2021年4月29日,首届湾区数字经济产业发展论坛--暨“技术定义数字基础设施”第十六届中国IDC产业年度大典(深圳站)在深圳隆重召开。本次会议由深圳市工业和信息化局指导,中国通信工业协会数据中心委员会、广东省数据中心产业联盟、深圳市数字经济产业促进会联合主办,中国IDC产业年度大典组委会、中国IDC圈承办。大会吸引了众多数字经济、数据中心产业的主管领导、专家学者,以及众多从业人士参加。同时,大会开通多个线上直播渠道,供无法到达现场的网友同步观看。

会上,衡阳瑞达电源有限公司副总经理廖波先生,为与会者讲解了《“碳中和”环境下,数据中心高功率蓄电池的应用之道》。

衡阳瑞达电源有限公司副总经理廖波

衡阳瑞达电源有限公司副总经理廖波

廖波:尊敬的各位领导、各位来宾,下午好!首先非常感谢IDC圈给我们企业这个机会分享一下《“碳中和”环境下,数据中心高功率蓄电池的应用之道》。

我的演讲主题有6个部分:第一部分,简单分享双碳背景;第二部分是双碳背景下的清洁能源与循环经济;第三是高功率蓄电池用于数据中心的优势;第四是数据中心供电构成及发展趋势;第五部分介绍我们企业;第六部分是前景展望。

双碳目标背景。习总书记在去年提出中国要在2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和。碳达峰是指某个地区或行业年度碳排放量达到历史最高值,碳排放量由增转降的历史拐点,标志着经济发展由高耗能、高排放向清洁、低耗能模式的转变。碳中和是指某个地区在一定时间内人类活动直接或间接的碳排放,通过以植树造林、工业固碳的方式吸收的碳容量相互抵销,实现碳的零排放。

最开始我想演讲这个题目的时候,觉得这个题目有点大,碳达峰和碳中和,跟我们的数据中心又有什么关系呢?数据中心从一开始就被冠上了高能耗的行业,在过去的时间,我国数据中心整体用电量以每年超过10%的速度递增。根据数据统计,2018年全年共消耗1608.89亿千瓦时的用电量,超过整个上海市的用电量。国家新能源研究院预测,到2030年的用电量将突破4000亿千瓦时,占社会用电量比重将升至3.7%。可以看出数据中心是未来为数不多的能源消耗占社会总用电量持续增长的行业,因此数据中心积极践行碳中和,对我国实现2060年的碳中和目标有着重大的意义。

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。

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。

下面讲一下双碳背景下清洁能源与循环经济。

目前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%。

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。

数据中心用的高功率电池有哪些优势呢?我们总结下来有四点优势,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。安全可靠,数据中心用的电池可以从三个方面阐述它的安全性:第一是材料安全,所有的材料都符合安全要求,不会起火爆炸;第二是系统安全,我们给每个数据中心配的电池都配备了电池管理系统,确保安全;第三是使用安全,电池的生产使用成熟,安装简便,易于维护。高性价比,这个讲的是价格和能量比,铅酸电池在所有的电化学电池中的性价比是最高的。再有比较重要的一点,铅酸蓄电池在末期生命终止后有30%的残值。

高功率电池的核心技术有以下几个方面:第一,电解液采用酸量平衡及一次注酸内化成技术,并添加提高容量和防盐化添加剂电解液,极板采用高倍率活性物质配方,正负极活性物质平衡技术有效防止热失控问题,一致性好,寿命长。隔板采用AGM装配,不会出现活性物质脱落。板栅合金,可以防止板展腐蚀及活性物质脱落,提高大电流放电能力和活性物质利用率。电池壳,针对大电流的设计,有效避免由于温度过高引起的鼓胀等问题。安全门,电池过充时不会出现酸液泄漏。防短路技术,我们在电池正负极板间进行处理,防止出现短路。防爆技术,我们采用六层结构,遇到明火也不会爆炸。

