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数据中心和电网之间的关系(一)

2018/2/5    来源:ChinaDCC    作者:佚名      
关键字:数据中心  电网  
目前,中国绝大多数的数据中心都是通过向当地公用电网采购电而运行的。未来的数据中心,在很多场景下,可能是分布式电源和当地公用电网结合的方式运行。因此,在本文中,将阐述数据中心和当地电网的核心关系。
    目前,中国绝大多数的数据中心都是通过向当地公用电网采购电而运行的。未来的数据中心,在很多场景下,可能是分布式电源和当地公用电网结合的方式运行。因此,在本文中,将阐述数据中心和当地电网的核心关系。
 
    数据中心和公用电网的主要界面是变电站。
 
    变电站是数据中心与公用电网的“脐带”。数据中心与电网的核心是可用性、可靠性和经济性的问题关系。通俗地说,是关于够不够用、停不停、多少钱的问题。实际上,数据中心也是一种服务,既然是服务,必然涉及到成本问题。在电力成本这方面的支出占据了数据中心总体成本中比较重要的一个比例。站在数据中心用户者的角度来看,所关心的话题主要有以下内容:
 
    1、容量规划:容量规划是个很大的概念,包含的范围也很大。在这里,特指的是电力容量规划当中的电力输入部分。换句话说,这里主要指的是数据中心需要多大容量的电力接入的问题。
 
    2、数据中心CAPEX:这里特指的是数据中心用户在电力输入部分所需要的投资。包括诸如外线,用户站等。
 
    3、数据中心OPEX:这里特指的电费和管理运行费用等。
 
    4、数据中心可用性的问题:这里特指的是诸如电能质量、接入可靠性、网调负荷保障级别等。
 
    5、数据中心用电可靠性的问题。
 
    一、电网的供电结构
 
    一般而言,电力从发电厂到最终数据中心用户,中间有几个关键路由,下文力争让数据中心用户可以深入浅出的理解电网的结构,同时也能够正确理解诸如选址,容量计算,可用性等方面在电力方面的基本概念。
 
    电力输配电关键环节拆解和分析:(发、输、配、用)
 
    1、发电:发电厂,无论是哪种能源,这是一个将其他能源转换成电能的点,是电力的起源点。
 
    2、电力传输:当发电厂发出电后,它首先做的事情是传输,即将电力输送到数据中心或者其他用户,在这个环节中,又可以分解为以下几个步骤:
 
    (1)发电厂到城市之间的长途传输:一个电工学基本原理:即P=UI,换个角度来看,如果要传输更多的电力能量,需要提高电力电压和电流,但是电流的载流量是和传输电缆的载流量相匹配的,即和传输电缆的导电金属的横截面积成正比的,通俗的说,电缆越粗,造价更贵,而同时,电缆的横截面积又不是可以无限的放大的(这里还涉及到集肤效应的问题),而电缆的重量又和诸如安全,造价等很多因素相关,因此,提高电流只能到一定限度,同时,对于长距离传输,线损也很大,因此,在目前我国的长途传输中,普遍采用的是超高压传输,即电流并不大,但是电压很高,而传输更多的电力能量。最常见的是交流500KV,直流800KV或者1000KV交流等。国家电网最近几年在不断做试点,诸如特高压传输等,即在不断提高标准。
 
    (2)长途传输进入城市后的电力传输:对于绝大多数城市而言,500KV进入城市后,通过电力变压器,降到220KV,数据中心用户可以看到220KV的电力站,然后,国家电网将220KV的电压等级再降到110KVA的电压等级,也能看到很多110KV的电力站(个别地区有35KV或66KV)。对于接下来,就有几种不同电压降的等级和区别,对于数据中心用户而言,通常情况下,有以下几种选择:
 
  • 电网从110KV降压到10KV:即最终数据中心用户和国家电网的分界点是在10KV这个电压等级上。数据中心用户自建10KV用户站,即10KV引入到数据中心,换句话说,国家电网计费点是在10KV站的高压侧。

  • 电网从220KV的电力站将电压等级降到35KV的电压等级,然后再将35KV降压到10KV电压等级。对于数据中心用户而言,自建10KV用户站,将10KV引入到数据中心,国家电网计费点是在10KV站高压侧。

  • 电网将110KV降到20KV,数据中心用户自建20KV用户站。即数据中心用户而言,是20KV接入到数据中心内部,然后再进行配电,国家电网的计费点是在20KV站高压侧。

