數據中心是指用于存放計算機設備、服務器設備、存儲設備、網絡設備、通訊設備等IT設備，并提供制冷、供電、網絡等基礎條件，以實現對大量數據信息的集中處理、存儲、交換、管理的場所。對數據中心而言，其最基本的兩大功能即保證安全、可靠的電力供應和網絡供應。

與傳統能耗單元不同，數據中心為了實現上述功能，必須以24小時晝夜不停的方式運行著。在提供海量數據服務的同時，數據中心自身也在消耗著大量能源，數據中心日益增長的電力需求，已經對電力供應提出了新的挑戰。而儲能系統基于其對供電系統“削峰填谷”的功能能夠保障電力供應的穩定性，已經成為數據中心用電穩定性的保障方式之一。本文將以數據中心的用能困境為切入點，通過介紹儲能系統的優勢，探討儲能系統在綠色數據中心建設中的應用。

本文來源：微信公眾號 德恒律師事務所 ID：bjdeheng 作者：李德庭 焦芙蓉

一、數據中心的用能現狀及存在問題

傳統的數據中心一般由所在地電網或專用的發電設施提供電能，且多基于燃煤發電模式，能耗強度高，污染物排放量大。在數據中心的高速發展下，能源的極大消耗增加了數據中心的運行成本。從長遠來看，這種用電模式并不利于數據中心的發展。

（一）數據中心用能現狀

國際環保組織綠色和平與華北電力大學2019年聯合發布了《點亮綠色云端：中國數據中心能耗與可再生能源使用潛力研究》報告（下稱《報告》），根據該《報告》，2018年中國數據中心機架數總計約為271.06萬個，總用電量約為1,608.89億千瓦時，占中國全社會用電量的2.35%，占第三產業用電量的14.9%，已經超過上海市2018年全社會用電量（1,567億千瓦時）。《報告》預測，2023年中國數據中心總用電量將達到2,667.92億千瓦時，未來5年（2019年-2023年）將增長65.51%，年均增長率將達到10.6%。

根據2019年5月國家工信部公布的《全國數據中心應用發展指引（2018）》，截至2017年底，我國在用數據中心的機架總規模達到了166萬架，全國數據中心能效水平進一步提升，在用超大型數據中心平均PUE為1.63，大型數據中心平均PUE為1.54，其中2013年后投產的大型、超大型數據中心平均PUE低于1.50。全國規劃在建數據中心平均設計PUE為1.5左右，超大型、大型數據中心平均設計PUE分別為1.41和1.48。此外，根據工信部2019年2月份公布的數據，截至2017年底，各類在用數據中心達28.5萬個，全年耗電量超過1200億千瓦時，約占我國全社會用電量的2%，超過全球單座發電量最高的三峽電站當年976.05億千瓦時的發電量。

值得注意的是，由于技術原因，數據中心的實際能耗往往高于統計數據。數據中心按照用途可以分為企業自建自用和以盈利為目的兩大類，在實踐中，企業自建自用部分的能耗很難全部統計進去，這意味著數據中心的實際用電量遠遠大于上述公開數據。

（二）傳統數據中心電力備用模式缺陷

除了能耗大，傳統數據中心電力備用模式在實際應用中也顯現出種種不足。如前所述，對于數據中心而言，保證安全可靠的電力和網絡供應是其核心的兩大功能。為了實現上述功能，數據中心都配備有不間斷電源（UPS）。不間斷電源由UPS主機和電池兩部分構成，在市電供給正常時，UPS在“過濾市電雜質”后給負載供電，同時給電池充電；當市電出現異常（中斷供電）時，電池放電通過UPS供給負載保證電力供應。這種電力備用模式存在以下缺陷：

1.燃煤發電污染嚴重

傳統數據中心多基于燃煤發電模式，這種模式在數據中心的高速發展下，不僅增加了數據中心的運行成本，也產生了大量的污染物。

2.高昂的電費支出

數據中心的運營成本主要來自于電費，以山東為例，截止2019年10月底，數據中心的電費在數據中心的運營過程中占比超過70%（數據來源：山東移動濟南云數據服務中心）。

3.過量的電池投資

數據中心備電需要使用大量的鉛蓄電池，這些電池的使用壽命通常為5年左右，為保證備電的安全性，基本每5年就需要更換一批電池。而且由于常規數據中心市電可靠性高，電池因此長期處于閑置狀態，造成了很大的資源浪費。

