中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司 面向数据中心的储能解决方案 目录 01 1.1 数据中心的发展概况 中国电子信息产业发展研究院(赛迪集困)统计数据，2019年中国数据中心数量大约为7.4万个,大约能占全球数据中 心总量的23%，数据中心机架数量达到227万架。 90% 250 77% 227 80% 210 70% 200 166 60% 150 50% 124 40% 100 30% 23% 20% 50 10% 0 0% 2016年 2017年 2018年 2019年 其他国家 中国 2019年中国数据中心数量情况(単位:万个，%) 2016-2019年中国数据中心机架规模情况(単位:万架) 1.1 数据中心的发展概况 广东地区数据中心发展目标 截止2022年底广东地区数据中心发展目标： 基本建成9个数据中心聚集区，基本满足省内云计算、大数据、工业互联网、车联网、人工智能等领域发展需求。珠三角地区30% 中高时延数据业务迁至粤东粤西粤北地区。 截止2025年底广东地区数据中心发展目标： 全面满足9个数据中心聚居区，全面满足各类业务需求，珠三角地区60%中高时延数据业务迁至粤东粤北地区。广州、深圳建成低 时耗、高附加值、产业链带动效应明显的数据应用区。 1.25 设计PUE值小于 1.3 75% 平均上架率 65% 100万个 全省累计折合标准机架数 47万个 （全面建成）9个 数据中心集聚区 （基本建成）9个 0 2 4 6 8 10 12 截止2025年底 截止2022年底 1.1 数据中心的发展概况 广东地区数据中心的总体布局（广东工业和信息化厅） 全省按照 “双核九中心”的总体布局，形成广州、深圳两个低时延数据中心核心区和汕头、韶关、梅州、惠州(惠东、龙门县)、汕 尾、湛江、肇庆(广宁、德庆、封开、怀集县)、清远、云浮9个数据中心集聚区。 双核:广州、深圳原则上只可新建中型及以下的数据中心，承载第一、二类业务，第三类业务逐步迁移至粤东粤西粵北地区，第四 类业务迁移至省外。 九中心:全省新建、扩建的数据中心不承载第四类业务。小型数据中心原则上只可在各属地城市新建或者扩建，但不能超过小型数 据中心规模限制。推动珠三角的第二类、第三类数据中心业务逐步迁移至粤东粤西粤北地区，第四类业务迁移至省外。 1.2 数据中心对能源的要求 预计2020年、2035年和2050年全国全社会用电量将分别达到7.5万亿、11.3万亿、13.6万亿千瓦时。预计全国数据中心总能耗将 在2020 年、2035年、2050年将分别突破0.2万亿、 0.6万亿、1万亿千瓦时。 数据中心用能耗占比 8.00% 7.35% 6.00% 5.31% 4.00% 2.67% 2.00% 0.00% 2020 2035 2050 数据中心用能耗占比 数据中心用能管理技术是数据中心经济、可靠运行的重要手段 1.3 储能在数据中心发挥的作用 储能技术可提高数据中心运行的可靠性、经济性，同时为数据中心灵活用能提供了可能。 低碳 可靠 高效 智慧 储能作为灵活性调节资源，能够优化数据中心的用能，实现资源集约及智慧能源管理。 1.4 电力储能发展概况 广义的储能技术 从广义上讲，储能即能量存储，是指通过一种介质或者设备，把一种能 量形式用同一种或者转换成另一种能量形式存储起来，基于未来应用需要以 特定能量形式释放出来的循环过程。主要包括：  基础燃料存储（煤、石油、天然气）  中级燃料储存（氢、煤气、太阳能燃料）  电能储存（物理储能、化学储能、电磁场储能）  后消费能量储存(相变储能) 狭义的储能技术 从狭义上讲，电力系统提及的储能技术，一般均指电能储存技术，即利 用化学或者物理的方法将产生的能量存储起来并在需要时释放。主要分为几 大类：机械储能、热力储能、电磁储能和电化学储能。 