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數(shù)據(jù)中心用能的首要目的是保障服務器的供能、冷卻穩(wěn)定，其次是提高供能與冷卻的能效，降低能耗。但在當前的減排要求下，新建數(shù)據(jù)中心的碳排放水平受到重視。數(shù)據(jù)中心儲能應用架構的設計應從安全性、成本、投資回報率、占地要求以及碳排放等方面進行綜合考慮。
數(shù)據(jù)中心通常會配備不間斷電源及柴油發(fā)動機等設備以應對可能出現(xiàn)的電力短缺情況。但數(shù)據(jù)中心實際運行中，啟用柴油發(fā)動機的情況較少，設備資產利用效率極低，而不間斷電源長時間處于浮充狀態(tài)，其壽命也大大下降，增加電池維護成本。隨著電化學儲能安全性的提高及成本的持續(xù)降低，其參與峰谷套利和需求側響應所帶來的投資回報率改善、及進一步支持光儲融合的能力，已日益成為數(shù)據(jù)中心在當前條件下平衡供電安全性和投資經濟性的首選方案。
電化學儲能的配置可采用大容量集中式與小容量分布式相結合、不同類型電池（如磷酸鐵鋰電池、鉛酸或鉛炭電池）互補的融合儲能方式。大容量集中式電化學儲能以MW級別電化學儲能為主，布置在園區(qū)室外，除作為園區(qū)的備用電源外，每日均可參與電網(wǎng)的削峰填谷，充分利用峰谷電價與地區(qū)電網(wǎng)政策以降低單位電價。小容量分布式以保障機柜級較短時間的應急供電為目的，應對一個或多個機柜10-15min的應急供電，配備小容量的電池，作為儲能容量較小的UPS應用于對供電穩(wěn)定性要求較高的機房。
對于數(shù)據(jù)中心的碳排放水平、能效提升，電化學儲能所帶來的作用較為有限。為了適應未來數(shù)據(jù)中心低碳、高效化的大趨勢，數(shù)據(jù)中心儲能應用架構應當進行進一步的考慮。數(shù)據(jù)中心運行時的碳排放水平取決于數(shù)據(jù)中心的用電是否來源于綠色電力，讓數(shù)據(jù)中心用上光伏、風電等綠色電力來源也是電網(wǎng)的終極目標，但受到各個地區(qū)的環(huán)境及新能源的不穩(wěn)定性的影響，大部分地區(qū)電網(wǎng)中所具有的新能源比例還不高。數(shù)據(jù)中心作為用能用戶，無法影響電網(wǎng)中新能源比例的規(guī)劃，但可與綠色電站簽訂電力采購協(xié)議，以綠證等方式證明所用電力為綠色電力，但此時無法保證電力采購成本。
另一個可用方案是利用數(shù)據(jù)中心園區(qū)的可用空間，建設分布式的光伏、風電等發(fā)電設備，使園區(qū)內具有一定的自發(fā)綠電能力，解決部分能耗供給。園區(qū)內直接引入新能源發(fā)電，會帶來發(fā)電波動特性，此時可以通過已配備的大容量電化學儲能裝置進行平抑波動、削峰填谷。而此時電化學儲能所需要承擔的功能包括：園區(qū)內新能源的調控、利用電網(wǎng)峰谷電價以及園區(qū)應急需求，可以引入化學儲能承擔部分壓力。
若數(shù)據(jù)中心園區(qū)周邊氫能產業(yè)較為發(fā)達，氫氣獲得成本較低，也可以考慮將氫能作為主要儲能與電力來源。
配備風光發(fā)電、電化學儲能以及氫儲能之后，數(shù)據(jù)中心的用電可實現(xiàn)經濟性與低碳性，進一步配備儲熱及儲冷設備，則有助于提高綜合用能效率。
數(shù)據(jù)中心耗能量大，且電能最終都轉化為熱能，經由冷卻設備釋放至外界環(huán)境，可將這部分熱能利用起來，通過儲熱罐蓄熱并向園區(qū)或周邊地區(qū)供熱。
綜合來看，儲能在數(shù)據(jù)中心的應用可以分為：電化學儲能、化學儲能（氫儲能）、熱（冷）儲能等。電化學儲能具有儲能效率高、響應速度快等特點，但其受充放電次數(shù)限制，長時儲能情況下經濟性欠佳。氫儲能在容量上遠大于電化學儲能，充放電次數(shù)幾乎不影響壽命，但其從電制氫到氫轉化為電的效率低。
配置了光伏/風電、電化學儲能的數(shù)據(jù)中心園區(qū)，還需要配備能量管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)綠能的最大功率發(fā)電、儲能合理充放支撐園區(qū)用電，在電網(wǎng)波動、斷電時，系統(tǒng)也可自動進入孤島運行（電網(wǎng)允許的情況下），在電網(wǎng)故障消除后，再自動并網(wǎng)，以此保障數(shù)據(jù)中心的供電安全。
