现如今，数据中心为各行各业的信息化提供了广泛的服务，涉及金融、互联网、政企、医疗、教育、交通等等，可以说现如今数据中心支持着各行各业的发展。近年来，我国数据中心产业快速发展，保持平均每年30%左右的增速。根据生态环境部有关部门测算，2021年国内数据中心机架规模达到543.6万架，同比增长27%，耗电量占到全社会用电量的2.6%，约2161亿千瓦时。

今年刚刚发布的政府报告再次提到：“有序推进碳达峰碳中和工作，落实碳达峰行动方案”，包括：

（1）推进大型风光电基地及其配套调节性电源规划建设，提升电网对可再生能源发电的消纳能力；

（2）推进绿色低碳技术研发和推广应用，建设绿色制造和服务体系，坚决遏制高耗能、高排放、低水平项目盲目发展；

（3）推动能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变，完善减污降碳激励约束政策，加快形成绿色生产生活方式。

数据中心属于高耗电能产业，如何应对国家提出的“双碳”政策已经成为了业内普遍关注的问题。

数据中心电气系统的现状及优化

在“双碳”政策的大背景下，以提升数据中心电气系统的用电效率为出发点，达到节能效果，从而降低排“碳”量，可以从以下三个方面进行评估和优化：

1、目前国内很多数据中心仍采用传统SCB11（及以下）型变压器，还有相当一部分数据中心机房变配电室内的UPS是工频机配置。

优化方案：可选用节能高效低损耗电气设备，包括：

（1）可采用高频模块化UPS，UPS各模块独立工作。

高频模块化UPS提高电源利用率，各模块独立工作，整机可根据负荷投入或休眠模块，提高其利用率，功率模块、旁路控制模块和旁路功率模块均可支持热插拔。电能转换效率＞96%，经济模式的效率已超过99%，双变换模式的效率高达97%，输入功率因数＞0.99，输出功率因数接近1（kVA=kW）等。

（2）可采用节能高效低损耗变压器，提高电源利用率。

提高变压器的技术经济效益，减少变压器的能耗，使得空载和负载损耗允许偏差在7.5%以内，总损耗允许偏差范围在5%以内等。

（3）同时变压器需充分考虑主材可“绿色回收”因素。

目前硅橡胶干式变压器可实现GB20052-2020新1级能效14型干式变压器，实现55分贝以下低噪音，所有主材均可回收、易回收。

2、不合理的配电方式，譬如：配电电缆截面过大浪费，截面过小导致载流量不足；配电路由不合理导致路径过长，线路损耗过大；数据中心IT机柜及其他单相设备占据很大比例，没有考虑单相设备用电的三相平衡，导致变压器及线路的零序损耗；无功功率以及谐波过大造成的电气系统损耗，没有考虑变频及滤波装置等。

优化方案：采用合理的配电方式：

（1）合理选择线缆截面及型号；

（2）优化配电路径，减小线路损耗；

（3）充分考虑用电的三相平衡，减少变压器及线路的零序损耗；

（4）大型冷机、水泵均考虑变频装置，动力系统可在负荷配电末端配置滤波装置，在低压母线处配置补偿装置，IT系统可根据实测所需配置补偿及滤波装置。

使得配电方式更加高效、节能。

3、照明系统尚未考虑节能措施。

优化方案：照明系统从设计阶段充分考虑节能措施：

（1）照明设计最大限度利用自然采光，把节能作为重要指标。

（2）根据数据中心内部各区域不同使用功能，采用分散和集中相结合的照明控制方式，同时也可采用智能照明系统。

直流微电网的价值

我们经常会提到“开源节流”这个词，上述优化方案均为“节流”，当“节流”到达了极限（用电效率和节能都达到瓶颈），必然需要考虑“开源”。针对新的能源政策要求和数字化发展带来的日益增强的高功率要求，方便再生能源、绿色能源及储能能源接入的直流微电网（智能电网）将会是电气发展的新趋势，同时也有助于打造“高可靠、低成本、高效率”的数据中心。

传统电网由集中的化石燃料发电厂供电，而直流微电网由直流电源系统、储能装置以及直流母联三部分组成，其中包含：再生能源、绿色能源和储能装置等多种能源。

再生能源和绿色能源包括：风力发电、潮汐发电、水力发电、地热发电、太阳能（光伏）等；储能装置包括：燃料电池发电、电池储能系统等。配电输出的负载包括：制冷负载、直流负载、电机负载、储能负载、照明负载等。

直流微电网适用于区域范围大型园区，譬如：工业企业园区、综合建筑园区、数据中心园区等。以数据中心园区为例，未来数据中心、变配电站、分布式能源发电站、5G基站、电动汽车充电站、储能站可集中配置，“多站合一”可带来安全可靠、提高绿色能源使用效率、提高经济效益、降低碳排放等优势。

