照高等級(jí)數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)和建造,共有近1700個(gè)機(jī)架，自投產(chǎn)以來(lái)一直穩(wěn)定安全運(yùn)行，PUE穩(wěn)定運(yùn)行在1.4以下，這在華南夏季高溫、高濕的環(huán)境下并不容易，也獲得了綠色數(shù)據(jù)中心金級(jí)認(rèn)證和碳減排數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新者證書。
項(xiàng)目規(guī)劃之初,公司組織相關(guān)部門對(duì)儲(chǔ)能裝置和光伏設(shè)備的場(chǎng)地需求及對(duì)原有基礎(chǔ)設(shè)施的影響、架構(gòu)規(guī)劃對(duì)在運(yùn)行設(shè)施特別是配電架構(gòu)的影響、日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)及儲(chǔ)能裝置的選型及風(fēng)險(xiǎn)控制等方面進(jìn)行了充分的論證,主要包括:
1.場(chǎng)地規(guī)劃:利用園區(qū)內(nèi)原有空地,規(guī)劃安裝集裝箱式儲(chǔ)能裝置;利用其中1棟樓頂?shù)目捎脜^(qū)域,規(guī)劃安裝太陽(yáng)能光伏組件,在樓頂安裝光伏并網(wǎng)逆變器。把儲(chǔ)能裝置安裝在戶外,避免了對(duì)原有建筑在承重方面的影響,在樓頂安裝光伏組件時(shí),為避免對(duì)防水層的破壞，光伏組件安裝改為水泥墩固定方式，固定強(qiáng)度考慮到南方14級(jí)臺(tái)風(fēng)、暴雨天氣對(duì)光伏組件的破壞力。
2.架構(gòu)規(guī)劃:本項(xiàng)目?jī)?chǔ)能容量規(guī)模為1MW/2MWh,蓄電池在集裝箱式儲(chǔ)能站集中布置,通過(guò)逆變、升壓后,通過(guò)新增的10kV環(huán)網(wǎng)柜,接入數(shù)據(jù)中心園區(qū)用戶側(cè)10kV母線。其中PCS(儲(chǔ)能變流器)是儲(chǔ)能系統(tǒng)中的核心設(shè)備,將蓄電池簇的直流電逆變?yōu)槿嗾医涣麟?輸出符合電網(wǎng)要求的電能,通過(guò)母排與升壓變壓器連接,在儲(chǔ)能站就地升壓為10kV。在園區(qū)10kV進(jìn)線處安裝逆功率保護(hù)器防止向電網(wǎng)側(cè)反向供電(見(jiàn)圖1)。
樓頂光伏容量為64.8kWp,通過(guò)電力將光伏并網(wǎng)逆變器與儲(chǔ)能站升壓變壓器低壓側(cè)相連。
利用能源管理系統(tǒng)(EMS),可根據(jù)電價(jià)的峰谷套利方案和其它策略設(shè)定儲(chǔ)能裝置的充、放電時(shí)間段和功率，通過(guò)BMS管理系統(tǒng)對(duì)電池簇的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。
3.設(shè)備選型:本項(xiàng)目涉及的選型要點(diǎn)為蓄電池類型,經(jīng)過(guò)對(duì)鉛酸電池、鉛碳電池、磷酸鐵鋰等電池在能量轉(zhuǎn)換效率、系統(tǒng)效率、能量密度、安全性等項(xiàng)目進(jìn)行綜合評(píng)估,結(jié)合技術(shù)特性和經(jīng)濟(jì)性選用了磷酸鐵鋰電池作為儲(chǔ)能介質(zhì),以實(shí)現(xiàn)在項(xiàng)目周期內(nèi)，在效率優(yōu)先和兼顧安全性的情況下，實(shí)現(xiàn)良好的投資回報(bào)。
儲(chǔ)能變流器、并流逆變器等主設(shè)備均選用符合國(guó)家、行業(yè)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),具備高/低電壓閉鎖、檢有壓自動(dòng)并網(wǎng)功能,主設(shè)備均通過(guò)國(guó)家認(rèn)可機(jī)構(gòu)的檢測(cè)或認(rèn)證。
二? 風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)對(duì)
佛山智慧城市數(shù)據(jù)中心新增大規(guī)模儲(chǔ)能和光伏項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)行業(yè)中是首例應(yīng)用,在規(guī)劃和實(shí)施過(guò)程中,既要考慮對(duì)在運(yùn)行中的數(shù)據(jù)中心的影響,也要考慮新增儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。在項(xiàng)目規(guī)劃實(shí)施中的過(guò)程中,把風(fēng)險(xiǎn)管理貫徹到每個(gè)細(xì)分領(lǐng)域,對(duì)各種潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、評(píng)估、評(píng)定和建立處置預(yù)案,加強(qiáng)內(nèi)外部溝通和全程審查。其中涉及的主要風(fēng)險(xiǎn)有以下幾點(diǎn):
