Requisitos de batería para el almacenamiento de energía en centros de datos en la nueva era energética

Según una investigación de ICT Research Consulting, el número de centros de datos en China es de unos 56.000 en 2016, con una superficie total de unos 16,5 millones de metros cuadrados. Se estima que para 2020, el número de centros de datos en China superará los 80.000 y el área total superará los 30 millones de metros cuadrados.

En consecuencia, el consumo de energía aumenta año tras año. Según datos del Comité Técnico de Conservación de Energía del Centro de Datos de China, el consumo total de energía de los centros de datos de China superó los 110.800 millones de kWh en 2016 y alcanzó los 12-130.000 millones de kWh en 2017. Esta cifra supera la generación de energía anual de la presa de las Tres Gargantas en 2017 (97,605 mil millones). La suma de kilovatios hora y la energía generada por la planta de energía de Gezhouba (la generación de energía de la planta de energía de Gezhouba en 2017 fue de 19,05 mil millones de kWh).

Según las estadísticas, el gasto en electricidad representa más del 60% de los gastos operativos del centro de datos, entonces, ¿cómo reducir los gastos en electricidad del centro de datos? Este documento analiza el modelo de negocio del centro de datos de almacenamiento de energía.

El autor cree que el desarrollo de la tecnología de almacenamiento de energía electroquímica puede subvertir gradualmente el modelo de gestión de energía del centro de datos tradicional y también subvertirá el modelo de inversión tradicional en este campo. Este tipo de subversión es una subversión favorable.

En los últimos años, el desarrollo del almacenamiento de energía, especialmente el almacenamiento de energía electroquímica, ha estado en pleno apogeo y está en pleno apogeo. Sin embargo, detrás de la emoción, hay muchos suspiros y “hay miles de velas que no se agotan indefensas.

El autor siempre ha creído que bajo el sistema de energía existente, es difícil continuar estabilizando las ganancias simplemente confiando en la distribución pico-valle para armar un escándalo. El desarrollo de la industria del almacenamiento de energía es inseparable de un mecanismo de pago razonable o una combinación de escenarios de aplicación específicos, para encontrar un punto de valor y un punto de ingresos específicos, para poder desarrollarse.

Muchos colegas de la industria le han preguntado al autor, antes de que se haya formado el mecanismo de pago razonable, ¿cuáles son los escenarios de aplicación específicos?

Este artículo intenta utilizar el centro de datos para desarrollar el almacenamiento de energía a fin de crear un modelo de negocios y un modelo de ganancias enriquecidos como punto de entrada, y discutirlo con todos.

El status quo y los problemas del desarrollo del centro de datos

El centro de datos consta de un sistema informático y su equipo asociado, así como conexiones de comunicación de datos redundantes, control ambiental, monitoreo y varios dispositivos de seguridad. Es el centro de transmisión, computación y almacenamiento de datos. Junto con el desarrollo explosivo de las comunicaciones móviles, los macrodatos, la computación en la nube, los pagos en red, la inteligencia artificial y otros servicios de China, y la penetración acelerada de "Internet +" en el campo industrial, el rápido crecimiento de la transmisión, la computación y el almacenamiento de datos por Internet se ha promovido las necesidades. Esto, a su vez, estimula la necesidad de infraestructura como centros de datos.

Según los datos de la investigación, en 2010-2016, el mercado IDC (Centro de datos de Internet) de China creció casi 7 veces, con una tasa de crecimiento anual promedio del 39,19%. Después de 2017, el tamaño del mercado de los centros de datos de China siguió creciendo rápidamente, con un esperado 2019. En el año, el tamaño del mercado de los centros de datos de China superará los 180.000 millones de yuanes, de los cuales alrededor del 70% serán nuevos centros de datos.

