雷 婷，鄒才華，王俊磊

（中興通訊股份有限公司，廣東 深圳 518055）

1 采用儲能進(jìn)行削峰是數(shù)據(jù)中心迫切需求

2021年7月29日，國家發(fā)展改革委印發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步完善分時電價機(jī)制的通知》，要求各地統(tǒng)籌考慮當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)峰谷差率、新能源裝機(jī)占比以及系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力等因素，合理確定峰谷電價價差，上年或當(dāng)年預(yù)計最大系統(tǒng)峰谷差率超過40%的地方，峰谷電價價差原則上不低于4∶1，其他地方原則上不低于3∶1[1]。該通知明確了完善我國分時電價機(jī)制的具體措施，有利于在3060雙碳目標(biāo)綠色約束以及電力體制改革加快推進(jìn)下充分發(fā)揮分時電價信號作用，服務(wù)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)，促進(jìn)能源綠色低碳發(fā)展。

據(jù)統(tǒng)計，截至2020年底，全國數(shù)據(jù)中心用電總量達(dá)2 023.7億kW·h，占全社會用電總量的2.7%，預(yù)計到2030年，能耗需求持續(xù)高速增長，占比達(dá)到全社會用電量的3.7%[1]。在數(shù)據(jù)中心年運營成本中，用電成本占比超過50%。2022年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》提出，到2030年，新型儲能要全面支持能源領(lǐng)域碳達(dá)峰目標(biāo)達(dá)成。通過配置一定比例儲能系統(tǒng)，提高新能源接入比例，利用削峰填谷降低用電成本，將成為數(shù)據(jù)中心減少碳排放和提升電力效能的必要手段[2]。

2 鋰電池在數(shù)據(jù)中心儲能場景中的優(yōu)勢

在全球儲能市場中，電化學(xué)儲能的占比為7.5%，其中鋰離子電池儲能規(guī)模的占比最大超過90%。對比目前市場主流的儲能電池性能，鋰離子電池因具備完整的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢，在可靠性、壽命、占地面積以及成本等方面具備較大優(yōu)勢。經(jīng)過測算，在數(shù)據(jù)中心10年生命周期內(nèi)，鋰離子電池的總擁有成本（Total Cost of Ownership，TCO）只有鉛酸電池方案的70%，因此被多家數(shù)據(jù)中心選用，與不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）配套作為備用電池[3]。

3 國內(nèi)典型地區(qū)分時電價政策及運行時間策略

峰谷分時電價是指根據(jù)用戶用電需求，將每天的時間劃分為高峰（含尖峰）、平段以及低谷3個時段，對各時段分別制定不同的電價水平，以引導(dǎo)和鼓勵用戶削峰填谷，提高電力資源的利用率。在峰谷分時電價機(jī)制下，用戶利用儲能系統(tǒng)在低谷電價時段充電、高峰電價時段放電，可實現(xiàn)峰谷差套利，降低用電成本，這是目前用戶側(cè)儲能的主要盈利模式。

數(shù)據(jù)中心一般采用大工業(yè)電價，大部分地區(qū)執(zhí)行峰平谷不同時段價差，個別用電負(fù)荷高的城市執(zhí)行短時間尖峰電價。為充分利用鋰電池的循環(huán)壽命，可采用如下運行策略：一天充放電兩次，第一次利用峰谷價差充放80% 深度放電（Depth of Discharge，DoD），第二次利用峰平價差充放電60% DoD，全生命周期內(nèi)循環(huán)6 000～8 000次[4]。

3.1 典型配置方案

根據(jù)數(shù)據(jù)中心不同的設(shè)計等級，儲能配置方案在容量大小和充電功率方面略有差異。方案配置原則如下：（1）不能降低原數(shù)據(jù)中心的安全等級；（2）不改動或輕微改動原有數(shù)據(jù)中心機(jī)房配電設(shè)計；（3）線纜、承載在允許范圍內(nèi)；（4）采用鋰離子電池作為儲能單元，按10年使用壽命核算；（5）根據(jù)不同儲能模式配置額外儲能容量，用于削峰填谷功能。