隨著數據中心數量的不斷增加，數據中心電力需求也在不斷增長，而上述痛點必然成為阻礙數據中心產業發展的主要矛盾。改變數據中心行業用能方式，加快清潔低碳用電步伐，已成為國家和地方多方關注的重點。

二、數據中心用能發展方向

近幾年，國家和各地方紛紛出臺政策嚴控數據中心能耗，提出能耗指標，鼓勵對數據中心進行綠色節能改造、提高數據中心能效水平，如：

2019年1月21日，工業和信息化部、國家機關事務管理局、國家能源局出臺的《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》（工信部聯節〔2019〕24號），明確要求到2022年，數據中心平均能耗基本達到國際先進水平，新建大型、超大型數據中心的PUE達到1.4以下。

2018年5月31日，貴州省大數據發展領導小組辦公室印發《貴州省數據中心綠色化專項行動方案》，要求全省范圍內新建數據中心能效值（PUE/EEUE）低于1.4。

2018年9月6日，北京市政府印發《北京市新增產業的禁止和限制目錄（2018年版）》（下稱《目錄》），該《目錄》指出，北京全市范圍內禁止新建和擴建互聯網數據服務中的數據中心（PUE值在1.4以下的云計算數據中心除外）；禁止新建和擴建信息處理和存儲支持服務中的數據中心（PUE值在1.4以下的云計算數據中心除外）。中心城區禁止新建和擴建互聯網數據服務中的數據中心，信息處理和存儲支持服務中的數據中心。

2019年6月11日，上海市經濟和信息化委員會印發《上海市互聯網數據中心建設導則（2019）》（下稱《導則》），規范上海市互聯網數據中心建設。《導則》明確要求“嚴禁上海市中環以內區域新建IDC”“單項目規模應控制在3000至5000個機架”“PUE值嚴格控制不超過1.3”，旨在控制上海市互聯網數據中心建設和新增能耗，實現合理布局。

2019年11月，《廣州市發展改革委、廣州市工業和信息化局關于加強數據中心節能審查工作有關事項的通知》一文指出，要求新建大型、超大型數據中心的電能使用效率需達到1.4以下，未達到能效準入標準的大型、超大型數據中心不予節能審查。

在控制傳統能源和發展清潔能源的大趨勢下，綠色節能、降低能耗已經成為數據中心的行業發展方向。2019年1月21日，工業和信息化部、國家機關事務管理局、國家能源局出臺在《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》中明確提出要建立健全綠色數據中心標準評價體系和能源資源監管體系，并提高儲能系統在數據中心的重要性。具體包括：

1.加快高耗能設備淘汰。在滿足可靠性要求的前提下，試點梯次利用動力電池作為數據中心“削峰填谷”的儲能電池。

2.加快綠色數據中心先進適用技術產品推廣應用，比如高效輔助系統，包括分布式光伏、高效照明、儲能電池管理、能效環境集成監控等。

3.鼓勵數據中心和節能服務公司拓展合同能源管理，研究節能量交易機制，探索綠色數據中心融資租賃等金融服務模式。

此前，2017年9月8日，浙江省機關事務管理局、浙江省發展和改革委員會、浙江省能源局聯合印發的《浙江省公共機構綠色數據中心建設指導意見》，對數據中心的未來發展和建設要求，作了明確指示：

1.應用可再生清潔能源。條件適應時，數據中心宜利用太陽能發電或風力發電，而太陽能或風能發電量宜配置電池儲能系統進行儲存和調節。

2.采取儲能措施對供電系統進行“削峰填谷”。一方面，通過在數據中心配置電池儲能系統，儲存谷電時段電量，補充峰電時段用電量。另一方面，在備用電源系統中，采用儲能電池代替后備電池，運行于“削峰填谷”模式。

3.探索合同能源管理模式。鼓勵和支持公共機構通過合同能源管理模式，對既有數據中心進行綠色改造。

從上述國家和地方法規來看，建立綠色數據中心已經成為未來數據中心發展的趨勢和方向，利用太陽能或風力等可再生清潔能源進行發電，并配置儲能系統進行儲存和調節，可以有效促進綠色數據中心的建設。