1.4 电力储能发展概况 电能存储技术 1.4 电力储能发展概况-电池类型的比较和选择 较为成熟的储能技术 抽水蓄能 压缩空气储能 电磁、飞轮储能 电池储能 类型 技术经济指标 优点 缺点  循环寿命：17000次，日历寿命15~20年  能量效率：65~75%  电池寿命长  能量效率低； 液流电池  能量比：80-130Wh/kg  功率和容量独立设计  能量密度；  功率比：50-140W/kg  安全性好  成本高  成本：3000~5000/kWh  循环寿命： 800次，日历寿命5~15年  能量比：30–55 Wh/kg  比功率高  循环寿命仍短 铅酸电池  功率比：150-350 W/kg  没有易燃成分，安全性好  能量密度低  能量转换效率：65-80%  成本较低，可再生回收利用  易析氢失水  电池成本： 300~600/KWh  循环寿命： 2000次  能量效率：90% 铅炭电池  能量比：40–60 Wh/kg  安全性好  循环寿命仍短  功率比：300-400 W/kg  成本低  放电倍率低  成本： 600~1200/KWh 1.4 电力储能发展概况-电池类型的比较和选择 类型 技术经济指标 优点 缺点  循环寿命： 4000~8000次，  能量比：130–200 Wh/kg  储能密度高、效率高  低温性能差 磷酸铁锂电池  功率比：200-315 W/kg  应用范围广、安全性好  充放电倍率一般  能量转换效率：98%  材料成本低  电池成本： 1000~2500/KWh  循环寿命： 3000~4000次，  能量比：160–290 Wh/kg  安全性差  能量密度高 三元锂电池  功率比：300-450 W/kg  容易热失控  充放电倍率好  能量转换效率：98%  价格偏高  电池成本： 1800~3000/KWh  循环寿命：10000~15000次，  能量比：80~110 Wh/kg  循环寿命长  能量密度低 钛酸锂电池  功率比：120-140 W/kg  充放电倍率高  价格高  能量转换效率：98%  安全性好  电池成本： 7000~9000/KWh 1.4 电力储能发展概况 全球 国内 截至2019 年底，全球已投运储能项目累计装机规模184.6GW 截至2019 年底，中国已投运储能项目累计装机规模32.4GW 。电化学储能的累计装机规模为9520.5MW ；锂离子电池的累 ，电化学储能的累计装机规模位列第二，为1709.6MW，同比 增长59.4%；锂离子电池的累计装机规模最大为1378.3MW。 计装机规模最大为8453.9MW。 1.4 电力储能发展概况 发 输 配 用 输电线、调频辅助服务 3、供电 2、供电 4、需求侧响应 2、一次调频 3、削峰填谷 5、提升电能质量 3、减少弃电 4、其他 6、电力市场 7、综合能源 4、平滑波动 5、跟踪发电计划 1.4 电力储能发展概况-电池类型的比较和选择 电网大规模储能对电池有其特殊需求： 1）循环寿命长。储能电池的循环寿命对于系统的可靠运行有重要影响，储能电池循环寿命长可减少电池的更换，对于节约运行成本，提高系统的经济性 有重大意义。储能系统要求使用寿命能够达到10-15年，在放电深度为70%的情况下，循环寿命在3000次以上。 2）响应速度快。储能系统间歇性运行以保证电网稳定的电力需求，这就要求系统有较好的启动特性，储能电池在充放电状态之间转换频繁，要求电池具 有较快的响应速度。 3）充放电效率高。电池充放电效率的高低也会影响到系统的成本。 4）安全性好。由于电网的特殊性，安全始终是放在第一位的，安全性不高的设备不能进入电网，只有安全性高的储能系统才能满足要求。 5）成本低。成本是储能电池选择的重要参考依据，是储能电池能否大规模推广应用的决定因素。 