數(shù)據(jù)中心的儲能應用架構并不是一成不變的，而是一個在電力技術、冷卻技術、地區(qū)政策以及園區(qū)環(huán)境等多個外在因素影響下的綜合能源設計優(yōu)化問題，具有相當程度的靈活性。對于不同地域、不同環(huán)境、不同容量的數(shù)據(jù)中心，在設計階段就應充分調研當?shù)乜捎觅Y源，建立起不同儲能設備的容量配置方案，并設計適宜的園區(qū)運維方案，在實際建設與運行時進行小幅調整改進，才可最終實現(xiàn)一個大型數(shù)據(jù)中心園區(qū)運行的高能效與低碳排放水平。以下主要介紹數(shù)據(jù)儲中心與儲能結合的幾種電力接入架構。
1）常規(guī)10kV中壓+儲能接入架構
儲能系統(tǒng)10kV中壓接入示意圖
儲能系統(tǒng)主要是為數(shù)據(jù)中心提供應急電源，同時也可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)中心用電峰谷控制，實現(xiàn)削峰填谷，為數(shù)據(jù)中心提供備用電源保駕護航的同時獲得額外收益。
技術特點：儲能系統(tǒng)可提高數(shù)據(jù)中心供電可靠性及穩(wěn)定性的同時，可參與電力市場服務或削峰填谷。特殊場景下，在規(guī)定時間內可恢復市電供電的，可替代市電或者柴油發(fā)電機備用回路，節(jié)省投資、提高經濟效益。該方案靈活性高，適合在一些已投運數(shù)據(jù)中心進行試運行并按需接入。通過優(yōu)化儲能能量管理系統(tǒng)響應的運行策略，儲能可在計劃設定時段參與電力市場服務或削峰填谷應用。
2）中壓UPS+儲能并網(wǎng)接入
未來數(shù)據(jù)中心趨向于集中式大型數(shù)據(jù)中心的建設，通過10kV側“疊光疊儲”，實現(xiàn)電網(wǎng)調度，虛擬電廠VPP，響應“雙碳”政策。10kV中壓UPS，即將傳統(tǒng)低壓UPS的短時備電和削峰填谷的儲能復用，節(jié)省了成本，精簡了供電鏈路，備電集中于室外部署，易于維護。
下圖為10kV中壓UPS實現(xiàn)0ms市電到儲能的無縫切換，實現(xiàn)了客戶側業(yè)務無感知/無影響的切入，
將室內UPS和鋰電備電移到室外，保證了室內的消防安全，節(jié)省的空間可放置更多的IT負載。
中壓UPS+儲能并網(wǎng)示意圖
技術特點：中壓UPS具有和UPS相類似的對負載供電保護（主旁備份）和電源質量管
理的優(yōu)異特性，疊儲架構中，采取中壓UPS可節(jié)省后端低壓側的UPS。
鏈路極簡，從而實現(xiàn)鏈路高效，有利于降低數(shù)據(jù)中心的運行碳排放。
最優(yōu)投資，采用中壓UPS可以節(jié)省低壓側的復雜配電和UPS，同時無需單獨增加PCS，幫助客戶優(yōu)化投資。
3）380V低壓交流或直流側+儲能接入
儲能系統(tǒng)低壓接入示意圖
儲能系統(tǒng)通過UPS、HVDC、巴拿馬電源等不間斷電源設備接入直流母線，或者單獨以380V交流母線接入，保證數(shù)據(jù)中心IT負載不間斷供電同時，可通過儲能與電網(wǎng)的互動，進行削峰填谷，提高系統(tǒng)的利用率,增加運行收益,提升經濟回報率。
技術優(yōu)勢：與數(shù)據(jù)中心常用電力架構基本無差異，主要通過大容量高儲能電池的配置，通過相對較低的投資，實現(xiàn)額外的經濟回報。該方案適合新建數(shù)據(jù)中心采用，此外在系統(tǒng)備電要求不高的同時，可探討進一步精簡柴發(fā)。
4）新能源（風能、太陽能）+儲能架構
新能源+儲能系統(tǒng)接入示意圖
配置儲能可平抑新能源的波動，為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定持久的電能。
A級數(shù)據(jù)中心可采用一路外部供電+一路新能源（風能、太陽能等）配置儲能兩路電源，同時一路市電或者柴發(fā)作為備用電源。
B級數(shù)據(jù)中心可采用一路市電+一路新能源（風能、太陽能等）配置儲能供電或一路新能源（風能、太陽能等）配置儲能+柴發(fā)作為備用電源。
技術特點：通過風光儲能量管理系統(tǒng)的合理算法、決策，實現(xiàn)風、光的最大功率發(fā)電、儲能的合理時段充放電支撐，從而提高數(shù)據(jù)中心清潔能源的利用率，降低數(shù)據(jù)中心運行成本，通過儲能的平滑，為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定持久的電能。該方案需要在場內布局光伏及風能等措施，需要因地制宜部署儲能系統(tǒng)進行綠電引入。
文章來源：《數(shù)據(jù)中心儲能技術白皮書》
