南都电源数据中心用储能系统解决方案.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,17/4/24,#,单击此处编辑母版标题样式,浙,江南都能源动力股份有限公司,2017.4.24,苏州,IDC,储能备电系统解决方案,吴贤章,01,储能在的,IDC,行业中的价值,IDC,储能备电的系统方案,IDC,储能备电的商业模式,02,03,IDC,储能备电,系统解决方案,目录,储能在,IDC,行业中的价值,PART 1,20,12,20,13,20,14,20,15,148.2,153.4,157.5,161.5,4.5,%,3.5,%,2.,7,%,2.5,%,数据中心的建设受经济和政策影响不大,数据中心运维大多还处于发展初期,节能降耗成为数据中心建设新热点,166.2,2.9,%,20,16,单位：亿元人民币,数据中心基础设施投资额*及同比增长率,当前中国数据中心每年新增投资规模在1000亿元人民币左右,，包含服务器、网络存储、网络设备、基础设施产品等,，随着中国信息化社会的快速推进，以及云计算、物联网等产业的崛起，数据中心作为终端海量数据的承载与传输实体，每年的投资增速日益加快，201,4,年中国数据中心保有量约为,4.9,万,个，总面积,约,为,13,00万平米,，预计到达2020年，中国数据中心保有量将超过,8万,个，总面积将超过,3000万平米,。,中国数据中心（,IDC,）整体现状,IDC,全生命周期成本解析,上,表可见，机电造价占总造价的,62%,，但是总造价经过土地,50,年、建筑,30,年、设备,5,10,年的折旧计算后，只占总成本的,29%,，,54%,的成本是电费成本，,降,低,IDC,年运营,成本,的最关键的两个部分：,1,、降低电费单价，,2,、降低,PUE,。,注：,1,、按照每个机柜用电到额定电量测算，最恶劣状况。,2,、资金成本按照,6%,的贴现率计算,项目,电费成本,/,kw/,年,年折旧分摊成本,/,kw,维护成本元,/,kw/,年,资金成本元,/,年,总成本,资金（元）,12,614.4,6,750.5,1,354.1,2,751.8,23470.7,占比,53.75%,28.76%,5.77%,11.72%,100.00%,项目,土建造价,/,KW,设施造价,/,KW,IT,造价,/,KW,传输,一次投入总成本,资金（元）,10,229.5,28,394.3,5,559.8,1,679.2,45,862.7,占比,22.30%,61.91%,12.12%,3.66%,100.00%,电费成本,=,单价,PUE8760,小时，,如果电费单价从,0.9,元降低到,0.64,元，,则单机柜,/KW,的成本,/,年降低,15%,。,项目,电费单价,PUE,时间,提升方向,平均,0.9,元,/,度,1.6,到,1.3,36524,小时类型,3KW,机柜（万）,5KW,机柜（万）,单机柜,业务成本,7.0,11.7,电费占比,3.8,6.3,CAPEX,OPEX,储能在,IDC,中的价值分析,北京电价,尖峰（,kw）,峰段（,kw）,平段（,kw）,谷段,(,kw),夏季,7,、,8,月,1.5065,1.3782,0.8595,0.3658,全年其余月份,1.3782,0.8595,0.3658,利用峰谷电价差的政策，虽然使用总电量不变，若在电费低谷时段用电多，高峰时用电少，总电费会降低。,如：电表,B-,电表,A,比如,1KW,每天谷时充电，峰时放电,8,小时一年的储能收益是,2600,元。,即：,1KW8,小时,/,天,/,年的储能收益,=2600,元。,则,1000KW,（,1MW,）年储能收益为,260,万。,经济合理的移峰填谷的方案，最高可降低单,KWH,电价,成本约,4,0%,。