6）配置灵活，安装建设方便。为满足大容量储能的要求，储能系统应配置灵活，可扩容性好，另外系统的建设周期要短，没有太多的特殊要求，系统免 维护或少维护、绿色环保等。 结论：  结合电网大规模储能的技术需求和上面对各种电池特性的分析，适合我国电网大规模储能的电池只有锂电池和液流电池。  两者相比，锂电池优势在于对建设环境要求无特殊要求，建设周期短，能量效率高、功率和时间配置灵活；全钒液流电池优势在于 成本相对前者较低，非常适合长充放电时间的大容量（能量）储能场合。 1.4 电力储能发展概况-PCS的拓扑结构和选择 PCS选型 功率转换系统 （PCS）是一种将储能电池接入电力系统的柔性设备，采用电压源型换流（VSC）技术， 运用可关断的电力电子器件（如IGBT），具有有功无功解耦控制的能力。 PCS技术发展追求单机大容量，系统稳定，低成本 两电平 三电平 CHB- MMC- 结构 kW级 结构 MW级 BESS 几十MW级 BESS 百兆瓦级 多 用 于 中 压 6kV 、 多 用 于 低 压 多 用 于 低 压 10kV、35kV场合，单 220/380V场合，单 220/380V场合，单 机容量为几十MW级， 适用于中高压，大容 机容量为kw级，商 机容量为 MW 级 ， 国内仅智光开发此类结 量接入的储能系统， 用最成熟的产品为 少数厂家采用三电 构产品 ，商用产品为 尚处于技术研究阶段 500kW ，技术成熟 平结构 ，成熟商用 10kV ，15MW ，成本 ，无实际产品与应用 ，成本低 ，应用最 产品为1~2MW，成 略高,产品技术还处于 广泛。 本略高 发展阶段 1.4 电力储能发展概况-BMS的拓扑结构和选择 BMS选型 1.4 电力储能发展概况-相关设计规范 序号 标准类型 标准名称 标准状态 1 GB/T 36280-2018 电力储能用铅炭电池 已发布 2 GB/T 36276-2018 电力储能用锂离子电池 已发布 3 GB/T 36549-2018 电化学储能电站运行指标及评价 已发布 4 GB/T 36547-2018 电化学储能系统接入电网技术规定 已发布 5 GB/T 36548-2018 电化学储能系统接入电网测试规范 已发布 6 GB/T 36545-2018 移动式电化学储能系统技术要求 已发布 已发布 7 国家标准 T-524 储能电站运行维护规程 报批稿 报批稿 8 GB/T 34120-2017 电化学储能系统储能变流器技术规范 已发布 9 GB/T 34131-2017 电化学储能电站用锂离子电池管理系统技术规范 已发布 10 GB/T 34133-2017 储能变流器检测技术规程 已发布 11 GB/T 36558-2018 电力系统电化学储能系统通用技术条件 已发布 12 建标 〔2013〕6号 电化学储能电站施工及验收规范 报批稿 13 GB/T 51048-2014 电化学储能电站设计规范 已发布，正在修编 1.4 电力储能发展概况-相关设计规范 序号 标准类型 标准名称 标准状态 14 DL/T 1815-2018 电化学储能电站设备可靠性评价规程 已发布 15 DL/T 1816-2018 电化学储能电站标识系统编码导则 已发布 16 NB/T 42089-2016 电化学储能电站功率变化系统技术规范 已发布 国家标准 17 NB/T 42090-2016 电化学储能电站监控系统技术规范 已发布 18 NB/T 42091-2016 电化学储能电站用锂离子电池技术规范 已发布 19 DLT1986-2019 电化学储能电站监控系统与电池管理系统通信协议 已发布 20 NB/T 33014-2014 电化学储能系统接入配电网运行控制规范 已发布 21 NB/T 33015-2014 电化学储能系统接入配电网技术规定 已发布 22 NB/T 33016-2014 