与传统电网相比，直流微电网有以下几条优势：

（1）传统电网发电源是唯一的，而直流微电网发电源是多元化；

（2）传统电网的电能流动方向是单一的，而直流微电网的电能流动方向是双向的；

（3）传统电网属于单一电网形式，而直流微电网属于混合电网形式；

（4）传统电网的参与者之间基本无通讯，而直流微电网可以做到各单元互通互联。

直流微电网由以下几项组成：

（1）10kV/400V降压变压器；（亦或隔离变压器）

（2）有源整流模块；（直流环网冗余技术）

（3）DC-DC直流调压模块；（支持直流配电输出）

（4）DC-AC交流逆变调压模块；（支持交流变频输出，具备变频器的所有功能，可输出变频电源和工频电源）

（5）DC-DC直流电能转换模块；（支持光伏风电等直流电源接入，适用于绿色能源的直流接入）

（6）DC-DC直流储能模块；（支持储能设备的接入，双向控制电流、电压或功率充放电）

（7）直流并网保护模块；（直流选择性保护技术，供电网络要求系统某一部分的故障不能影响整个系统）

（8）AC-DC发电机整流模块；（控制发电机负载和制动扭矩，支持各种低压发电机接入）

在直流微电网中，能量转换模块是将各种能源模式转为统一的直流电规格，同时能量转换模块也可以实现能量的分配和管理。直流智能微电网系统还可以提供：优秀的电源质量、多元的能源接入、支持多种储能介质、直流配电输出和交流配电输出等。此外，直流微电网有很强的抗干扰能力，有更高效的传输效果，有更方便的并网方式。

2021年10月24日国务院印发了《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》，《通知》中明确要求：提高建筑终端电气化水平，建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的“光储直柔”建筑。其中“光”：指分布式光伏；“储”指分布式储能；“直”指建筑配用电网的形式发生改变，从传统的交流配电网改为采用低压直流配电网；“柔”则是指建筑用电应具备可中断、可调节的能力，使建筑用电需求从刚性转变为柔性。

“光储直柔”建筑对于城市电网的作用：能够带来削减夏季空调负荷峰值、缓解电网增容压力和增强电网供电可靠性等优势，同时也进一步印证直流微电网的价值所在。

直流电源系统对数据中心的影响力

传统数据中心机房采用两路交流UPS电源为IT设备进行配电，若未来采用直流微电网，我们可以先分析一下直流电源对数据中心机房以及IT设备的影响：

首先从380V直流母线可直接连接到一个机架的PDU，直接避免了负载均衡的问题；其次，采用直流母线系统，可不再配置交流列头柜，也无需再配置低压配电单元，消除了对静态开关的需求；最后直流储能UPS是一个简单的结构，它无需通过直流再到交流的逆变器和旁路单元，进一步减小了损耗。此外，对于较大的直流系统，建议在每个母线上安装一个直流配电单元，使得系统更加灵活，后期运维更加方便。

由此可见，若数据中心采用直流电源系统，能够带来的优势有以下几个方面：

（1）因电气设备及元器件减少，使得故障点减少，从而提高了系统的可靠性；

（2）由于电气设备的减少，减少了发热量，从而降低了空调系统的运行成本；

（3）节约了电气设备所需要的空间；

（4）通过减少交直流的转换设备，提高了用电效率；

（5）支持可转换、可再生、可持续的能源并入系统并进行分配。

从以上几方面我们可以非常直观地看到直流电源系统对数据中心的优势，未来直流微电网会广泛应用在数据中心领域以及其他行业，这将是一个里程碑式的跨越和发展。

总结

综上所述，数据中心需要低碳低耗的电气架构规划设计，直流微电网（智能电网）是电气技术未来发展的新趋势。数据中心采用直流电源系统具有非常明显的优势，可最大化利用绿色能源和储能，从而为国家的“双碳”政策做出巨大贡献。

碳达峰是手段，碳中和才是最终目的。现如今，碳中和对于数据中心的驱动已不仅是节能问题、环保问题和电费问题，已然成为用能权、经济权甚至是生存发展权，它是对于生产模式、资源使用和发展方式的再构。碳中和是长期利益的保障，评估策略的选择应该符合综合性、完整性，不能狭隘地用所谓节能思路来给予评价。所以数据中心需要用高质量和可持续发展的角度来响应国家的“双碳”政策。

伴随着新能源的爆发，直流具备显著的优势以及更好的发展路径。直流微电网是未来智能配用电系统的重要组成部分，将推动我国数据中心行业健康、安全、快速发展,对节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。