3.1.1 A級數(shù)據(jù)中心配置方案

A級數(shù)據(jù)中心配置方案如圖1所示，2N系統(tǒng)全部或者其中一路配置儲能（可兩路切換）；利用變壓器50%富裕為儲能系統(tǒng)充電；不改變原有配電系統(tǒng)；標(biāo)配12 h后備柴發(fā)，可選替代柴發(fā)。

圖1 A級數(shù)據(jù)中心配置方案

3.1.2 B級、C級數(shù)據(jù)中心配置方案

B級和C級數(shù)據(jù)中心配置方案如圖2所示，在唯一的市電支路配置儲能系統(tǒng)；利用變壓器20%富裕為儲能系統(tǒng)充電；不改變原有配電系統(tǒng)；需核對谷段充電時長，配置儲能容量；標(biāo)配后備柴發(fā)，可選替代柴發(fā)。

圖2 B級和C級數(shù)據(jù)中心配置方案

3.2 TCO分析模型

TCO分析中，影響因素包括方案配置（系統(tǒng)架構(gòu)、電池壽命）、運行策略（循環(huán)次數(shù)、放電深度DOD）、電池成本以及峰谷價差。將電池壽命、循環(huán)次數(shù)、DoD、運行策略按照全生命周期最優(yōu)化后，受影響參數(shù)主要為電池瓦時總成本和每kW·h電費的峰谷價差[5]。

假設(shè)數(shù)據(jù)中心鋰電池瓦時總成本與每kW·h電費峰谷價差的比值為P，則P值與內(nèi)部收益率及回收期關(guān)系如圖3、圖4所示。根據(jù)分析可推斷，當(dāng)P≤2時，內(nèi)部收益率高于10%，靜態(tài)投資回收期在6年以內(nèi)，削峰填谷才具備經(jīng)濟(jì)性。

圖3 P值與內(nèi)部收益率的關(guān)系

圖4 P值與回收期的關(guān)系

3.3 典型城市削峰填谷TCO分析

結(jié)合2022年鋰電池系統(tǒng)投建成本，在國內(nèi)數(shù)據(jù)中心典型城市中，上海和江蘇兩個城市的部分地區(qū)具備一定的經(jīng)濟(jì)可行性。預(yù)計到2025年，電池瓦時總成本將降低至1.32元/（W·h）以下，除北京、上海、廣州和江蘇外，隨著分時電價政策的優(yōu)化調(diào)整，越來越多的地區(qū)會逐步體現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)價值。鋰電池儲能削峰填谷在國內(nèi)典型地區(qū)TCO分析如表1所示。

表1 鋰電池儲能削峰填谷在國內(nèi)典型地區(qū)TCO分析

如果鋰電池儲能系統(tǒng)的可靠性和安全性能夠得到進(jìn)一步提升，在配置足額備電時間條件下，考慮儲能換電替代數(shù)據(jù)中心柴油發(fā)動機(jī)的可行性，間接降低儲能系統(tǒng)的投建成本。按2022年鋰電池成本核算，替代柴發(fā)后，各典型地區(qū)內(nèi)部收益率顯著提高，預(yù)計到2025年，一線城市和環(huán)一線城市都將具備良好的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié) 論

當(dāng)前投資鋰電池單純做數(shù)據(jù)中心削峰填谷僅在個別一線城市的部分區(qū)域具有經(jīng)濟(jì)可行性，未來隨著輔助調(diào)頻市場門檻進(jìn)一步降低，數(shù)據(jù)中心儲能并入電網(wǎng)，接受自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control，AGC）調(diào)頻指令增加收益成為新的機(jī)會點。同時，國家3060雙碳目標(biāo)及分時電價政策的調(diào)整都需要配合新能源接入，儲能屬于新能源支撐配套技術(shù)，電網(wǎng)會強(qiáng)制要求按新能源裝機(jī)比例配置儲能。預(yù)計2025年，度電成本低于光伏上網(wǎng)指導(dǎo)電價，國內(nèi)一線和環(huán)一線城市大部分地區(qū)的數(shù)據(jù)中心將具備削峰填谷的推廣價值。