电化学储能系统接入配电网测试规程 已发布 23 行业标准 NB/T 31016-2011 电池储能功率控制系统技术条件 已发布 24 能电化学储能电站接入电网设计规范 送审稿 25 能电力储能用梯次利用锂离子电池系统技术导则 初稿 26 T/CEC 173-2018 分布式储能系统接入配电网设计规范 已发布 1.4 电力储能发展概况-相关设计规范 序号 标准类型 标准名称 标准状态 27 能电力储能用超级电容器 初稿 28 能电力储能用超级电容器试验规程 初稿 29 DL/T 1816-2018 电化学储能电站标识系统编码导则 已发布 行业标准 30 T/CEC 169-2018 电力储能用锂离子电池内短路测试方法 已发布 31 T/CEC 170-2018 电力储能用锂离子电池爆炸试验方法 已发布 32 T/CEC 171-2018 电力储能用锂离子电池循环寿命要求及快速检测试验方法 已发布 33 T/CEC 172-2018 电力储能用锂离子电池安全要求及试验方法 已发布 34 T/CEC 175-2018 电化学储能系统方舱设计规范 已发布 35 T/CEC 176-2018 大型电化学储能电站电池监控数据管理规范c 已发布 中电联团准 36 T/CEC 168-2018 移动式电化学储能系统测试规程 已发布 37 T/CEC 173-2018 分布式储能系统接入配电网设计规范 已发布 38 T/CEC 174-2018 分布式储能系统远程集中监控技术规范 已发布 02 2.1 数据中心对电源的要求 GB 50147 《数据中心设计规范》 8.1.12 A级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源。备用电源宜采用独立于正常电源的柴油发电机 组，也可采用供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。当正常电源发生故障时，备用电源应能承担 数据中心正常运行所需要的用电负荷。 8.1.13 B级数据中心宜由双重电源供电，当只有一路电源时，应设置柴油发电机组作为备用电源。 数据中心对电源的可靠性要求高 8.1.18 …..采用分布式电源供电的数据中心，备用电源可采用市电和柴油发电机。 条文说明：分布式能源包括燃起三联供系统、太阳能、风能，数据中心应鼓励分布式能源。A级数据中心 采用分布式能源供电时，可采用市电或者柴油发电机做备用电源。 2.2 面向数据中心用储能应用模式 新能源+储能的应用模式 A级数据中心 市电 市电 柴油发电机 配置储能可平抑新能源的波动，为数据中心提供稳定持久 数据中心 的电能。 储能 新能源 A级数据中心可采用一路外电+一路新能源配置储能两路 B级数据中心 电源，同时一路市电或者柴发作为备用电源。 市电 B级数据中心可采用一路市电+一路新能源配置储能供电 或一路新能源配置储能+柴发作为备用电源。 数据中心 储能 新能源 技术特点：提高数据中心清洁能源的利用率，降低数据中心运 行成本，通过储能的平滑，为数据中心提供稳定持久的电能。 柴油发电机 数据中心 储能 新能源 2.2 面向数据中心用储能应用模式 备用电源应用模式 A级数据中心 市电 市电 柴油发电机 市电 储能 储能主要参与电力市场交易，同时预留部分容量作为备用 数据中心 B级数据中心 电源，为数据中心提供备用电源的同时，获取电力市场收益。 技术特点：储能可在参与电力市场服务的同时，接入数据中心 提高数据中心供电可靠性。特殊地区，在提高经济效益。规定 市电 储能 时间内可恢复市电供电的，可替代市电或者柴油发电机备用回 市电 数据中心 路，节省投资、 柴油发电机 市电 储能 数据中心 2.2 面向数据中心用储能应用模式 储能系统替代UPS应用模式 储能系统替代UPS，保证数据中心不间断供 电的能力的同时，可通过储能与电网的互动提高 柴油发电机 UPS 储能 资产的利用率及运行收益。 