農(nóng)耕時代的土地、工業(yè)時代的能源、數(shù)字化時代的數(shù)據(jù)，都是關(guān)鍵生產(chǎn)要素推動著社會的進(jìn)步與發(fā)展。數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)存儲和處理的“現(xiàn)代化工廠”，支撐數(shù)字經(jīng)濟(jì)成為拉動經(jīng)濟(jì)增長的主引擎，也是承載數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的物理底座，其產(chǎn)業(yè)賦能價值正在逐步凸顯。

 

聚焦神州大地，“東數(shù)西算”工程正式啟動實(shí)施，有利于實(shí)現(xiàn)中國算力規(guī)模化、集約化、綠色化發(fā)展，其中所要求的樞紐節(jié)點(diǎn)算力集群PUE(電源使用效率)要達(dá)到1.25以下，而目前行業(yè)內(nèi)平均PUE值大約為1.49，這表明數(shù)據(jù)中心作為耗能大戶節(jié)能減排潛力巨大，如何在保證關(guān)鍵負(fù)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(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展，是目前數(shù)據(jù)中心新建與改造的最大挑戰(zhàn)。《ABB數(shù)據(jù)中心碳中和白皮書》(以下簡稱《白皮書》)從數(shù)據(jù)中心碳足跡分析入手，探索了低碳數(shù)據(jù)中心發(fā)展的長遠(yuǎn)路徑，為“雙碳”目標(biāo)下的數(shù)據(jù)中心規(guī)劃建設(shè)改造提供參考。

 

數(shù)據(jù)中心加速引入新能源，“雙碳”路線圖初現(xiàn)

行業(yè)機(jī)構(gòu)研究表明，數(shù)據(jù)中心用電需求正在隨著建設(shè)數(shù)量、規(guī)模的不斷擴(kuò)大而急劇攀升。從數(shù)據(jù)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(wěn)定可靠的電力供應(yīng)以滿足數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷運(yùn)行的最基本前提下，改變能源供給結(jié)構(gòu)是推進(jìn)數(shù)據(jù)中心低碳發(fā)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(bǔ)的能源供應(yīng)多元融合模式以滿足數(shù)據(jù)中心長期可持續(xù)發(fā)展。

 

新能源發(fā)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(wǎng)公司的電網(wǎng)將大型新能源發(fā)電站的清潔能源輸送到用電側(cè)來實(shí)現(xiàn)電力脫碳，新能源的發(fā)電點(diǎn)通常位于距離數(shù)據(jù)中心較遠(yuǎn)的地方，靠近合適的新能源發(fā)電站選址部署數(shù)據(jù)中心通常缺少客戶和網(wǎng)絡(luò)兩個重要資源，而跨區(qū)域進(jìn)行電能輸送則會面臨損耗大、運(yùn)維成本高等難題。《白皮書》中指出，通過合理布局?jǐn)?shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心提供充沛的綠色能源。今年啟動的“東數(shù)西算”國家工程，為此進(jìn)行了很好的規(guī)劃和布局。此外，分布式新能源部署在數(shù)據(jù)中心附近，就近接入分布式新能源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心所在園區(qū)源、荷、儲一體化管理，為數(shù)據(jù)中心提供部分額外的綠色能源作為補(bǔ)充，降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)營過程中產(chǎn)生的碳排放值，ABB作為電力和自動化的領(lǐng)導(dǎo)者，借助數(shù)字化技術(shù)，可以為此提供安全可靠的解決方案。

 

園區(qū)內(nèi)提供多種電力能源時，數(shù)據(jù)中心可以采用多源分布式10kV柔性直流智能配網(wǎng)，直流配電系統(tǒng)可比交流配電系統(tǒng)節(jié)能5%~15%。將多個電源系統(tǒng)互聯(lián)時，其各端的交流電網(wǎng)可以按各自的頻率和相位運(yùn)行，不需進(jìn)行同步調(diào)整，有助于實(shí)現(xiàn)清潔能源高效安全接入。ABB依托電力電子技術(shù)的進(jìn)步和在配電領(lǐng)域的專業(yè)積累，采用基于IGCT的靜態(tài)變流器，構(gòu)建配電網(wǎng)柔性直流互聯(lián)解決方案，實(shí)現(xiàn)了異源互聯(lián)，閉環(huán)運(yùn)行，潮流可控和互濟(jì)，均衡負(fù)載，減少冗余容量及變電站建設(shè)。