  • 电网将220KV降到35KV,提供给数据中心用户。数据中心用户自建35KV用户站,至于数据中心用户采用35KV降到10KV,还是直接降到380V,属于数据中心用户自己控制的范围,数据中心用户和电网的计费是在35KV高压侧。(备注:据不完全统计,数据中心用户自建35KV用户站的案例也不多,截至本文编写的时候,有万国数据上海外高桥数据中心,上海联通周浦数据中心和中国工商银行外高桥数据中心等)

  • 电网将220KV降到110KV,提供给数据中心用户,数据中心用户自建110KV用户站,和国家电网的计费点是在110KV等级,即高压侧。数据中心用户根据自身的需求,再将110KV降到10KV,最后10KV降到380V。换句话说,110KV以下的设计和建设属于数据中心用户自己控制的范围。(备注:据不完全统计,截至到本文编写的时候,自建110KV用户站的数据中心用户是中国工商银行嘉定同城数据中心)

  • 公用电网将220KV降到35KV,再经过10KV电力开关站,然后再将10KV提供给数据中心用户,数据中心用户自建10KV用户站,这种方式和“将220KV降到35KV”的唯一区别是,数据中心用户在35KV电力站和数据中心用户自建的10KV用户站中间,建设了一个10KV的电力开关站(开闭站)。
 
    为什么电网会采用这种结构呢?这是优于10KV这个等级传输电力能量的容量和能力造成这种结构。其作用是:①为解决高压变电站中压出线间隔不足,出线通道受限制的矛盾。②减少相同路径的电缆条数。③加强电网联络,提高供电可靠性。对于很多用户而言,其使用电力的容量相对数据中心用户而言,比较小,而对于35KV的出线间隔而言,是有限的,这样通过1个10KV的出线间隔,建设一个10KV的电力开关站,可以给更多的用户提供服务。
 
    当然,在国内的数据中心案例中,也有从电网220KV直接变10KV,虽然这样的案例凤毛麟角。
 
    二、电力能源的产业结构简述
 
    本文所论述的观点和角度,并不是国家电力能源产业结构层面,更多的是站在数据中心用户的角度来看的。
 
    从国家宏观调控,政策制定和行业监管的角度上,在政府层面上,主要有三个政府相关部门。第一个是国家能源局,主要职责包括拟定能源发展战略、规划和政策,提出发展新能源和能源行业节能的政策措施等。(备注:相关详细的工作职责参照从国家能源局的官方网站)第二个是国家发改委,事实上能源局曾经隶属于发改委,通俗理解,能源局分担了发改委的一部分职责,但诸如国家电网等并不在能源局职责管理范围内,发改委更趋向于宏观调控和政策制订。第三个是国家电力监管委员会,其主要职责的确是名副其实,电力行业监管,包括制订电价等。(涉及到国家电力监管委员会的详细资料,参照国家电力监管委员会的官方网站)。
 
    从电力传输的网络这一层来看,主要有国家电网和南方电网。前两者占据了绝对比例。从数据中心用户的角度而言,绝大多数情况下,涉及到具体的电力申请,都和这三者有直接关系。
 
    从发电的层面来看,主要包括有华能,华电,中电,国电和神华这五家占据市场绝对比例的五家发电企业。当然,也有诸如华润,中广核等发电企业。
 
    从能源的基础层面来看,就包括诸如石油,石化,风电,水电,核电等能源企业。
 
    本文对这部分内容进行的描述,是想让数据中心用户可以站在自己数据中心的实际情况(比如地理位置),看清行业的业态现状和发展趋势,做出更准确的业务策略制定。
 
    三、数据中心变电站介绍
 
    对于中小型数据中心,其用电容量相对比较小,比如只有1000-4000KVA,因此导致这个变电站是共享的,并不是完全为数据中心服务的。
 
    如果数据中心容量需求比较大,尤其是对于今天中国市场上的大型或者超大型数据中心用户而言,通常需要建设一个电力用户站,当然根据电网的结构和数据中心用户的用电需求容量,可以选择自建10KV用户站,20KV用户站,35KV用户站或者110KV用户站。而这个变电站将作为数据中心电力能源的输入口,其重要性不言而喻。在本文的后面部分将详细论述围绕着这个变电站所涉及到的关键因素和需要考虑的关键点。
 
责任编辑:李欢
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