负荷 技术优势：采用储能替代UPS，同时具备不见断 供电以及参与电力市场交易的能力，提高不见断 IDC 电源的利用率。 注：传统方案，UPS的资源空置率较高，正常运行浮 充损耗在5%~10%。 外部电 数据中心 2.2 面向数据中心用储能应用模式 储能系统替代UPS方案 双变换拓扑结构 交流输入 AC/DC 直流母线 DC/AC 交流输出 交流输入 直流母线 交流输出 整流 逆变 AC/DC DC/AC 整流/逆变 逆变 DC/DC 整流/逆变 电池 电池 技术特点： 1. 前端整流器修改为双向整流/逆变双向元件，额定功率应考虑同时向负载供电和电池充电的运行需求。 2. 对于无法浮充运行的电池，需配置DC/DC 模块接入。 优点： 缺点： 1.市电掉电转换时间为0 ； 1. 锂电池需增加DC/DC环节，效率不占优势。 2.不受外部电能质量的影响，输出精度高，电能质量高。 2. 整流器工作可能引起输入电源质量变成，需考虑谐波治理。 2.2 面向数据中心用储能应用模式 储能系统替代UPS方案 双变换拓扑结构 STS 交流输入 直流母线 交流输出 AC/DC DC/AC 整流 逆变 交流输入 交流输出 AC/DC DC/AC DC/DC 电池 电池 技术特点： 1. 前端整流器修改为双向整流/逆变双向元件，额定功率应考虑同时向负载供电和电池充电的运行需求。 2. 对于无法浮充运行的电池，需配置DC/DC 模块接入 优点： 缺点： 1.市电掉电转换时间为0 ； 1. 锂电池需增加DC/DC环节，效率不占优势； 2.储能和市电并行供应。 2. 整流器工作可能引起输入电源质量变成，需考虑谐波治理； 3.储能和旁路功能独立，储能运行方式灵活 3. 控制对象多，切换复杂。 2.2 面向数据中心用储能应用模式 储能系统替代UPS方案 在线 交流输入 交流输出 交流输入 交流输出 电源接口 电源接口 DC/AC AC/DC AC/DC 整流/逆变 整流/逆变 电池 电池 AC/DC 技术特点： 1.电源接口的通流能力应同时考虑向负载供电和电池充电的电流和，需考虑双向运行方式; 2.对现有拓扑改动小; 线.对电源接口的切换速度及与储能系统的协同控制要求高。 优点： 1. 工作效率高；2.成本低于双变换式; 3.环节少，可靠性高; 4.与现有供电模式一致。 缺点： 1.市电掉电转换时间可小于4ms; 2.稳压精度低于双变换式。 2.2 面向数据中心用储能应用模式 储能系统替代UPS方案 在线 交流输入 电源接口 交流输出 交流输入 交流输出 电源接口 UPS 逆变器 AC/DC UPS PCS 电池 AC/DC 电池 电池 技术特点： 1. 电源接口的通流能力应考虑同时向负载供电和电池充电的电流和，需考虑双向运行方式。 2. 对现有拓扑改动小。 3. 对电源接口的切换速度及与储能系统的协同控制要求高。 优点： 1. 工作效率高； 2.能兼顾储能及UPS运行需求。 缺点： 1.市电掉电转换时间可小于4ms; 2.稳压精度低于双变换式; 3.配置冗余，没有根本上的优化UPS的配置，成本未得到优化 2.2 面向数据中心用储能应用模式 多站融合应用模式 依照各等级变电站/配电房特点，采用不同方式建设边缘数据中心。以广州地区为例，全市各级变电站共320座，经查勘有50多个 变电站 （占总数15%的资源）可以满足 “边缘数据中心”建设需求。 中心城市通信光缆全覆盖，变电站 网络资源优势 之间互联互通 技术能力优势 变电站建设标准统一，专人 维护，运行安全 地理位置优势 电力供给优势 站内空间、电力及通信 贴近数据源：90%变电站、配电房，地处 资源充足 于居民、工商

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