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ABB电气:打造数字经济绿色底座,数据中心碳中和之路应如何走?

ABB 电气
2022-06-28 15:59 4562

北京2022年6月28日 /美通社/ -- 农耕时代的土地、工业时代的能源、数字化时代的数据,都是关键生产要素推动着社会的进步与发展。数据中心作为数据存储和处理的“现代化工厂”,支撑数字经济成为拉动经济增长的主引擎,也是承载数字技术应用的物理底座,其产业赋能价值正在逐步凸显。

聚焦神州大地,“东数西算”工程正式启动实施,有利于实现中国算力规模化、集约化、绿色化发展,其中所要求的枢纽节点算力集群PUE(电源使用效率)要达到1.25以下,而目前行业内平均PUE值大约为1.49,这表明数据中心作为耗能大户节能减排潜力巨大,如何在保证关键负载可靠性的前提下有效降低总能耗及碳排放,尽可能多地使用绿色新能源,确保数据中心可持续发展,是目前数据中心新建与改造的最大挑战。《ABB数据中心碳中和白皮书》(以下简称《白皮书》)从数据中心碳足迹分析入手,探索了低碳数据中心发展的长远路径,为“双碳”目标下的数据中心规划建设改造提供参考。


数据中心加速引入新能源,“双碳”路线图初现

行业机构研究表明,数据中心用电需求正在随着建设数量、规模的不断扩大而急剧攀升。从数据中心全生命周期来看,以电力能源使用为主体的能源间接碳排放位列其碳足迹首位,因此,在保障稳定可靠的电力供应以满足数据中心实现连续不间断运行的最基本前提下,改变能源供给结构是推进数据中心低碳发展的重要举措,需要通过接入和利用清洁能源,探索基于多能互补的能源供应多元融合模式以满足数据中心长期可持续发展。

新能源发电一般有集中式部署和分布式部署。集中式部署主要通过电网公司的电网将大型新能源发电站的清洁能源输送到用电侧来实现电力脱碳,新能源的发电点通常位于距离数据中心较远的地方,靠近合适的新能源发电站选址部署数据中心通常缺少客户和网络两个重要资源,而跨区域进行电能输送则会面临损耗大、运维成本高等难题。《白皮书》中指出,通过合理布局数据中心,因地制宜就近消纳清洁能源,既解决了新能源消纳,又可以为能耗大户的数据中心提供充沛的绿色能源。今年启动的“东数西算”国家工程,为此进行了很好的规划和布局。此外,分布式新能源部署在数据中心附近,就近接入分布式新能源,实现数据中心所在园区源、荷、储一体化管理,为数据中心提供部分额外的绿色能源作为补充,降低数据中心运营过程中产生的碳排放值,ABB作为电力和自动化的领导者,借助数字化技术,可以为此提供安全可靠的解决方案。

园区内提供多种电力能源时,数据中心可以采用多源分布式10kV柔性直流智能配网,直流配电系统可比交流配电系统节能5%~15%。将多个电源系统互联时,其各端的交流电网可以按各自的频率和相位运行,不需进行同步调整,有助于实现清洁能源高效安全接入。ABB依托电力电子技术的进步和在配电领域的专业积累,采用基于IGCT的静态变流器,构建配电网柔性直流互联解决方案,实现了异源互联,闭环运行,潮流可控和互济,均衡负载,减少冗余容量及变电站建设。

10kV 柔性直流配网架构
10kV 柔性直流配网架构

值得一提的是,高压直流配电技术(HVDC)由于节能方面的优势,在数据中心尤其是云计算头部企业亦得到不少应用,为数据中心高效配电提供了一个新的选项。ABB具有专用直流跳闸线圈的直流断路器Emax系列产品作为该方案的核心元件之一,很好地解决了直流回路故障电流的分断问题,在该领域成为众多数据中心HVDC供应商的优选。

供配电解决方案持续演进,低碳与成本效益并举

供配电系统作为数据中心正常运行的电力保障,其设计和应用无疑在数据中心整体设计建设中占有重要地位,该领域的技术创新不断,以满足低碳绿色数据中心的新需求。

数据中心配电通常包括主配电和二次配电两个环节,主配电接入电源降压,给各种负荷以低压的方式提供电源,二次配电侧则按照负荷的分布完成电力分配和供应,辅以UPS保障供电,构成完整的数据中心配电架构,架构的优化可以降低不必要的冗余备用容量。 例如ABB为网宿嘉定数据中心的35kV/10kV变电站和10kV/400V一次配电系统,一站式提供了35kV及10kV中压开关柜、400V低压开关柜,优化了低压配电进线、母联方案,让系统架构更精简,避免负载配置不合理造成过载,提升了20%的电源使用效率。