目前数据中心用电池的痛点,我们总结起来一共有四点。第一点是一致性差,因为数据中心的电池涉及到成千上万节电池的串并,这么多电池的串并,对电池的一致性提出了非常高的要求。第二,寿命短,从投资回报率来讲,寿命越长,投资回报率越高。第三,性价比低,因为目前电池受技术限制,它的性价比还有待进一步提高。第四,安全性差,我们的数据中心电池出现了一些壳体开裂、漏液、起火的情况。

在建设初期出于对成本的考虑,用价格低廉的蓄电池替代备用电池,在初期的时候是可以起作用的,但是长期看不符合要求,特别是关键时候、关键场合会带来数据安全的风险。数据中心用UPS服务备用电池,电池的容量和体积大,功率低,成本高。

数据中心电池,我们是基于15分钟的设计,而常规通信设计标准一般在30分钟以上。数据中心建设规模大,普通铅酸电池由于大电流放电性能大,即使把电池的后备时间从30分钟降到15分钟,投资也不会明显降低。所以综合以上,数据中心高功率电池在节能减排的大背景下,保证安全的前提下有三个优势:第一是减少备电时间,因为它是瞬时大电流的放电,功率高,减少备电时间。第二是减小配置,原来UPS电池要配100安时的电池,现在配80就可以了。第三是节省投资。

瑞达对数据中心电池的理解,第一是数据中心电池的一致性。数据中心的电池一致性一定要高,可以带来整组电池使用寿命提高,便于电池组维护,安全性提高。第二是高性价比,低TCO,模块化、易维护。第三是安全性,安全、无漏液、爬酸、电池过热等现象,可靠,年失效率低。第四是长寿命,我们的电池设计寿命都在12年以上。

瑞达数据中心电池总结起来有四个优点:第一是优良的电池一致性,第二是大电流放电性能优越,第三是适用温度广,可以做到负20度到零上50度。第四,比能量高。

我们的数据中心电池涵盖了5安时到260安时,高倍率性能可以达到10倍率,有效的防热冲设计,极高的一致性。

这是数据中心电池的工作原理,放电的时候,正极板和负极板与电解液中的硫酸反应,生产硫酸铅,电解液中的硫酸浓度降低,在放电的时候,电解液中的浓度增大,所有的铅酸电池都是这样的反应原理,这是高功率电池同铅酸电池比较的优势。板栅方面,高功率电池采用放射性板栅,比横竖板栅内阻小,大电流放电性能好。隔板方面,普通电池是采用比较厚的AGM隔板,高功率电池用的是比较薄的隔板,隔板越薄,电阻越小,而且装配也比较容易。活性物质方面, 瑞达高功率电池采用能够满足高功率放电的活性物质配方,通过活性物质配方调整,让蓄电池能够适应短时间的大电流放电。极板固化工艺,普通电池是用正常的固化工艺,高功率电池是高温高湿固化工艺,可以使板栅表面形成更厚的腐蚀层,使活性物质和板栅接触更牢固,进一步降低电池内阻,延长电池的寿命。

给我们企业简单做一下广告,瑞达国际集团是一家集成公司,年销售额70亿,有三个研发基地,在东莞、湖南衡阳和越南。我们也是全球新能源500强,我们的产品也远销200个国家和地区,目前整个集团员工有6500人,交付中心4个,我们也是国家高新技术企业。

我们建厂的目标是做能源世界的坚强后盾,成为电源世界的卓越者。

这是我们的工厂和总部的图片,包括越南工厂、东莞工厂、衡阳工厂,我们在去年也开始了锂电池的生产与制造。

我们的合作伙伴包括三大运营商、奥飞数据、台达、科华等等企业。

前景展望。未来瑞达继续放眼全球,以国际一流的技术水平为标杆,依托自身的研发自主创新能力,从客户实际出发,期待满足各行业各用户的需求,做世界能源的坚强后盾。

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