El centro de datos obtiene ingresos al proporcionar a los clientes servicios como alquiler de gabinetes, arrendamiento de ancho de banda y operación y mantenimiento de servidores proxy. Para el centro de datos, garantizar un suministro eléctrico y de red seguro y confiable son las dos funciones más básicas del centro de datos, por lo que el centro de datos está equipado con una fuente de alimentación ininterrumpida (UPS). La fuente de alimentación ininterrumpida consta de dos partes: la unidad principal del UPS y la batería. Cuando el suministro de red es normal, el SAI suministra energía a la carga después de "filtrar las impurezas de la red" y carga la batería. Cuando el suministro eléctrico es anormal (interrupción del suministro eléctrico), la batería se descarga. La fuente de alimentación está garantizada por la carga de suministro del SAI. Este modo de respaldo de energía del centro de datos tradicional tiene los siguientes puntos débiles de la aplicación:

1. Facturas de luz elevadas. Una vez que se completa el centro de datos, sus principales costos operativos provienen de las facturas de electricidad. Las estadísticas muestran que las facturas de electricidad representan más del 60% de los gastos operativos del centro de datos. Tome el centro de datos de tamaño mediano con 2000 gabinetes en Jiangsu como ejemplo. Si la potencia media del armario es de 5 kW, el consumo de energía del armario durante solo un año es 2000 * 5kW * 24h * 365 días = 87,6 millones de kWh, el promedio de la provincia de Jiangsu. El precio de la electricidad es de aproximadamente 0,68 yuanes y la factura de electricidad generada por un solo gabinete llega a 59,57 millones de yuanes. Aquí no se ha contado el consumo de energía de otros equipos de energía como acondicionadores de aire, fuentes de alimentación de UPS e iluminación. Por lo tanto, cómo reducir los gastos de electricidad del centro de datos es crucial para mejorar la rentabilidad de las empresas del centro de datos.

2. Alta inversión en batería. Además, la batería no se descarga durante el período de uso, lo que desperdicia recursos y es un costo irrecuperable. China produce más de 200GWh de baterías de plomo-ácido cada año, y una gran proporción de ellas se utiliza en el centro de datos como respaldo. La vida útil de estas baterías suele ser de unos 5 años. Para garantizar la seguridad de la energía de reserva, es necesario reemplazar un lote cada cinco años. En la actualidad, la confiabilidad de la fuente de alimentación de la mayoría de las regiones de China es superior al 99,9%, y dado que el centro de datos generalmente adopta una garantía de suministro de energía de doble canal + una estructura de respaldo mutuo 2N, la batería rara vez tiene la oportunidad de descargarse y está en un largo -término estado inactivo, lo que resulta en un gran desperdicio de recursos.

3. La batería está en estado flotante durante mucho tiempo y se desconoce el estado de salud. Como se mencionó anteriormente, debido a la alta confiabilidad de la fuente de alimentación del centro de datos, la batería ha estado en estado flotante y no se carga una vez al año. Algunos centros de datos incluso necesitan pasar pruebas de carga ficticias periódicas para verificar el rendimiento de la batería. Los gastos también son bastante caros.

Comprender los puntos débiles de las operaciones del centro de datos y el uso de energía del UPS nos ayuda a comprender cómo resolver los problemas existentes. Gracias al desarrollo de la tecnología de almacenamiento de energía en los últimos años, la construcción de centros de datos de almacenamiento de energía se ha convertido en un medio importante para resolver los problemas de aplicación mencionados anteriormente.

Requisitos de almacenamiento de energía del centro de datos para baterías y hosts de UPS

Existe un equilibrio dinámico entre la generación de energía de la red y el consumo de electricidad de los usuarios. Para mejorar la tasa de utilización de la unidad durante el consumo de energía, reducir los costos de generación de energía y aumentar la eficiencia y reducir las emisiones, China comenzó a implementar el sistema de precios de electricidad de pico y valle en 1993. El diseño de este sistema, la intención original es utilizar medios económicos para orientar que la sociedad utilice el pico de electricidad. La existencia de brechas de precios máximos y mínimos proporciona un espacio de arbitraje para el almacenamiento de energía a través de “bajo almacenamiento y alta incidencia”. Sin embargo, debido a las limitaciones de los costos de almacenamiento de energía, es difícil obtener una rentabilidad sostenible para proyectos simples de llenado de picos y valles. La construcción del centro de datos en sí requiere una gran cantidad de inversión en la batería y el host de UPS, lo que proporciona las condiciones necesarias para el arbitraje de pico y valle, pero necesita resolver el ciclo de vida de la batería y la función del host de UPS de tipo de almacenamiento de energía.