1.對(duì)在運(yùn)行數(shù)據(jù)中心的影響:數(shù)據(jù)中心承載的是執(zhí)行關(guān)鍵應(yīng)用的業(yè)務(wù)系統(tǒng),新增儲(chǔ)能和光伏系統(tǒng)必然會(huì)在配電、暖通空調(diào)、弱電、消防等方面對(duì)生產(chǎn)中的設(shè)施產(chǎn)生影響,各種不確定性都會(huì)影響原有基礎(chǔ)設(shè)施的可用性和安全性,因此需要各專業(yè)進(jìn)行分析,包括在項(xiàng)目建設(shè)期間可能產(chǎn)生的各種不確定性。
2.氣候影響:佛山處于亞熱帶,每年都會(huì)遭遇臺(tái)風(fēng)和暴雨,春季空氣陰冷濕度大,因此必須考慮到儲(chǔ)能裝置和樓頂光伏太陽(yáng)能板在極端天氣下遭受的外界影響。大規(guī)模儲(chǔ)能裝置規(guī)劃在原有園區(qū)空地上,布局采用上下兩層密閉集裝箱形式,在內(nèi)部安裝儲(chǔ)能變流器、升壓變壓器和蓄電池簇、EMS能源管理系統(tǒng)、空調(diào)及氣體消防等裝置。為保障對(duì)儲(chǔ)能裝置的支撐,設(shè)計(jì)和建設(shè)鋼筋混凝土底座,在確保地基穩(wěn)固和防水要求的同時(shí)，采取措施對(duì)地下原有管路進(jìn)行避讓。
集裝箱體的空調(diào)室外進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口等,都要考慮到雨天的影響。對(duì)樓頂光伏太陽(yáng)能組件和集裝箱式儲(chǔ)能裝置,在防雷接地方面也參照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。
3.對(duì)磷酸鐵鋰電池的監(jiān)控是重點(diǎn):鋰電池?zé)崾Э氐闹饕虬C(jī)械濫用的擠壓和針刺、過(guò)充電和內(nèi)短路的電濫用以及電池內(nèi)部過(guò)熱導(dǎo)致的熱濫用。因此利用BMS進(jìn)行監(jiān)控和分級(jí)預(yù)警,并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的告警采取相應(yīng)聯(lián)動(dòng)措施如降低充放電功率、禁止充放電及停機(jī)等，并在安裝電池的集裝箱內(nèi)增加極早期可燃?xì)怏w探測(cè)、溫感煙感等，并配備相應(yīng)的消防系統(tǒng)。
三 ? 運(yùn)維和運(yùn)營(yíng)
園區(qū)新增儲(chǔ)能和光伏系統(tǒng)后,將儲(chǔ)能系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)監(jiān)控以及視頻監(jiān)控接入原有基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng),進(jìn)行統(tǒng)一的運(yùn)維管理。在規(guī)劃設(shè)計(jì)和項(xiàng)目建設(shè)期間,結(jié)合新增儲(chǔ)能系統(tǒng)所涉及的電氣、暖通空調(diào)、消防等專業(yè),對(duì)原有基礎(chǔ)設(shè)施人員進(jìn)行培訓(xùn),在人員和專業(yè)技能儲(chǔ)備方面提前做好準(zhǔn)備。在測(cè)試驗(yàn)證和運(yùn)行期間,保障不同值班班次的人員能夠掌握對(duì)新增儲(chǔ)能和光伏裝置的操作管理和緊急應(yīng)對(duì),并制定和完善相關(guān)流程和制度,把管理和責(zé)任落在實(shí)處。
儲(chǔ)能裝置的充放電策略,除制定充電、放電的時(shí)段及功率外,也積極了解和參與當(dāng)?shù)毓╇姴块T的需求側(cè)響應(yīng),在用電高峰時(shí)段按計(jì)劃放電以減少對(duì)外電的需求量,按約定價(jià)格實(shí)現(xiàn)節(jié)省電費(fèi)的效果,2021年,項(xiàng)目多次實(shí)現(xiàn)了以每kWh4.5元的價(jià)格參與需求側(cè)響應(yīng),獲得了較好的投資回報(bào)收益。
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