数据中心为了在市电中断时保障设备运行的连续性，通常需要配置各类形式的储能

　　储能即能量的储存。根据能量存储形式的不同，广义储能包括电储能、热储能和氢

　　储能三类。电储能是最主要的储能方式，按照存储原理的不同又分为电化学储能和物理

　　储能两种技术类型。其中电化学储能技术主要包括铅蓄电池、锂离子电池、钠硫电池、

　　液流电池和超级电容器；物理储能技术主要包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能和

　　目前数据中心最常见的储能系统是用于不间断电源的储能系统。不间断电源配置的

　　储能系统，可以采用电化学储能，即蓄电池储能；也可采用物理储能，即飞轮储能。采

　　用电化学储能是主流。蓄电池的选取，当前以铅酸蓄电池为主，也有部分数据中心选取

　　目前，电化学储能技术主要以锂离子电池、铅蓄电池、钠硫电池和液流电池为主，

　　这些技术在可再生能源并网、分布式发电及微网领域已实现兆瓦级的示范应用，同时在

　　铅酸蓄电池已有100多年的使用历史，非常成熟。以其材料普遍、价格低廉、性能

　　稳定、安全可靠，具有免维护性、优越的高低温性能、耐过充和优越的充电接受能力、

　　电池一致性高等特点，因而在数据中心中得到非常广泛的应用。铅酸电池依旧被采用。

　　但铅酸电池也有一些严重的缺点，主要就是循环寿命很低，比能量也较小，充放电倍率

　　也较低。如果是单纯的作为后备电源，仅是在停电等紧急情况下电池进行放电，保障供

　　电连续性，传统铅酸电池还是能够基本满足需求的。但是其循环寿命低的弱点，也决定

　　铅炭电池是从传统的铅酸电池演进出来的技术，它是在铅酸电池的负极中加入了活

　　性炭，能够显著提高铅酸电池的寿命。与传统的铅蓄电池相比，铅炭电池有以下特点：

　　充电速度快，放电功率高，循环寿命显著增长，可达传统铅酸电池的6倍，同时也保留

　　了铅酸电池安全稳定的特性，可广泛地应用在各种新能源及节能领域。使用了铅炭技术

　　后，铅炭电池的性能优于传统的铅酸蓄电池，可应用于新能源车辆中，如：混合动力汽

　　车、电动自行车等领域；也可用于新能源储能领域，如风光发电储能等。由于铅炭电池

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　　与铅酸电池的原理、体积和能量密度较为相近，对数据中心传统储能系统进行演进，用