 

10kV 柔性直流配網(wǎng)架構(gòu)

值得一提的是，高壓直流配電技術(shù)(HVDC)由于節(jié)能方面的優(yōu)勢，在數(shù)據(jù)中心尤其是云計算頭部企業(yè)亦得到不少應(yīng)用，為數(shù)據(jù)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(chǎn)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?jǐn)鄦栴}，在該領(lǐng)域成為眾多數(shù)據(jù)中心HVDC供應(yīng)商的優(yōu)選。

 

供配電解決方案持續(xù)演進(jìn)，低碳與成本效益并舉

 

供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)行的電力保障，其設(shè)計和應(yīng)用無疑在數(shù)據(jù)中心整體設(shè)計建設(shè)中占有重要地位，該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新不斷，以滿足低碳綠色數(shù)據(jù)中心的新需求。

 

數(shù)據(jù)中心配電通常包括主配電和二次配電兩個環(huán)節(jié)，主配電接入電源降壓，給各種負(fù)荷以低壓的方式提供電源，二次配電側(cè)則按照負(fù)荷的分布完成電力分配和供應(yīng)，輔以UPS保障供電，構(gòu)成完整的數(shù)據(jù)中心配電架構(gòu)，架構(gòu)的優(yōu)化可以降低不必要的冗余備用容量。 例如ABB為網(wǎng)宿嘉定數(shù)據(jù)中心的35kV/10kV變電站和10kV/400V一次配電系統(tǒng)，一站式提供了35kV及10kV中壓開關(guān)柜、400V低壓開關(guān)柜，優(yōu)化了低壓配電進(jìn)線、母聯(lián)方案，讓系統(tǒng)架構(gòu)更精簡，避免負(fù)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(shù)據(jù)中心還會配備大量的UPS(不間斷電源)。創(chuàng)新的中壓UPS提供了更好的解決方案，將UPS從低壓側(cè)轉(zhuǎn)移到中壓側(cè)，提供更大容量的不間斷電源。實(shí)際上，對于柴發(fā)等備用電源這種變化已經(jīng)被業(yè)內(nèi)接受。中壓UPS既可解決關(guān)鍵電源的備用問題，同時還能發(fā)揮備用電池的儲能功能而實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)。ABB此前推出的首款中壓UPS HiPerGuard能為數(shù)據(jù)中心和其他關(guān)鍵設(shè)施提供高達(dá)24kV的連續(xù)可靠供電，整機(jī)效率高達(dá)98%，保障IT負(fù)載和其他機(jī)械負(fù)載不間斷供電，減少停機(jī)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(jié)能， 安全可靠，易擴(kuò)展。例如，為大型和/或特大型數(shù)據(jù)中心開發(fā)的UPS MegaFlex DPA系列，單模塊功率250KW，系統(tǒng)效率高達(dá)97.6%，比傳統(tǒng)UPS降低30%的能源消耗，降低二氧化碳排放量。相較傳統(tǒng)的一體式并機(jī)方案4臺UPS并聯(lián)的輸入輸出，MegaFlex DPA系列UPS僅需一臺，有效降低配電系統(tǒng)投資和維護(hù)成本，同時使占地面積降低了40%，是大型和超大型關(guān)鍵負(fù)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(shù)據(jù)中心以更快產(chǎn)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(shù)據(jù)中心的概念應(yīng)運(yùn)而生。通過采取工廠預(yù)裝形式，其在土建成本方面優(yōu)于傳統(tǒng)的機(jī)房建設(shè)，具有快速部署的優(yōu)勢，按需建設(shè)，提升數(shù)據(jù)中心上架率。ABB電氣結(jié)合最新市場調(diào)研和自身經(jīng)驗，發(fā)布了ABB白皮書全集成預(yù)裝式數(shù)據(jù)中心解決方案，將大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)周期從18-24個月可壓縮至最短6個月左右，經(jīng)濟(jì)效益明顯，是面向未來打造的經(jīng)得起考驗的數(shù)據(jù)中心部署建議。