,电表,A,电表,B,发改委为鼓励平衡用电，制定了达,3.5,倍的峰谷电价差政策（国网公司,95598,网站,2016,年数据）,不同地区的峰谷分时电价差,人类对化石能源,短缺和枯竭的预期,全球气候变化的现实威胁,新能源革命,以电为主的新一代能源系统,以,10KV,接入电压等级为例,地区,用电分类,尖峰,电价,(,元,/,度,),峰时,电价,(,元,/,度,),平时,电价,(,元,/,度,),谷时,电价,(,元,/,度,)峰谷价,差,(,元,/,度,),综合电价,1,(,元,/,度,),综合电价,2,(,元,/,度,),电价降幅,北京市,一般工商业,1.4995,1.371,0.853,0.359,1.012,0.861,0.523,39,上海市,两部制,/,工商业,夏季,1.166,0.722,0.347,0.819,0.745,0.472,37%,非夏季,1.201,0.747,0.282,0.919,0.743,0.437,41%,江苏省,普通工业,1.382,0.829,0.376,1.005,0.862,0.527,39%,佛山市,普通工业,1.449,0.896,0.470,0.979,0.9380.612,35%,湖北省,一般工商业,1.638,0.910,0.437,1.201,0.995,0.594,40%,天津市,一般工商业,1.345,0.900,0.474,0.871,0.906,0.616,33,浙江省,一般工商业,1.327,1.032,0.526,0.801,0.961,0.794,18%,备注：,1,计算假设负荷分布均匀；,2.,储能系统成本没计算在内；,需求侧相应补贴,全球气候变化的现实威胁,新能源革命,以电为主的新一代能源系统,需求侧响应（DemandResponse，DR），是指通过电价调整或提供资金奖励，引导用户根据系统需要改变原有的用电模式，达到减少或推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保证电网系统的稳定性。,需求侧响应，按照用户不同的响应方式将电力市场下的需求响应分为两类：基于价格和基于激励。,第三类：,对通过主动需求响应临时性减少的高峰电力负荷项目，按照响应时间,(24,小时、,4,小时、,30,分钟,),签订合同，奖励标准分为三档，分别为：,80,元,/,千瓦、,100,元,/,千瓦、,120,元,/,千瓦,。,IDC,储能后备系统解决方案,PART 2,IDC储能+备电系统的总体方案,不改变,原有,IDC,数据中心机房,配电机构设计，使用原有配电系统的空间、位置、线缆，承载在允许范围内。,使用集采,的模块化,UPS,设备，可设置为市电,+,电池联合供电的控制逻辑。,需将原设计,的普通铅,酸电池改为,储能用铅炭电池,。,原设计的,30,分钟后备电池，其中,15,分钟作后备保障，另外的,15,分钟容量，用于,储能。,经,测试,验证,，模拟错峰储能,8h,放电，接着模拟停电，仍可全容量放电,15,分钟，保证负载安全。,储能电池放电能力验证：,IDC储能+备电系统的总体方案,电源,监控模块控制系统的输出电压，实现储能电池的充电、放电控制。无需对系统进行额外的改造。,电池在尖峰时刻放电时，,此时电源设备,处于,部分,休眠备用状态，一旦电池故障，,电源设备,可无,缝承接,全部负载,电流,。,放电,安全截止控制：设定安全截止电压、安全,截止,容量,（,50%,）,，两个条件只要一个条件满足即停止放电,。剩余容量一则保障电池循环寿命、二则作为交流停电时的荷电备用。,充电容量确认：,早晨放电前核算：,充电容量,昨日,放电容量的,100%,作为电池放电的必要条件，防止电池长期亏电，影响电池的使用寿命。,灵活,的储能配置，只要有负荷，就可以产生效益，改动成本很低。