　　锂离子电池由于具有高的比能量、优异的循环性能和绿色环保等优势，已基本占据

　　便携式电子产品市场，如手机、笔记本电脑、照相机等。锂离子电池的工作原理主要依

　　靠锂离子在正极材料（金属氧化物）和负极（石墨）之间嵌入和脱出来实现能量的储存

　　和释放。锂离子电池具有很高的工作电压，比能量可达到150Wh/kg。锂离子电池的性

　　能主要依赖于电极材料和电解质的发展，而电极材料的选择尤为重要。目前锂离子电池

　　LiFePO4是一种具有橄榄石结构的磷酸盐化合物，它具有稳定的充放电平台，充放

　　电过程中结构稳定性好，安全性高，价格低廉，环保无污染，比容量可达160Ah/kg，是

　　近年来发展最快的一种锂离子电池正极材料体系，广泛应用于电动汽车和储能领域。

　　LiFePO4存在的主要问题是振实密度低以及电子、离子电导率差，可以通过材料纳米

　　低，在电动汽车和静态储能应用中的研究也得到了开展。目前磷酸铁锂电池由于成本

　　循环寿命长：在室温和100%DOD情况下，电池的循环寿命不小于5000次；

　　一致性好：目前国内的磷酸铁锂电池厂家已经具有自动化生产线，保证了电池产品

　　三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）三元正极材

　　料的锂电池。三元材料电池由于具有电压平台高、能量密度高、振实密度高、电化学稳

　　定、循环性能好等特性，在提升新能源汽车的续航里程，减轻用户续航里程忧虑方面具

　　有明显优势，同时还具有放电电压高，输出功率比较大，低温性能好，可适应全天候气

　　全钒液流电池全称为全钒离子氧化还原液流电池。全钒液流电池中的两个氧化-还原

　　电对的活性物质，分别装在两个储液罐中的溶液中，各用一个泵，使溶液流经电池，并

　　在电池内的离子交换膜两侧的电极上分别发生还原和氧化反应。单电池通过双极板串联

　　成堆。全钒液流电池作为储能电源，主要用于电厂调峰项目系统、大规模的光电转换系

　　统、风能发电的储能电源以及边远地区储能系统、不间断电源或应急电源系统等。

　　电池系统组装设计灵活，易于模块组合，蓄电规模可大可小。全钒液流电池的活性

　　物质以液态形式贮存于储液罐中，容量取决于外部储液中活性物的容量和浓度，因此功

　　率输出和能量储存部分是相互独立的，可根据适宜的地理环境条件设计建设，而容量可

　　通过增加电解液体积来实现。如边远地区以柴油机发电为主要电源，全钒液流电池可按

　　成，通过更换溶液，可实现电池的即时充电；通过电堆的不同组合，来提供不同的输出

　　电池系统易于维护，安全稳定。所有单电池的反应物不存在固相反应，容易保证电

　　堆的一致性和均匀性；电池的电解液均置于相同的储液罐中，每个电池的放电状态是相

　　电池寿命长，全钒液流电池没有循环寿命问题，它的失效机制主要是电堆材料或辅

　　钠硫电池具有较高的储能效率（约89％），同时还具有输出脉冲功率的能力，这一

　　特性使钠硫电池可以同时用于电能质量调节和负荷的削峰填谷调节两种目的，从而提高

　　整体设备的经济性。与传统的化学电池不同的是，钠硫电池采用的是熔融液态电极和固

　　体电解质，其中，负极的活性物质是熔融金属钠，正极活性物质是硫和多硫化钠熔盐，

　　固体电解质兼隔膜的是一种专门传导钠离子的Al2O3陶瓷材料，电池外壳则一般用不锈

　　钠硫电池具有许多特点，其一是比能量高，是铅酸电池的3~4倍；其二是可大电

　　流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200~300mA/cm2，瞬时间可放出其3倍的

　　固有能量；其三是充放电效率高。由于采用固体电解质，所以没有通常采用液体电解质

　　二次电池的那种自放电及副反应。钠硫电池也有不足之处，需工作温度在300~350℃，

　　所以，电池工作在充电状态下需要一定的加热保温，在放电状态下还需要良好的散热设

　　计；同时，其充电状态只能用平均值计量，所以需要周期性的离线度量；此外，由于硫

　　（1）安全性：数据中心作为是数据传输、计算和存储的中心，是我国移动通讯、大

　　数据、云计算、网络支付、人工智能等产业领域的重要基础设施。因此安全性是选择储

　　（2）空间与重量：目前数据中心多建设在市中心，空间布局紧张，因此大型储能电

　　（3）经济性：数据中心建设储能电站，收益为重要考量因素，因此对电池技术路线

　　（4）环境友好性：选择环境友好型电池，对于目前建设绿色节能数据中心的意义十