三、儲能系統簡介

儲能系統根據技術路徑不同，可以分為機械儲能（如抽水蓄能、壓縮空氣、分論儲能等）、電磁儲能（如超導儲能、電容器、超級電容等）和電化學儲能（鉛酸電池、液流電池、鈉硫電池、鋰電池等）。儲能系統能夠起到提高電能質量、通過調峰填谷節省電費開支、頻率控制等作用，并可以作為備用電源。

按照應用場景的不同，儲能主要分為電源側儲能、電網側儲能和用戶側儲能。電源側儲能是指裝設并接入在常規電廠、風電場、光伏電站等電源廠站內部的儲能設施；電網側儲能是指在專用站址建設，直接接入公用電網的儲能設施。用戶側儲能是指在用戶內部場地或鄰近建設的儲能設施。數據中心儲能系統屬于用戶側儲能。

四、儲能系統在數據中心的運用場景

如前文所述，數據中心在提供海量數據服務的同時，必須保證用電的安全性和連續性，而電化學儲能能夠起到提高電能質量、通過調峰填谷節省電費開支、頻率控制和作為備用電源等作用，因此兩者結合就有了基礎。根據數據中心用能情況不同，儲能系統有不同的應用場景。儲能系統在數據中心的主要應用場景如下：

（一）作為數據中心的后備電源

傳統上，數據中心需要使用大量的鉛蓄電池作為備用電源，這些電池的使用壽命通常為5年左右，為保證備電的安全性，基本每5年就需要更換一批電池。而且由于常規數據中心市電可靠性高，很少放電，電池一直處于浮充狀態，電池狀態不可知，需要通過定期的假負載測試來檢驗電池的性能。儲能型數據中心，電池每天都會放電，放電后電壓一目了然，很容易判斷電池好壞，有助于及時剔除不良電池，同時也省去了每年做假負載測試的費用。

（二）數據中心可再生能源搭配儲能系統

目前，數據中心受限于能耗要求和碳排放配額，發展受阻，運用可再生能源發電已經成為建設綠色數據中心的一大趨勢。但鑒于數據中心的用電特征，數據中心不能僅僅依靠太陽能發電或風力發電等可再生能源自發自用，一方面，其成本較高；另一方面，光伏發電或風力發電等可再生能源發電具有不連續的特點，而且還存在棄光棄風等現象，穩定性較差。因此，可再生能源若要取代傳統能源實現大規模應用，必須保證其供電的安全可靠。

儲能系統在可再生能源發電系統中的應用可以解決上述的供電不平衡問題，將可再生能源發電系統與儲能系統相結合，能夠起到負荷調節、存儲電量、配合新能源接入、提高電能質量等作用。通俗來說，將儲能系統比喻為一個蓄水池，先將通過光伏系統或風力系統發電的電量儲存起來，在用電高峰的時候再釋放使用，這樣既能保證可再生能源發電系統的供電穩定性，也能減少對電能的浪費。

（三）數據中心利用儲能系統的“削峰填谷”功能減少電費開支

“削峰填谷”，利用峰谷電價差獲取收益，是目前儲能系統應用較普遍的商業模式，也是效益最高的一種商業模式。

所謂“削峰填谷”，即利用國家的峰谷電價政策，通過儲能電池的充放電過程調節用戶用電曲線，在電價處于低谷時進行充電儲能，在電價處于高峰時將儲存的電量釋放出去，從而利用峰谷電價差賺取差價。配置儲能設施的園區或建筑基于峰谷電價機制，將供熱、供冷系統和儲能設施協同調度，實現智能化用電，節省電費支出。

數據中心采用儲能模式，相比于傳統模式，一方面可以保證電力供應的穩定性和持續性，不會輕易斷電。另一方面，可以利用“削峰填谷”模式獲得收益，在夜間低谷電價時充電，白天高峰電價時放出部分電量，可以有效減少數據中心的電費開支。