为了保证紧急情况下的正常供电,数据中心还会配备大量的UPS(不间断电源)。创新的中压UPS提供了更好的解决方案,将UPS从低压侧转移到中压侧,提供更大容量的不间断电源。实际上,对于柴发等备用电源这种变化已经被业内接受。中压UPS既可解决关键电源的备用问题,同时还能发挥备用电池的储能功能而实现需求侧响应。ABB此前推出的首款中压UPS HiPerGuard能为数据中心和其他关键设施提供高达24kV的连续可靠供电,整机效率高达98%,保障IT负载和其他机械负载不间断供电,减少停机时间。

ABB首款中压UPS HiPerGuard
ABB首款中压UPS HiPerGuard

另外,ABB还拥有一系列的低压UPS,高效节能, 安全可靠,易扩展。例如,为大型和/或特大型数据中心开发的UPS MegaFlex DPA系列,单模块功率250KW,系统效率高达97.6%,比传统UPS降低30%的能源消耗,降低二氧化碳排放量。相较传统的一体式并机方案4台UPS并联的输入输出,MegaFlex DPA系列UPS仅需一台,有效降低配电系统投资和维护成本,同时使占地面积降低了40%,是大型和超大型关键负载的理想解决方案。

此外,随着能源成本的不断升高,一方面为了更快速、灵活地部署数据中心以更快产生投资回报,另一方面为了避免闲置带来的能耗成本,模块化数据中心的概念应运而生。通过采取工厂预装形式,其在土建成本方面优于传统的机房建设,具有快速部署的优势,按需建设,提升数据中心上架率。ABB电气结合最新市场调研和自身经验,发布了ABB白皮书全集成预装式数据中心解决方案,将大型数据中心的建设周期从18-24个月可压缩至最短6个月左右,经济效益明显,是面向未来打造的经得起考验的数据中心部署建议。

基于10MW租赁,每月每千瓦150美元计算的经济效益
基于10MW租赁,每月每千瓦150美元计算的经济效益

提高综合管理效率,从全生命周期管理中实现减排

完成能源结构及供配电方案优化后,数据中心将步入建设、运营、改造、退役等主体生命周期环节。建设阶段选择低碳可回收利用材料的设施,也是降低数据中心整体碳排放的重要因素,ABB配电设备小型化降低了数据中心配电设施所占用的空间,如中压开关柜最小达到500mm柜宽,与传统的800mm柜宽的开关相比,降低了近40%的建筑占地面积,降低了相关建筑材料的碳排放值,选用低碳值原材料同样贡献于数据中心低碳可持续发展。同时,针对当前数据中心面临的配电设备健康状态可视化程度低、传统配电系统安全性有待提高等问题,ABB Ability™数字化全息管理系统可实现数据中心配电系统的管理信息集中化、设备健康透明化、运行策略自主化,使系统效率提高80%,运维成本降低30%,让大型、超大型数据中心在全寿命周期内的管理效率和应对风险能力实现质的飞跃,帮助客户实现更安全、更智能、更低碳的运营。

ABB Ability™数据中心智慧配电管理系统的优势
ABB Ability™数据中心智慧配电管理系统的优势

具体而言,在数据中心配电系统运行安全管理上,ABB智慧配电系统通过IEC61850赋能变电站通信网络,实现数字化全连接,对中低压设备进行一体化管理,通过设备间信息交互,实现站内故障快速定位,用网络通信代替传统硬接线方式,更加简单,更加安全。智能化数字开关设备植入智能传感单元使设备特征状态自知,并利用设备机理模型及工业大数据分析,实现生命周期内全方位的预测性维护与透明化设备健康诊断管理,达到真正的智慧运维,延长设备的使用寿命和减少设备更新周期,大幅降低新设备生产制造过程中的碳排放。

另一方面,借助数字化技术提升数据中心各个环节的能源消耗可视化程度,精细监测能耗流向,实时分析管理,直观动态显示PUE值,基于能耗机理模型,优化每一度电的使用,降低电能消耗从而达成降低数据中心运营过程中的碳排放。此外,ABB Ability™能效与资产健康管理云平台还可实现移动运维管理,以提高能源、资产、人员的协调统一,并在全生命周期中贯彻系统安全运行、能源高效利用和人员健康。

正如白皮书结语,数字产业化、产业数字化、数据正成为数字经济发展的重要支柱,新型数据中心作为“双碳”愿景下的重点行业,将在高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路阔步前行。ABB也愿与各界同仁通过技术创新共同助力数据中心早日实现碳中和的发展目标。

消息来源:ABB 电气
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