　　钠硫电池技术不成熟，纳金属活跃，三元锂电池分解温度低，导致电池安全性能相

　　对差，不建议在数据中心应用。液流电池使用大型储液罐，能量密度低，这种电池技术

　　路线更适合应用与我国西部大型光储或风储电站，不适合应用于数据中心。因此目前数

　　据中心投建大型储能电站建议选择铅炭电池或磷酸铁锂电池，并根据项目实际情况，在

　　如今的数据中心严重受限于其功耗预算和碳排放配额。面对与日俱增的能耗开支和

　　节能减排压力，学术界和工业界不约而同地开始关注非传统的绿色数据中心设计。最

　　近，能源存储设备(EnergyStorageSystem，ESS)逐渐成为数据中心中一种新兴的关键

　　使能元件，它能够极大提升数据中心的能效和可持续性。一方面，ESS使得数据中心可以

　　通过削减由不规则负载带来的短暂峰值功耗来降低运营成本;另一方面，它还能够方便新

　　能源在数据中心中的融合，从而极大降低对环境的不良影响。ESS在新型数据中心设计中

　　的系统结构，ESS在管理功耗尖峰和供电波动两大方面发挥的重要作用。对比多项前沿研

　　究并探讨ESS的关键设计点如成本、能效、可靠性等，同时ESS未来发展所面临的其他

　　源，可在园区与电网的关口点运行峰谷测试，实现整个园区的峰谷控制，同时作为应急

　　电源解决整个园区的应急供电，此方案中若储能容量不够大，还需在电网停电时控制非

　　重要负荷下电控制，整个系统控制的复杂程度高，且作为集中式的供电方式，应急供电

　　3）作为一个集中式大型的储能接入方案，也具备了电网辅助服务的特点，满足电

　　4）系统利用能力互联平台，打造智能储能系统，充分利用到当地的窝电、弃电；

　　5）通过大型储能系统园区接入，在提升园区供电系统稳定可靠的同时，还能够集

　　此系统为进一步提升数据中心供电的可靠性，可储能结合UPS电源系统一并应用的

　　低压侧储能系统通常以一个数据中心机房或一个集中供电单元低压侧接入，此方案融

　　1）IDC机房或一个单元供电拓扑组成一个系统，采用直流母线的方案，储能接入

　　3）IDC应急电源部分直接采用高压直接方案，在储能直流母线通过DC/DC变换单

　　4）IDC供电电源还有传统的交流供电方案，与本次直流母线供电方案形成双备

　　份，与当前互联网数据中心主流的一路市电，一路高压直流方案比较契合，提升供电可

　　5）此系统接入规模以300-500KW一个单元，可作为标准化单元，提高可靠性的

　　综上，是园区数据中心接入方案中的目前有应用的两种，当然随着技术的发展可能会

　　有更多的应用框架出现，当社会和电网的需求驱使及经济价值更进一步增长，随着更多的

　　因数据中心用负荷超高，仅仅依靠采用太阳能或风能等可再生能源自发自用是不现

　　实的。据推算数据中心若要完全使用太阳能发电提供电力，所需的光伏板面积相当于近

　　百倍的数据中心面积。而且光伏风电等可再生能源还具有不连续性的特点，部分时段还

　　会有弃光弃风等现象。不过随着锂电池等储能技术成本下降，光伏+储能系统供电可能会

　　那么绿色数据中心在可再生能源接入的情况下，因可再生能源的不稳定性是比较大

　　的一个问题，ESS系统将可再生能源融入到数据中心也是非常关键的一部分，那么关键的

　　因系统的工作特性，需要储能电池的循环次数高、能量密度高（占地小）、能够适

　　EMS能量管理系统，除了应要有基本的发电、储电、用电的基本控制管理策略外，

　　还需重点针对园区数据中心的应用情况深入分析，能够分析数据中心用能知识库，对接

　　入的能源及用能情况提供预测并给以维护建议，为后期的数据发展提供参考建议，及时

　　处理后期扩容等问题提供预测方案。这方面也是目前能源管理系统需要一定的AI能力，

　　随着人工智能（AI）的发展，能量管理系统可以在数据中心的应用可以走在前面，

　　依托数据中心行业的强大基础及人才，将使能源管理系统的各个AI模块完善起来，已最

　　1）通过园区大型储能系统的接入，储能系统具有大容量的储能电池组，长时间的

　　2）利用储能系统在峰谷差价的运行策略，降低园区和数据中心用电大户的用电电

　　3）通过储能存储及释放电能时间转移能力，解决再生能源发电的不确定性的技术

　　特点，使得可再生能源更灵活的接入数据中心，把一些不可能变成可能，真正达到绿色

　　4）针对部分具有用电功率峰谷特点的园区，储能通过平滑用电峰谷，实现降低变

　　5）储能系统的快速响应能力，也具备一定的电能治理能力，能够为园区解决电能