五、數據中心儲能系統應用模式

數據中心儲能系統可以由數據中心業主自行投資建設和運營，或者采用合同能源管理模式。

合同能源管理（Energy Management Contract，EMC）是指節能服務公司通過與數據中心業主簽訂服務合同，給數據中心業主提供節能改造的相關服務，并從數據中心業主節能改造后獲得的節能效益中收回投資并取得利潤的一種商業模式。其實質就是以減少的能源費用支付節能項目全部成本和投資的節能業務方式。相對于傳統的能源管理和節能改造模式，合同能源管理是一種市場機制，其核心在于不僅能為項目節能減排從而實現社會效益目標，也能為合同雙方帶來經濟效益。數據中心也可以采用合同能源管理模式進行投資。

合同能源管理模式有節能效益分享模式、承諾節能效益模式、能源費用托管模式、融資租賃模式等多種模式，實踐中采用比較多的是節能效益分享模式。

節能效益分享模式是由節能服務公司投資或雙方共同投資，由節能服務公司對儲能系統進行建設。項目建設施工完成后，經節能服務公司與數據中心業主共同確認節能量后，雙方按照合同約定的比例分享節能效益。分享的原則即：節能改造項目實施的前幾年中所獲得的經濟效益，節能服務公司占據的比例較大，節能客戶占據的比例較小。在合同期結束后，儲能系統無償移交給數據中心業主使用，數據中心業主享有未來產生的全部節能收益。

六、儲能項目的立項及并網

（一）儲能項目實行備案制

根據國家發展改革委、財政部、科學技術部、工業和信息化部、國家能源局關于《促進儲能技術與產業發展的指導意見》（發改能源〔2017〕1701號）和國家發展改革委辦公廳、科技部辦公廳、工業和信息化部辦公廳、能源局綜合司印發的《貫徹落實＜關于促進儲能技術與產業發展的指導意見＞2019-2020年行動計劃》通知（發改辦能源〔2019〕725號），儲能項目實行備案制。

對于獨立的儲能項目，除《政府核準的投資項目目錄》已有規定的，一律實行備案制。項目按照屬地原則備案，備案機關及其權限由省、自治區、直轄市和計劃單列市人民政府規定。企業按照地方有關規定向主管部門備案。

（二）儲能項目并網

1.電網接入

對于有并網需求的儲能項目，根據《國家電網有限公司關于促進電化學儲能健康有序發展的指導意見》（國家電網辦〔2019〕176號），不同的儲能應用場景對應適用不同的管理辦法。電源側儲能和獨立的純調峰調頻儲能接入電網參照常規電源接入電網的管理辦法執行。用戶側儲能接入電網參照分布式發電接入電網的管理辦法執行（并非所有的儲能項目都需要接入電網，實踐中有些用戶側儲能項目并無并網需求）。

上述文件要求，電網企業應公平無歧視為儲能項目提供電網接入服務。對于符合要求的儲能系統，電網公司應準予接入并將其納入電網調度管理。

2.并網調度協議和購售電合同

a.國家層面

關于儲能項目的并網，雖然有《電化學儲能系統接入配電網技術規定》（NB∕T 33015-2014）、《電化學儲能系統接入配電網運行控制規范》（NBT 33014-2014）等行業標準，但這些都是技術層面上的規范和標準，在法律層面上國家尚未出臺統一的并網規制。

國家發展改革委、財政部、科學技術部、工業和信息化部、國家能源局發布的《關于促進儲能技術與產業發展的指導意見》（發改能源〔2017〕1701號）鼓勵儲能與可再生能源場站作為聯合體參與電網運行優化，接受電網運行調度，實現平滑出力波動、提升消納能力、為電網提供輔助服務等功能。電網企業應將聯合體作為特殊的“電廠”對待，在政府指導下簽訂并網調度協議和購售電合同，聯合體享有相應的權利并承擔應有的義務。

此外，國家電網公司發布了一系列儲能項目設計、并網測試等方面的企業內部技術標準和規范，但未見發布有關儲能項目并網驗收、并網調度協議簽訂、并網調度的統一規范。

b.地方層面

國家能源局南方監管局發布的《南方區域電化學儲能電站并網運行管理及輔助服務管理實施細則（試行）》，適用于南方區域地市級及以上電力調度機構直接調度的、并與電力調度機構簽訂并網調度協議的、容量為2MW/0.5小時及以上的儲能電站，其他類型儲能電站參照執行。根據該細則，儲能電站應與電力調度機構簽訂并網調度協議，實時充放電等相關信息應接入電力調度機構技術系統。儲能電站不得在尖峰時段充電，不得在低谷時段放電。

