ABB電氣：打造數(shù)字經濟綠色底座，數(shù)據(jù)中心碳中和之路應如何走？

北京2022年6月28日 /美通社/ -- 農耕時代的土地、工業(yè)時代的能源、數(shù)字化時代的數(shù)據(jù)，都是關鍵生產要素推動著社會的進步與發(fā)展。數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)存儲和處理的“現(xiàn)代化工廠”，支撐數(shù)字經濟成為拉動經濟增長的主引擎，也是承載數(shù)字技術應用的物理底座，其產業(yè)賦能價值正在逐步凸顯。

聚焦神州大地，“東數(shù)西算”工程正式啟動實施，有利于實現(xiàn)中國算力規(guī)?；?、集約化、綠色化發(fā)展，其中所要求的樞紐節(jié)點算力集群PUE（電源使用效率）要達到1.25以下，而目前行業(yè)內平均PUE值大約為1.49，這表明數(shù)據(jù)中心作為耗能大戶節(jié)能減排潛力巨大，如何在保證關鍵負載可靠性的前提下有效降低總能耗及碳排放，盡可能多地使用綠色新能源，確保數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展，是目前數(shù)據(jù)中心新建與改造的最大挑戰(zhàn)?！禔BB數(shù)據(jù)中心碳中和白皮書》（以下簡稱《白皮書》）從數(shù)據(jù)中心碳足跡分析入手，探索了低碳數(shù)據(jù)中心發(fā)展的長遠路徑，為“雙碳”目標下的數(shù)據(jù)中心規(guī)劃建設改造提供參考。

數(shù)據(jù)中心加速引入新能源，“雙碳”路線圖初現(xiàn)

行業(yè)機構研究表明，數(shù)據(jù)中心用電需求正在隨著建設數(shù)量、規(guī)模的不斷擴大而急劇攀升。從數(shù)據(jù)中心全生命周期來看，以電力能源使用為主體的能源間接碳排放位列其碳足跡首位，因此，在保障穩(wěn)定可靠的電力供應以滿足數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)連續(xù)不間斷運行的最基本前提下，改變能源供給結構是推進數(shù)據(jù)中心低碳發(fā)展的重要舉措，需要通過接入和利用清潔能源，探索基于多能互補的能源供應多元融合模式以滿足數(shù)據(jù)中心長期可持續(xù)發(fā)展。

新能源發(fā)電一般有集中式部署和分布式部署。集中式部署主要通過電網公司的電網將大型新能源發(fā)電站的清潔能源輸送到用電側來實現(xiàn)電力脫碳，新能源的發(fā)電點通常位于距離數(shù)據(jù)中心較遠的地方，靠近合適的新能源發(fā)電站選址部署數(shù)據(jù)中心通常缺少客戶和網絡兩個重要資源，而跨區(qū)域進行電能輸送則會面臨損耗大、運維成本高等難題。《白皮書》中指出，通過合理布局數(shù)據(jù)中心，因地制宜就近消納清潔能源，既解決了新能源消納，又可以為能耗大戶的數(shù)據(jù)中心提供充沛的綠色能源。今年啟動的“東數(shù)西算”國家工程，為此進行了很好的規(guī)劃和布局。此外，分布式新能源部署在數(shù)據(jù)中心附近，就近接入分布式新能源，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心所在園區(qū)源、荷、儲一體化管理，為數(shù)據(jù)中心提供部分額外的綠色能源作為補充，降低數(shù)據(jù)中心運營過程中產生的碳排放值，ABB作為電力和自動化的領導者，借助數(shù)字化技術，可以為此提供安全可靠的解決方案。

園區(qū)內提供多種電力能源時，數(shù)據(jù)中心可以采用多源分布式10kV柔性直流智能配網，直流配電系統(tǒng)可比交流配電系統(tǒng)節(jié)能5%~15%。將多個電源系統(tǒng)互聯(lián)時，其各端的交流電網可以按各自的頻率和相位運行，不需進行同步調整，有助于實現(xiàn)清潔能源高效安全接入。ABB依托電力電子技術的進步和在配電領域的專業(yè)積累，采用基于IGCT的靜態(tài)變流器，構建配電網柔性直流互聯(lián)解決方案，實現(xiàn)了異源互聯(lián)，閉環(huán)運行，潮流可控和互濟，均衡負載，減少冗余容量及變電站建設。

值得一提的是，高壓直流配電技術（HVDC）由于節(jié)能方面的優(yōu)勢，在數(shù)據(jù)中心尤其是云計算頭部企業(yè)亦得到不少應用，為數(shù)據(jù)中心高效配電提供了一個新的選項。ABB具有專用直流跳閘線圈的直流斷路器Emax系列產品作為該方案的核心元件之一，很好地解決了直流回路故障電流的分斷問題，在該領域成為眾多數(shù)據(jù)中心HVDC供應商的優(yōu)選。

供配電解決方案持續(xù)演進，低碳與成本效益并舉

供配電系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心正常運行的電力保障，其設計和應用無疑在數(shù)據(jù)中心整體設計建設中占有重要地位，該領域的技術創(chuàng)新不斷，以滿足低碳綠色數(shù)據(jù)中心的新需求。

數(shù)據(jù)中心配電通常包括主配電和二次配電兩個環(huán)節(jié)，主配電接入電源降壓，給各種負荷以低壓的方式提供電源，二次配電側則按照負荷的分布完成電力分配和供應，輔以UPS保障供電，構成完整的數(shù)據(jù)中心配電架構，架構的優(yōu)化可以降低不必要的冗余備用容量。 例如ABB為網宿嘉定數(shù)據(jù)中心的35kV/10kV變電站和10kV/400V一次配電系統(tǒng)，一站式提供了35kV及10kV中壓開關柜、400V低壓開關柜，優(yōu)化了低壓配電進線、母聯(lián)方案，讓系統(tǒng)架構更精簡，避免負載配置不合理造成過載，提升了20%的電源使用效率。