1. Requisitos de almacenamiento de energía del centro de datos para baterías

La batería de plomo-ácido ordinaria tradicional no puede cumplir con los requisitos del modo de llenado máximo del usuario para el ciclo de vida prolongado de la batería. Es imperativo desarrollar un nuevo tipo de batería circulante. Gracias a los incentivos y la orientación del Programa de Energía Limpia de Obama en 2006, se lanzó un auge mundial de la investigación en baterías de plomo-carbono y se lanzaron productos. La llamada batería de plomo-carbono, sobre la base de no cambiar el sistema electroquímico de la batería de plomo-ácido, mediante la adición de carbono por el electrodo negativo y la tecnología de extensión de vida del electrodo positivo y el electrolito, el rendimiento del ciclo de la batería de plomo-ácido se ha mejorado considerablemente, y el ciclo de vida es de 3 a 5 veces el de la batería de ácido. La solución al problema del rendimiento del ciclo de la batería ha creado un requisito previo para la construcción de centros de datos de almacenamiento de energía.

En la aplicación de almacenamiento de energía del centro de datos, además de alcanzar el máximo y llenar la batería, la batería también debe garantizar el tiempo de respaldo de energía. Por lo tanto, la profundidad de descarga de la batería generalmente se controla en aproximadamente el 50%, y aproximadamente el 50% de la energía restante se usa para garantizar el tiempo de respaldo. Como todos sabemos, cuanto más profunda es la profundidad de descarga de la batería, más corto es el ciclo de vida, la profundidad de descarga de aproximadamente el 50%, solo para cumplir con los requisitos del centro de datos para la vida útil de la batería (10 años), pero también para garantizar un mejor recorte de picos Los beneficios, el rendimiento y los requisitos se ajustan perfectamente.

2. Requisitos de almacenamiento de energía de UPS para el host de UPS

La cantidad de electricidad que puede descargar la fuente de energía electroquímica se ve afectada por la tasa de descarga. Cuanto menor sea la tasa de descarga, más electricidad se puede descargar y viceversa. Por ejemplo, para una batería de plomo-ácido o plomo-carbono, si se descarga a una velocidad de 0,1 C (A), se puede descargar durante 10 horas y la capacidad total descargada es de 1 C (AH); pero si se descarga a 1,5 C, solo se puede descargar durante unos 15 minutos. La capacidad de descarga total es de 0.375C (AH) y la descarga a gran velocidad afectará seriamente la vida útil de la batería. En el caso de recorte de pico y llenado de valle, cuanto mayor sea la cantidad de descarga, mayor será la ganancia, porque el tiempo de electricidad del precio pico, es decir, el tiempo de descarga (generalmente 8 horas) es lo suficientemente largo, por lo que es posible seleccionar un pequeño Método de descarga de velocidad que cumple con las características de descarga de la batería de plomo-ácido. Para funcionar, esto requiere que el host del UPS tenga la función de alimentar la red y la batería.

En el centro de datos convencional, debido a que la confiabilidad de la fuente de alimentación es muy buena, la batería rara vez se descarga e incluso si hay una descarga ocasional, el tiempo de carga es largo, por lo que la energía se puede reponer a tiempo. Según la distribución de los períodos pico y valle actuales en China, el precio de la electricidad en el valle es generalmente de solo 8 horas. Para garantizar la recarga de la batería después de la descarga, el host del UPS debe tener una capacidad de carga del 40% o más.

A través de la comunicación con los principales fabricantes de hosts de UPS, resuelva técnicamente los problemas anteriores, no hay ningún obstáculo y el costo adicional es muy limitado, lo que elimina los obstáculos técnicos para la construcción de centros de datos de almacenamiento de energía.

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