國網江蘇電力有限公司于2017年9月發布的《客戶側儲能系統并網管理規定（試行）》，對內部機構職責分工、并網工作流程、儲能項目運行管理等做出了比較細致的規定。2018年7月16日，國網江蘇電力有限公司發布了對《客戶側儲能系統并網管理規定（試行）》相關內容的補充說明，根據該補充說明，用戶儲能電站無需簽訂《并網調度協議》、無需安裝調度自動化相關設備、改為簽訂《供用電合同》補充協議。

2020年6月，國網新疆電力公司發布了《新疆電網儲能電站調度運行管理規定》，根據該規定，凡并入新疆電網運行的儲能電站，必須根據并網要求與相關電網經營企業簽訂《并網調度協議》，并服從電網調度的統一調度管理。

目前關于儲能項目尚缺少統一和明確的并網規則，有鑒于此，我們建議，有關儲能項目并網流程、并網調度協議和購售電合同簽訂事宜應與項目所在地電力公司確認。

七、儲能項目的電價政策

目前，對于儲能項目的電價，國家層面尚未出臺單獨的電價政策。2018年6月21日，國家發展和改革委員會印發《關于創新和完善促進綠色發展價格機制的意見》（發改價格規〔2018〕943號），其中明確健全促進節能環保的電價機制，鼓勵市場主體簽訂包含峰、谷、平時段價格和電量的交易合同。利用峰谷電價差、輔助服務補償等市場化機制，促進儲能發展。該意見并未明確儲能項目的電價政策。

在地方層面，2020年4月29日，山東省發展和改革委員會印發《關于開展儲能峰谷分時電價政策試點的通知》（魯發改價格〔2020〕618號），開展儲能峰谷分時電價政策試點，這是國內首個關于儲能電價政策的文件。該通知對儲能電價政策、試點范圍、條件等作了明確規定。其中明確對于參與儲能峰谷分時電價政策試點的用戶，電力儲能技術裝置低谷電價在現行標準基礎上，每千瓦時再降低3分錢（含稅）。

綜上，目前儲能項目仍是依靠峰谷電價差，在低谷電價時段充電、高峰電價時段放電，實現峰谷差套利，降低用電成本。

八、儲能項目的補貼政策

目前，國內對于儲能項目的補貼政策少之又少。在國家層面，尚未有文件進行明確；在地方層面，部分地方政府發布了本地化的儲能項目補貼政策。

2018年9月17日，合肥市人民政府印發《關于進一步促進光伏產業持續健康發展的意見》（合政〔2018〕101號），支持光伏儲能系統的應用。對于建成運行的光伏儲能系統，項目中組件、儲能電池、逆變器采用工信部相關行業規范條件公告企業產品或《合肥市推薦應用光伏產品導向目錄》推薦產品的，自項目投運次月起對儲能系統按實際充電量給予投資人1元/千瓦時補貼，同一項目年度最高補貼100萬元。

2019年3月24日，蘇州工業園區管委會印發了《蘇州工業園區綠色發展專項引導資金管理辦法》（蘇園規〔2019〕1號）（下稱《管理辦法》），針對工業園區儲能項目出臺了補貼政策。根據該《管理辦法》，對在園區備案實施、且已并網投運的儲能項目，自項目投運后按發電量（放電量）補貼3年，每千瓦時補貼業主單位0.3元。

2020年3月25日，新疆發改委下發關于征求《新疆電網發電側儲能管理辦法》意見函，鼓勵發電企業、售電企業、電力用戶、獨立輔助服務提供商投資建設電儲能設施，要求充電功率在1萬千瓦以上，持續充電時間2小時以上，對根據電力調度結構指令進入充電狀態的電量給予0.55元／千瓦時的補償。

九、結語

高能耗、高污染、高成本制約著數據中心的發展，尋找降低能耗的合理途徑迫在眉睫。數據中心的負載特性、運營方式和國家峰谷電價的政策，都給儲能系統在數據中心的應用提供了發展機遇。在數據中心配置儲能系統，運用可再生清潔能源可以減緩數據中心的碳排放，節約運行成本，獲得收益，是現階段數據中心的最佳選擇。隨著數據中心的高速發展，儲能系統必將在數據中心領域得到更廣泛的應用。