碳中和背景下的数据中心用高功率蓄电池

我国的经济体量大，能源需求高，所以我国的碳排放总量和强度一直都很高。2019年的数据显示，我们国家的煤炭消费量比重达到58%，碳排放总量占全球的29%，人均碳排放量比世界的平均水平高46%，这些都说明我国正处于工业化和城镇化快速发展的阶段，对煤炭的依赖性很强。在这样的情况下，我们想要在2030年实现碳达峰，再用30年的时间实现碳中和，同时保障经济不掉队，对我们的挑战是非常大的。
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我们国家的碳排放排名前三大的行业分布，第一是电力与供热，占到了整个碳排放的51%，第二个是制造与建筑业，占到了28%，然后就是交通运输业，占到的10%，其它占到了11%。

为了实现碳中和战略，未来40年国家的能源、产业、消费及区域 结构都已经发生重大调整，比如清洁能源、新能源，以及符合节能环保的环境监控、节能系统、可降解塑料将逐步成为产业发展的新宠。

目前国外的做法，拜登政府上台以后重返了巴黎协定，支持新能源革命，计划投资2万亿美元支持美国相关产业的投资和发展，提出了美国2050年可再生能源要满足其80%的电力需求。欧盟计划到2050年可再生能源占到全部能源的55%以上。日本提出到2030年22%到24%的电力来自可再生能源。

碳中和将给数据中心带来哪些改变呢？



第一，是数据中心PUE能耗限制将更加严格。在2018年上海市出台的政策，存量的数据中心改造PUE值不能高于1.4，新建的数据中心PUE值不能高于1.3。在2019年深圳市出台了政策将1.25作为分界线，高于1.4的新能源消耗量不予支持，低于1.25的新能源消耗量可以支持40%以上。

第二，监管部门将进一步加大推进绿色数据中心建设，推广先进适用节能减排技术装备。

第三，更多的钢铁、制造行业高能源消耗领域的企业开展IDC业务。由于这些企业在土地资源、能耗指标、资金投入方面都存在某一独到优势，而且国内数据中心市场成长具有稳定性，因此会有更多高能源、高消耗的企业转型跨越到IDC业务。为了减少碳排放，风电、水电、光伏发电、可再生能源发电等绿色能源将会成为数据中心传统能源的互补或者替代。

数据中心的供电构成。数据中心供电分为三大部分：市电、UPS电源、油机发电。包含双路、多路的直供、转供，2N+X的UPS，柴油发电机的储备，都是为了确保用电安全，现代数据中心供电保障有一定的完备性，都是经过专业机构检测，这样才能充分保证数据中心的安全。

如果看一个数据中心供电的结构图，可以看到在UPS系统中，数据中心用的高功率电池起到了非常重要的作用。

什么是高功率蓄电池？



高功率蓄电池是在市电供电质量和柴油发电机性能不断提高的大背景下，由运营商缩短数据中心电源系统中蓄电池的备用时间、降低固定资产购置成本的需求而催生出的产品。

相较于传统铅酸蓄电池，高功率蓄电池在短备用时间、高放电功率的工况条件下的性能具有明显优势，能够较好地应对5G时代边缘DC机房大量建设对机房空间和承重的挑战。

通过对国内外主流品牌的产品性能的比对研究，可以得出在目前的市场条件下，备用时间在15 min及以下的数据中心供电场景中，采用高功率蓄电池可以在保证供电时间的前提下有效降低蓄电池组对空间和承重方面的要求，同时可有效降低购置成本。


数据中心用的高功率电池有哪些优势呢？



广东英业达电子有限公司工程师表示：数据中心用蓄电池和传统通信类电池相比,更加侧重于大倍率短时间放电,行业内数据中心产品主要围绕备电时间由小时级向分钟级发展,备电产品具有以下特点:



1.低碳

第一是低碳，第二是循环经济，第三是安全可靠，第四是高性价比。低碳，美国将铅酸电池列为清洁能源，其生产过程全闭环，污染物排放远低于国标要求。循环经济，铅酸电池的主要原材料都可以实现再循环利用，特别是铅的综合利用率可以达到93%以上。


2.高功率

同倍率可以放出更多的容量,短时间功率性能更出色。15分钟率可以放出50%以上的电量,相当于普通电池1小时率放出的电量。这类电池设计时,主要通过降低电池内阻、减小各环节压降、减缓电池极化、提高活性物质利用率。其中电池内阻包括板栅内阻、铅膏内阻、板栅与铅膏的界面阻抗、隔膜电阻、电解液电阻等;电池极化与极板表面积、隔板厚度、极群极间距等因素相关;活性物质利用率与极板厚度、电解液浓度等因素有关。


3.高安全性

安全性是数据中心最不容忽视的问题,整个供电系统要求蓄电池大电流充放电使用时,电池模块不能过热,不得出现端子过热、塌陷和密封胶融化现象,电池内部连接件需经过验证测试,确保满足载流量要求。另外,一般蓄电池容易出现的壳体鼓胀、漏液等问题,该场景产品需有针对性解决措施应对,防止漏液现象,实现高安全性、高稳定性。


4.长寿命

普通蓄电池寿命短,失效过快,高倍率电池产品在板栅合金、铅膏配方、高性能隔膜、高强度壳体材料、电池结构等方面技术手段优化,蓄电池设计寿命提升至15年以上。
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5.高一致性

数据中心供电系统一般电压等级均在240V以上,如此高的电压需要多节蓄电池串联来实现,高倍率电池的性能除了由设计因素决定外,还与制造过程一致性控制有较大关系,高倍率电池产品的自动化程度高于普通产品,各环节实现机械化、精细化生产,产品的各部件的精度得到大幅度的提升,产品的一致性可提高50%以上。
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