為了保證緊急情況下的正常供電，數(shù)據(jù)中心還會配備大量的UPS（不間斷電源）。創(chuàng)新的中壓UPS提供了更好的解決方案，將UPS從低壓側轉移到中壓側，提供更大容量的不間斷電源。實際上，對于柴發(fā)等備用電源這種變化已經被業(yè)內接受。中壓UPS既可解決關鍵電源的備用問題，同時還能發(fā)揮備用電池的儲能功能而實現(xiàn)需求側響應。ABB此前推出的首款中壓UPS HiPerGuard能為數(shù)據(jù)中心和其他關鍵設施提供高達24kV的連續(xù)可靠供電，整機效率高達98%，保障IT負載和其他機械負載不間斷供電，減少停機時間。

另外，ABB還擁有一系列的低壓UPS，高效節(jié)能， 安全可靠，易擴展。例如，為大型和/或特大型數(shù)據(jù)中心開發(fā)的UPS MegaFlex DPA系列，單模塊功率250KW，系統(tǒng)效率高達97.6%，比傳統(tǒng)UPS降低30%的能源消耗，降低二氧化碳排放量。相較傳統(tǒng)的一體式并機方案4臺UPS并聯(lián)的輸入輸出，MegaFlex DPA系列UPS僅需一臺，有效降低配電系統(tǒng)投資和維護成本，同時使占地面積降低了40%，是大型和超大型關鍵負載的理想解決方案。

此外，隨著能源成本的不斷升高，一方面為了更快速、靈活地部署數(shù)據(jù)中心以更快產生投資回報，另一方面為了避免閑置帶來的能耗成本，模塊化數(shù)據(jù)中心的概念應運而生。通過采取工廠預裝形式，其在土建成本方面優(yōu)于傳統(tǒng)的機房建設，具有快速部署的優(yōu)勢，按需建設，提升數(shù)據(jù)中心上架率。ABB電氣結合最新市場調研和自身經驗，發(fā)布了ABB白皮書全集成預裝式數(shù)據(jù)中心解決方案，將大型數(shù)據(jù)中心的建設周期從18-24個月可壓縮至最短6個月左右，經濟效益明顯，是面向未來打造的經得起考驗的數(shù)據(jù)中心部署建議。

提高綜合管理效率，從全生命周期管理中實現(xiàn)減排

完成能源結構及供配電方案優(yōu)化后，數(shù)據(jù)中心將步入建設、運營、改造、退役等主體生命周期環(huán)節(jié)。建設階段選擇低碳可回收利用材料的設施，也是降低數(shù)據(jù)中心整體碳排放的重要因素，ABB配電設備小型化降低了數(shù)據(jù)中心配電設施所占用的空間，如中壓開關柜最小達到500mm柜寬，與傳統(tǒng)的800mm柜寬的開關相比，降低了近40%的建筑占地面積，降低了相關建筑材料的碳排放值，選用低碳值原材料同樣貢獻于數(shù)據(jù)中心低碳可持續(xù)發(fā)展。同時，針對當前數(shù)據(jù)中心面臨的配電設備健康狀態(tài)可視化程度低、傳統(tǒng)配電系統(tǒng)安全性有待提高等問題，ABB Ability?數(shù)字化全息管理系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的管理信息集中化、設備健康透明化、運行策略自主化，使系統(tǒng)效率提高80%，運維成本降低30%，讓大型、超大型數(shù)據(jù)中心在全壽命周期內的管理效率和應對風險能力實現(xiàn)質的飛躍，幫助客戶實現(xiàn)更安全、更智能、更低碳的運營。

具體而言，在數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)運行安全管理上，ABB智慧配電系統(tǒng)通過IEC61850賦能變電站通信網絡，實現(xiàn)數(shù)字化全連接，對中低壓設備進行一體化管理，通過設備間信息交互，實現(xiàn)站內故障快速定位，用網絡通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬接線方式，更加簡單，更加安全。智能化數(shù)字開關設備植入智能傳感單元使設備特征狀態(tài)自知，并利用設備機理模型及工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)生命周期內全方位的預測性維護與透明化設備健康診斷管理，達到真正的智慧運維，延長設備的使用壽命和減少設備更新周期，大幅降低新設備生產制造過程中的碳排放。

另一方面，借助數(shù)字化技術提升數(shù)據(jù)中心各個環(huán)節(jié)的能源消耗可視化程度，精細監(jiān)測能耗流向，實時分析管理，直觀動態(tài)顯示PUE值，基于能耗機理模型，優(yōu)化每一度電的使用，降低電能消耗從而達成降低數(shù)據(jù)中心運營過程中的碳排放。此外，ABB Ability?能效與資產健康管理云平臺還可實現(xiàn)移動運維管理，以提高能源、資產、人員的協(xié)調統(tǒng)一，并在全生命周期中貫徹系統(tǒng)安全運行、能源高效利用和人員健康。

正如白皮書結語，數(shù)字產業(yè)化、產業(yè)數(shù)字化、數(shù)據(jù)正成為數(shù)字經濟發(fā)展的重要支柱，新型數(shù)據(jù)中心作為“雙碳”愿景下的重點行業(yè)，將在高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色發(fā)展道路闊步前行。ABB也愿與各界同仁通過技術創(chuàng)新共同助力數(shù)據(jù)中心早日實現(xiàn)碳中和的發(fā)展目標。