储能系统（BESS）如何支撑数据中心供电

2026-06-24 10:33 [储能] 来源于：新能源网 china-nengyuan.com 作者：新能源网 china-nengy

导读：集成于数据中心的储能系统（BESS）是一种实用且可扩展的解决方案，用以应对大规模、高动态负载给电力系统带来的挑战。若设计与控制得当，BESS可在缓解大幅负载波动、改善局域电能质量以及支撑整体电网稳定性方面发挥关键作用。为厘清其底层机制与可实现效益

　　集成于数据中心的储能系统（BESS）是一种实用且可扩展的解决方案，用以应对大规模、高动态负载给电力系统带来的挑战。若设计与控制得当，BESS可在缓解大幅负载波动、改善局域电能质量以及支撑整体电网稳定性方面发挥关键作用。为厘清其底层机制与可实现效益，本节综述了BESS的基本控制范式，重点探讨构网型（GFM）与跟网型（GFL）运行模式，进而延伸至由AI数据中心所连接的BESS实现的关键电网支撑功能，包括联合发电、功率平滑与频率调节。最后，本文分析了部署BESS所带来的成本与容量规划影响。

　　一、BESS控制模式

　　从运行角度看，依据BESS逆变器控制模式及设施级协调架构的不同，AI数据中心可被配置为并网运行或孤岛运行模式。构网型（GFM）控制使BESS能够确立孤岛运行所需的电压与频率参考。在并网模式下，BESS可通过充放电实现削峰填谷并提高可再生能源自发自用率；而在孤岛模式下，BESS则作为锚定资源为AI数据中心供电，潜在降低对传统发电方式的依赖或支撑可再生能源联合发电。

　　二、BESS在AI数据中心中的电网支撑作用

　　1) 就地清洁能源集成： BESS在促进AI数据中心接入可再生能源（RES）方面发挥着关键作用。鉴于AI数据中心的高能耗特性，为降低运营成本并实现可持续发展目标，就地可再生能源发电以及购电协议（PPA）等异地采购机制正日益普及。然而，可再生能源固有的间歇性特征给可靠供电带来了复杂性。BESS通过在发电量高时储存多余能量、在发电量低时释放能量来缓解这些挑战，同时还能提供备用电源并提高可再生能源利用率。集成于AI数据中心的BESS既可架构为能够替代传统备用发电机的大容量兆瓦级构网型（GFM）资源，也可作为集成在静态UPS系统中的大容量电池。在此背景下，传统上为短时故障穿越而设计的GiUPS系统，正日益得到专用BESS的补充；后者针对长周期能源管理和电网交互式运行进行了优化，而非仅局限于瞬态备用。在变流器控制层面，BESS可被配置为GFM、GFL或GFM/GFL混合运行模式，以平衡快速动态响应、电压/频率支撑及电网服务能力，尽管这会增加控制和传感系统的复杂性。

　　2) 功率平滑： BESS可在设施并网点注入或吸收功率，以衰减AI数据中心需求的快速波动，从而向电网呈现更为平滑的功率曲线。与AI数据中心共址部署的BESS能够提供电网级的功率平滑功能，同时保有充足的能量容量以支持持续的平抑动作。该架构通过实现负荷整形、需求灵活性以及为AI工作负载提供延长的故障穿越能力，提升了运行可靠性。

　　3)如图所示，构网型BESS有效地平滑了由训练和推理任务引发的AI数据中心功率波动。另一种方案是采用混合型的E-STATCOM与BESS配置，该方案结合了超级电容器快速充放电的响应速度与BESS较高能量容量的优势，以实现有效的平滑处理和持续的负荷支撑。这种混合架构能够通过提升需求灵活性、减少闪变以及拓展电网服务能力来增强系统韧性。其主要权衡点在于相较于独立解决方案，成本和占地面积有所增加。此外，基于独立超级电容器的E-STATCOM方案虽能提供有限的长时能量支撑，但可有效缓解AI负载的高频波动，并通过减少闪变来改善敏感IT设备的电能质量。表中对比了用于实现AI数据中心电网支撑的典型BESS方案及混合策略的优势与挑战。