 

基于10MW租賃，每月每千瓦150美元計算的經(jīng)濟(jì)效益

提高綜合管理效率，從全生命周期管理中實(shí)現(xiàn)減排

 

完成能源結(jié)構(gòu)及供配電方案優(yōu)化后，數(shù)據(jù)中心將步入建設(shè)、運(yùn)營、改造、退役等主體生命周期環(huán)節(jié)。建設(shè)階段選擇低碳可回收利用材料的設(shè)施，也是降低數(shù)據(jù)中心整體碳排放的重要因素，ABB配電設(shè)備小型化降低了數(shù)據(jù)中心配電設(shè)施所占用的空間，如中壓開關(guān)柜最小達(dá)到500mm柜寬，與傳統(tǒng)的800mm柜寬的開關(guān)相比，降低了近40%的建筑占地面積，降低了相關(guān)建筑材料的碳排放值，選用低碳值原材料同樣貢獻(xiàn)于數(shù)據(jù)中心低碳可持續(xù)發(fā)展。同時，針對當(dāng)前數(shù)據(jù)中心面臨的配電設(shè)備健康狀態(tài)可視化程度低、傳統(tǒng)配電系統(tǒng)安全性有待提高等問題，ABB Ability™數(shù)字化全息管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的管理信息集中化、設(shè)備健康透明化、運(yùn)行策略自主化，使系統(tǒng)效率提高80%，運(yùn)維成本降低30%，讓大型、超大型數(shù)據(jù)中心在全壽命周期內(nèi)的管理效率和應(yīng)對風(fēng)險能力實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，幫助客戶實(shí)現(xiàn)更安全、更智能、更低碳的運(yùn)營。

 

ABB Ability™數(shù)據(jù)中心智慧配電管理系統(tǒng)的優(yōu)勢

具體而言，在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)運(yùn)行安全管理上，ABB智慧配電系統(tǒng)通過IEC61850賦能變電站通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化全連接，對中低壓設(shè)備進(jìn)行一體化管理，通過設(shè)備間信息交互，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)故障快速定位，用網(wǎng)絡(luò)通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬接線方式，更加簡單，更加安全。智能化數(shù)字開關(guān)設(shè)備植入智能傳感單元使設(shè)備特征狀態(tài)自知，并利用設(shè)備機(jī)理模型及工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)生命周期內(nèi)全方位的預(yù)測性維護(hù)與透明化設(shè)備健康診斷管理，達(dá)到真正的智慧運(yùn)維，延長設(shè)備的使用壽命和減少設(shè)備更新周期，大幅降低新設(shè)備生產(chǎn)制造過程中的碳排放。

 

另一方面，借助數(shù)字化技術(shù)提升數(shù)據(jù)中心各個環(huán)節(jié)的能源消耗可視化程度，精細(xì)監(jiān)測能耗流向，實(shí)時分析管理，直觀動態(tài)顯示PUE值，基于能耗機(jī)理模型，優(yōu)化每一度電的使用，降低電能消耗從而達(dá)成降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)營過程中的碳排放。此外，ABB Ability™能效與資產(chǎn)健康管理云平臺還可實(shí)現(xiàn)移動運(yùn)維管理，以提高能源、資產(chǎn)、人員的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，并在全生命周期中貫徹系統(tǒng)安全運(yùn)行、能源高效利用和人員健康。

 

正如白皮書結(jié)語，數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)據(jù)正成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，新型數(shù)據(jù)中心作為“雙碳”愿景下的重點(diǎn)行業(yè)，將在高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色發(fā)展道路闊步前行。ABB也愿與各界同仁通過技術(shù)創(chuàng)新共同助力數(shù)據(jù)中心早日實(shí)現(xiàn)碳中和的發(fā)展目標(biāo)。

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