　　7）数据中心可再生能源接入，提高绿色数据中心的比例增加储能系统则能很好地解

　　决这些问题，把消耗不掉的电量储能起来，在发电不足或用电高峰时放出，以平滑发用

　　电为目的，弥补新能源发电不稳定的缺陷，避免浪费。可解决以下可再生能源发电问

　　6）电网中的储能环节能有效调控电力资源，能很好地平衡昼夜及不同季节的用电

　　差异，调剂余缺，保障电网安全。是可再生能源应用的重要前提和实现电网互动化管理

　　的有效手段。作为大型的储能系统，其重要意义在于可作为智能电网的基础单元，提高

　　在园区数据中心设计中，储能系统的设计，作为能量储存和快速响应的载体，可以

　　实现打造一个“源-网-储-荷”高度互动的一个能源网络，降低能源投资规模，提高能源

　　在数据中心的供电方案中，无论是交流供电的UPS还是直流供电的HVDC（240VDC

　　或336VDC）电源，配置的电池通常在15min~30min左右，其中30min的占多数。数

　　据中心的供电可靠性设计本身很高，实际的运行中很少出现停电的情况，因此用于备电的

　　铅酸电池使用率很低。由于铅酸电池寿命原因，5年左右就需要报废更换，投资费用巨大，

　　而电池的功能却似乎没有充分、有效发挥，成为了一个损耗型的资产。此外，由于电池大

　　部分时间都是处于浮充状态或者非放电的状态，电池的健康状况不能实时检测，有可能在

　　需要放电的时候才发现问题，不能保证备电可靠性。在这种情况下，利用峰谷电价差异，

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　　对电池进行储能管理，既可以使电池成为创造价值的经济资产，也可以实现对电池状态的

　　日常检测，大大提高了备电可靠性。在微模块级别，不同微模块之间的负载率，根据部署

　　业务的区别，以及上架策略的不同，其负荷波动率往往较大，单模块过载超电的概率相对

　　较高。对储能系统的深层次利用，可以在负荷波动时，承担部分负荷来确保市电不超负荷，

　　从而保障微模块的供电安全，同时减少因超电带来的损失（如罚款，或更高的容量电费等）。

　　数据中心备电电池储能利用，根据不同的地区电价、电源和电池配置，设计一套合理

　　的储能实施方案是关键。为满足数据中心快速部署、按需建设的需求，标准化设计的微模

　　块越来越广泛地得到了应用。微模块标准化设计使电源系统和电池容量都是标准化配置，

　　为储能方案标准化的应用提供了良好的基础。一套合理易行的储能方案，可以广泛应用于

　　微模块储能方案最大的优点是依托于原有的备电型电源架构（如UPS或者HVDC），

　　HVDC储能系统的架构如图5.1所示，与常规HVDC系统相比，微模块储能方案架

　　微模块的储能系统通过监控管理单元与数据中心管理平台进行通信，中心管理平台除

　　了对各微模块电源和电池的运行状态进行实时监控，还具备了对各个微模块的储能运行情

　　况和经济数据进行统计分析的功能，并可根据实时电价对储能系统的模式进行调整设置。

　　储能型UPS在传统UPS的基础上可能会增加电池的容量，同时加大充电器的能力，

　　集成能量管理和调度策略，实现利用UPS的后备电池对负载进行有控制地供电或对电网

　　进行回馈的储能作用。储能型UPS基本架构如图5.2，其中Rec为双向整流器，Inv为逆

　　变器，DCDC为满功率的充放电器，电池为铅炭电池或锂电。双向整流是与普通UPS功能

　　不同的部分，可实现电池能量回馈电网。在部分储能方案中，有些UPS没有采用双向整流

　　储能的载体是电池，传统数据中心备电的是循环次数较少铅酸电池，不能满足每日充

　　放电需求。针对储能应用，数据中心可以选择高循环次数的铅炭或锂电池。铅炭电池在60%

　　DOD下可以满足3000次以上循环，适用于需要保留一定备电容量以确保备电的数据中

　　心需求。与锂电池相比，铅炭电池更佳的性价比、更高的安全性目前更加受到数据中心储

　　HVDC系统中模块输出、电池和负载三者是直接并联的，通过对电源整流模块的精

　　确输出控制，可实现电池在电价峰段按计划、有控制地放电，在特定的时间段，通常为

　　谷段进行充电，根据储能循环的策略也可以在部分平段部分充电。电池放电模式通常有

　　在数据中心微模块电池容量配置相对较小的情况下，第一种方案对电池是大倍率放

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