,浮充电压,终止电压,白天小电流放电,8,小时,晚上,8,小时充电,储能,后备,移峰填谷应急保障机制：,充电、放电、静止当中，电池全部挂接在系统内，不改变原供电模式的物理结构，时刻保证备用电量达,15,分钟，保证系统供电安全。,当市电突然中断时，全部负荷用电由蓄电池供应柴油发电机组同时启动，在,15,分钟内完成油机与市电的转换，保证系统供电不会中断。,时段,市电,A,电池,B,IT,负载,C,T1,谷,市电向负载供电也给电池充电,A=B+C,蓄电池充电,B=A-C,C,T2,平,全部市电供电,A=C,电池不充电、不放电,B=0,C,T3,峰,部分市电供电,A=C-B,部分电池供电,B=C-A,C,T3,T3,T2,T2,T2,T1,G,负载,C,负载,C,_,A,A,B,B,IDC储能+备电系统的削峰填谷运行机制,IDC,储能,+,后备系统解决方案,系统架构和拓扑,IDC,储能,+,后备系统解决方案,01,03,02,模块化,UPS,长寿命循环电池,柴油发电机组自动投切,技术,.,项目关键技术,04,BMS,，,EMS,Cycling between 30%SoC and 80%,SoC(,模拟削峰填谷,),南都,REX-C,铅炭电池实测数据,长寿命的,铅炭电池,10KV,自投切运行方案应用成熟，投切时间可控制在,510,分钟,因,10KV,高压配电柜油机市电转换柜没有机械互锁，,电气隔离，,所以供电公司不允许使用高压油自动投切，导致切换时间长，必须配备大量蓄电池。,目前市场上已经有了可靠的市电停电后柴油发电机组自动启动解决方案，自动完成油机市电转换的,10KV,配电解决方案。实现了电气互锁、机械互锁、柜体实现了,5,防连锁，经过了,2000,次以上可靠性测试，可以通过供电局的自动投切供电方案审核,。,柴油发电机自动启动,、自动投切后，可以极大的提高供电的可靠性，可以压缩蓄电池后备时间到,15,分钟以下，为储能运行方案提供了基础。,自动投切技术,模块化,UPS,每个模块可以工作在市电模式，也可以工作在电池模式，利用模块化,UPS,这一特点，电池市电联合供电的实现方法：让一部分,UPS,功率模块工作在电池模式，另外一部分模块工作在市电模式，实现市电电池联合供电。,模块内部市电电池桥臂共用，不用改动现有硬件线路，只需对软件逻辑控制做改动。,单台,200KVA UPS,有,5,个功率模块，可使其上面,4,个模块工作在市电模式，下面,1,个模块工作在电池模式，达到联合供电的目的,模块化的,UPS,技术,市电电池联合供电_供电能源来源示意图,市电电池联合供电模式：,电池供电模式：,市电电池联合供电模式能量来源,：,工作在市电模式的模块，本例为,UPS,模块,1,、,2,、,3,、,4,，能量来自于市电；工作在电池模式的模块，本例为,UPS,模块,5,，能量来自于,UPS,整机的所有输入电池组。,电池供电模式能量来源,：,电池模式供电时，所有模块能量来自于,UPS,整机的所有输入电池组。,图备注,:,实线：有线缆连接，且有功率电流,虚线：有线缆连接，但无功率电流,电池管理系统SOC模型,SoC,%=,100%x(,额定容量,+,容量补偿因素,+,自放电效应,+,老化效应,-,放电量,+,充电量,)/,额定容量,在掌握电池特性的基础上，综合考虑,自放电、温度、倍率、老化,等修正系数,充分考虑电化学反应的极化,特征，建立不同倍率、温度和,SoC,态的放电曲线库；,充放电曲线,为主，温度、电流、内阻,为辅；,建立数学模型，反应电压变化规律,放电时间,放电电压,改进的安时积分模型,电化学极化模型,两种模型互补,不断,自修正，提高估算精度,神经网络法？,卡尔曼滤波法？