　　4)UPS集成式BESS： UPS集成式BESS的设计理念源于一个简单的前提：AI数据中心本已部署具备快速电力电子接口的UPS系统，通过BESS对这一强制性基础设施进行增强，可在极低的额外集成复杂度下实现电网交互能力。在实践中，电网交互式部署经验表明，电池技术的选型取决于目标服务类型及运行约束。例如，UPS集成式BESS已被用于利用UPS功率变换器的快速可控性来提供快速频率响应（FFR）。

　　如图中标记为“功率平滑单元”的UPS集成式BESS，在支持长时间停电运行及参与需求响应项目方面进一步拓展了这一概念；而在电网与BESS均无法满足需求时，UPS仍能保障关键负载的不间断供电。尽管该架构增加了安装成本，但能显著提升整体系统的可靠性。

　　如图总结所示，GiUPS集成的BESS可运行于以下模式：（i）标准模式；（ii）全断开或部分断开下的放电模式；（iii）电网服务模式；以及（iv）用于恢复荷电状态（SoC）的充电模式。该架构通过将快速功率交换本地化，减少了中压/低压（MV/LV）配电变压器对双向潮流的需求，从而使变压器主要在其正常的单向负荷工况下运行。UPS–BESS子系统内的这些运行模式，使得长时BESS能够通过延长备用时间增强数据中心的韧性，减少或消除对柴油发电的依赖，参与辅助服务和备用市场，管理需量电费与分时电价，并提高可再生能源（RES）的利用率。

　　1) 正常运行： AI数据中心负载完全由公用电网供电，系统将100%的输入功率输送至AI数据中心。

　　2) BESS储备充足时的全断开运行：站点与电网完全隔离，在外部控制器指令下，BESS为AI数据中心负载提供100%的功率。在此场景下，长时、大规模BESS变得至关重要；盐穴液流电池因其高安全性、大存储容量、温度稳定及低成本等优势，成为一种极具前景的技术路线。

　　在从场景S1向S2切换的过程中，UPS率先承担负载支撑，因其响应时间为毫秒级，而BESS通常需要数秒才能接管全部负载供电。一旦投入运行，BESS可维持长时间供电（例如1–4小时量级，具体取决于容量规划和运行工况）。

　　3) BESS储备不足时的全断开运行：若停电持续时间较长，且BESS不具备足够的可用容量为AI数据中心提供全额负载，则由UPS负责支撑关键负载。

　　4) 部分断开运行：外部控制器削减电网输入功率，AI数据中心需求的剩余部分由BESS供给。该运行模式使BESS能够支撑电网频率调节，并在电网并网点呈现更为平滑的功率曲线。

　　S5) UPS–BESS协同功率平滑：电网、BESS与UPS共同为AI数据中心负载供电，其中UPS在关键暂态工况下为BESS提供快速支撑，以协助实现功率平滑与频率响应。该场景可视为S4的延伸——在需要时，UPS提供快速、短时的缓冲能力。

　　S6) 充电模式：当荷电状态（SOC）低于满充水平时，电网启动电池充电（例如在检测到高频事件后）。在此条件下，优先对UPS进行充电，随后再由电网或现场可再生能源发电对BESS进行充电。

　　三、BESS成本与容量规划考量

　　BESS的单位千瓦时成本已大幅下降，从1991年的约7,500美元降至2024年的133美元，且预计到2030年将进一步降至80美元左右。随着制造产能的进一步扩大以及制造工艺与电池回收技术的进步，这一成本下降趋势有望延续。

　　除资本成本外，有效的容量规划还需兼顾运行目标。联合发电、功率平滑以及辅助GiUPS等功能，各自都需要独立的研究来确定最优的BESS规模。容量规划同样影响着AI数据中心所需BESS单元的数量。相关研究将为采用单一超大规模BESS是否优于多个电网级BESS单元提供精确依据。近期研究已应用先进方法，在满足调度约束并确保所需容量的前提下，确定了最优的BESS容量。参考文献表明，一套560 kWh的锂离子电池BESS配合960 kWh的铅酸电池BESS，即可为传统数据中心（TDC）提供快速频率响应（FFR）与备用发电支持。该研究亦可进一步拓展至AI数据中心场景，其中还需综合考虑UPS与BESS之间的协同运作。

（编辑：韩语）

储能系统（BESS）如何支撑数据中心供电

友情链接