,跟踪进展,市电电池联合供电_风险场景1：,ECM模块故障,保护逻辑：,1.,当主控,ECM1,故障，,ECM2,立即接管；,2.,两块,ECM,均故障，退出市电电池联合供电模式,，,UPS,将转到旁路供电模式，在此转换过程中，,UPS,输出依旧不间断,，保证后端负载不掉电,控制信号,控制信号,市电电池联合供电_风险场景,2,：,主功率模块故障,当某一个或几个功率模块故障时：,如果其它正常主功率模块不过载，,ECM,控制其它正常主功率模块继续工作在逆变模式；当其它正常主功率模块过载时，系统转旁路供电，主控模块,ECM1,发送指令到各主功率模块，,退出市电电池联合供电模式,。在此转换过程中，,UPS,输出依旧不间断,，保证后端负载不掉电,控制信号,控制信号,市电电池联合供电_风险场景,3,：,市电或电池掉电,当市电电池联合供电时，如果,市电,掉电，上图,4,个蓝色主功率模块检测到该状况以后，在几个,ms,内快速切换到,电池模式,供电，因为模块内母线电容能量能支撑,10ms,时间，因此依然可以实现,UPS,输出不断电。,当市电电池联合供电时，如果,电池,失效，上图红色主功率模块检测到该状况以后，在几个,ms,内快速切换到,市电模式,供电，依然可以实现,UPS,输出不断电,。,控制信号,控制信号,储能商业化模式分析,PART,3,南,都储能商业模式,演变,储能业务在,5,年的时间内实现了从电池到系统到投资运营的跨越式发展，,无论市场和技术能力还是商业模式都有了巨大的质变。,电池,-,载体,/,工具,储能电站,投资,+,运营,历史业绩和品牌积累是基础,编号,储能,/,微网项目,编号,储能,/,微网项目,1,东福山岛风光柴储微网示范项目,24,中国科学院沈阳自动化研究所微电网实验平台搭建项目,2,南都光储一体化微网混合储能电站,25,汉能,FE,赛车集装箱项目,3,南网光储一体化联合设计项目,26,国电南瑞集团,863,项目,4,四方清华南都内蒙风能储能电站项目,27,江苏边防部队车牛山岛微电网,5,国家风光储输示范工程（一期）张北项目,28,青海玉树无电地区离网光伏电站项目,6,万山海岛新能源微电网示范项目,29,甘肃玉门光储电网融合项目,7,上海电力公司漕溪能源转换工程技术研究中心微网,30,上海电器科学研究所微电网实验项目,8,鹿西岛并网型微网示范工程,863,项目,31,某海岛光储柴一体化微电网项目,9,江苏大丰万吨级海水淡化系统,32,低碳所北二车微网储能项目集装箱储能系统,10,江西新余开发区微网示范项目,33,总装部某部队微电网光伏电站系统工程,11,沈阳工程学院智能微电网实验平台项目,34,印度国家电力公司调峰调频储能项目,12,华电国家分布式能源技术研发中心储能系统项目,35,新加坡,HDB,光伏储能项目,13,南网电科院广成铝业光储一体化,863,项目,36,许继电气实验室储能项目,14,中广核青海共和离网储能项目,37,国家新能源示范城市吐鲁番微电网试点工程,15,杭州电子科技大学并网型光储项目,38,低碳所北二车集装箱储能系统微网二期项目,16,天合光能微网示范项目,39,低碳所园区光储充一体化示范项目,17,哈尔滨市松北科技创新城光伏储能项目,40,神华乌海煤矿应急储能电源系统,18,南网电科院配电网自愈试验项目,(863,项目,),41,南京四方电气实验室微电网项目,19,天津大学实验室微网项目,42,海南电科院光储微网项目,20,国网电力科学研究院的微网实验项目,43,厦门科华工业园区光储充微网项目,21,江西共青城智能电网项目,44,乌兹别克斯坦离网光储项目,22,上海电力学院微网储能示范项目,45,北美,SPS,公司“光伏,+,储能”项目,23,大丰金风风光储智能微网项目,-,通过前,5,年的努力，南都已经成为储能行业的事实龙头老大，在行业内占据举足轻重的地位。,储能技术路线,-,储能经济性,对比,*,此,处,考虑铅酸电池,的可,回收,性，以传统铅酸电池成本,30%,可回收计算,备注：,储电成本,系统在寿命周期内每储一度电的成本,综合体现电池,一次,购置成本、循环寿命以及,能量,效率,，不考虑运维成本,DOD,寿命,运行期间放出总电量,系统,能效,/%,系统成本,￥,/Wh,系统储电成本,￥,/kWh,传统,铅酸电池,0.8,1,2,00,960 C,80,0.84,1.0*,锂离子电池,0.8,5,000,4,000 C,9,0,3.0,0.83,全钒,液流电池,1,13000,13,000 C,7,0,6.5,0.,72,钠硫,电池,1,3,000,3000C,80,4.5,1.87,铅炭电池,0.5,6,000 3000C 85 1.15 0.45*,首创的储能,“投资+运营”,商用化模式,“投资,+,运营”商用化模式类似于,合同能源管理（,EPC,）模式,，,通过与客户签订节能服务合同，为客户提供包括：用电诊断、项目设计、项目融资、设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训、节能计量确认和保证等一整套的节能服务，并从客户进行节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润。,创新的商业模式将用户端、第三方储能企业等投资主体、储能产业基金等金融机构之间形成有效的利益分配机制，加速推进储能的商用化规模应用。,IDC,机房储能费用计量控制方案,G,负载,负载,储能收益：,=B,分时电费,/,电源设备效率,-A,分时电费,注：电费单价以当月电力局出具的分时电价为准。,_,电表,B1,电表,B2,电表,A,1,电表,A,2,_,在开关电源系统、,UPS,系统交流进线侧，安装分时计量电表,A,，输出列头柜安装分时计量电表,B,。,按照电表,B,分时电量、峰谷平电价、系统效率，计算非储能模式所需的电费。,按照电表,A,分时电量、峰谷平电价，计算储能模式运行下的电费。,储能电表采用三相五线制，满足国家电费计量精度要求，具有计量许可认证。,电表数据定期上传到储能平台。,运营商收益点：,节省,Capex,、,Opex,、财务成本,总节省,2.2,亿,储能模式,:,节约总投资,15,000,万,Capex:,传统模式,电池,&BMS,设备投资与工程安装费用总计,15,000,万,(,按普通,UPS,电池,),储能模式,:,节约电费支出按合同能源管理分成,Opex,电费支出,:,总计,17,779,万,;,传统模式,(,电源设计容量*逐年功率比例*峰谷电分时价格*,365,天,),储能模式,:,节省财务成本,7,50,万,/,年,财务成本,:,传统模式,(,电池及其设备,),:,6,000,万,储能模式,:,节约运维费,支出,1,80,万,/,年,Opex运维费用,:,传统模式，,人工设备维护总计,1,440,万,(,总投资成本*,2%*8,年,),以北京市地区商业用电为例，建设,60MW,数据中心机房,IT,负荷为设计对象，以,8,年运行周期计算,。,储能容量：,121.7MWh,；,本项目的模式是由提供产品向提供储能,+,备电服务转变；标志着南都“投资,+,运营”储能商业化模式成功打开了数据中心市场，实现了,IDC,领域的削峰填谷储能应用，为储能开辟了一个稳健和更富有潜力的市场。,储能功能：储能,+,备电服务项目；提供,IT,负荷后备,15,分钟备电能力，剩余容量参与电费管理，用于削峰填谷储能服务，同时可参与电力需求侧响应。,项目,概况,项目,收益点,用户收益点：项目全寿命周期给用户节约,Capex,投资成本约,1.27,亿元,，,Opex,运营成本约,9889.7,万元,。,参与北京市电力需求侧响应，获取政府补贴。,商业化项目：,中移动政企IDC储能+备电服务项目,微网储能点亮世界 绿色能源驱动未来,