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数据中心用能的首要目的是保障服务器的供能、冷却稳定，其次是提高供能与冷却的能效，降低能耗。但在当前的减排要求下，新建数据中心的碳排放水平受到重视。数据中心储能应用架构的设计应从安全性、成本、投资回报率、占地要求以及碳排放等方面进行综合考虑。
数据中心通常会配备不间断电源及柴油发动机等设备以应对可能出现的电力短缺情况。但数据中心实际运行中，启用柴油发动机的情况较少，设备资产利用效率极低，而不间断电源长时间处于浮充状态，其寿命也大大下降，增加电池维护成本。随着电化学储能安全性的提高及成本的持续降低，其参与峰谷套利和需求侧响应所带来的投资回报率改善、及进一步支持光储融合的能力，已日益成为数据中心在当前条件下平衡供电安全性和投资经济性的首选方案。
电化学储能的配置可采用大容量集中式与小容量分布式相结合、不同类型电池（如磷酸铁锂电池、铅酸或铅炭电池）互补的融合储能方式。大容量集中式电化学储能以MW级别电化学储能为主，布置在园区室外，除作为园区的备用电源外，每日均可参与电网的削峰填谷，充分利用峰谷电价与地区电网政策以降低单位电价。小容量分布式以保障机柜级较短时间的应急供电为目的，应对一个或多个机柜10-15min的应急供电，配备小容量的电池，作为储能容量较小的UPS应用于对供电稳定性要求较高的机房。
对于数据中心的碳排放水平、能效提升，电化学储能所带来的作用较为有限。为了适应未来数据中心低碳、高效化的大趋势，数据中心储能应用架构应当进行进一步的考虑。数据中心运行时的碳排放水平取决于数据中心的用电是否来源于绿色电力，让数据中心用上光伏、风电等绿色电力来源也是电网的终极目标，但受到各个地区的环境及新能源的不稳定性的影响，大部分地区电网中所具有的新能源比例还不高。数据中心作为用能用户，无法影响电网中新能源比例的规划，但可与绿色电站签订电力采购协议，以绿证等方式证明所用电力为绿色电力，但此时无法保证电力采购成本。
另一个可用方案是利用数据中心园区的可用空间，建设分布式的光伏、风电等发电设备，使园区内具有一定的自发绿电能力，解决部分能耗供给。园区内直接引入新能源发电，会带来发电波动特性，此时可以通过已配备的大容量电化学储能装置进行平抑波动、削峰填谷。而此时电化学储能所需要承担的功能包括：园区内新能源的调控、利用电网峰谷电价以及园区应急需求，可以引入化学储能承担部分压力。
若数据中心园区周边氢能产业较为发达，氢气获得成本较低，也可以考虑将氢能作为主要储能与电力来源。
配备风光发电、电化学储能以及氢储能之后，数据中心的用电可实现经济性与低碳性，进一步配备储热及储冷设备，则有助于提高综合用能效率。
数据中心耗能量大，且电能最终都转化为热能，经由冷却设备释放至外界环境，可将这部分热能利用起来，通过储热罐蓄热并向园区或周边地区供热。
综合来看，储能在数据中心的应用可以分为：电化学储能、化学储能（氢储能）、热（冷）储能等。电化学储能具有储能效率高、响应速度快等特点，但其受充放电次数限制，长时储能情况下经济性欠佳。氢储能在容量上远大于电化学储能，充放电次数几乎不影响寿命，但其从电制氢到氢转化为电的效率低。
配置了光伏/风电、电化学储能的数据中心园区，还需要配备能量管理系统，以实现绿能的最大功率发电、储能合理充放支撑园区用电，在电网波动、断电时，系统也可自动进入孤岛运行（电网允许的情况下），在电网故障消除后，再自动并网，以此保障数据中心的供电安全。
数据中心的储能应用架构并不是一成不变的，而是一个在电力技术、冷却技术、地区政策以及园区环境等多个外在因素影响下的综合能源设计优化问题，具有相当程度的灵活性。对于不同地域、不同环境、不同容量的数据中心，在设计阶段就应充分调研当地可用资源，建立起不同储能设备的容量配置方案，并设计适宜的园区运维方案，在实际建设与运行时进行小幅调整改进，才可最终实现一个大型数据中心园区运行的高能效与低碳排放水平。以下主要介绍数据储中心与储能结合的几种电力接入架构。
1）常规10kV中压+储能接入架构
储能系统10kV中压接入示意图
储能系统主要是为数据中心提供应急电源，同时也可实现对数据中心用电峰谷控制，实现削峰填谷，为数据中心提供备用电源保驾护航的同时获得额外收益。
技术特点：储能系统可提高数据中心供电可靠性及稳定性的同时，可参与电力市场服务或削峰填谷。特殊场景下，在规定时间内可恢复市电供电的，可替代市电或者柴油发电机备用回路，节省投资、提高经济效益。该方案灵活性高，适合在一些已投运数据中心进行试运行并按需接入。通过优化储能能量管理系统响应的运行策略，储能可在计划设定时段参与电力市场服务或削峰填谷应用。
2）中压UPS+储能并网接入
未来数据中心趋向于集中式大型数据中心的建设，通过10kV侧“叠光叠储”，实现电网调度，虚拟电厂VPP，响应“双碳”政策。10kV中压UPS，即将传统低压UPS的短时备电和削峰填谷的储能复用，节省了成本，精简了供电链路，备电集中于室外部署，易于维护。
下图为10kV中压UPS实现0ms市电到储能的无缝切换，实现了客户侧业务无感知/无影响的切入，
将室内UPS和锂电备电移到室外，保证了室内的消防安全，节省的空间可放置更多的IT负载。
中压UPS+储能并网示意图
技术特点：中压UPS具有和UPS相类似的对负载供电保护（主旁备份）和电源质量管
理的优异特性，叠储架构中，采取中压UPS可节省后端低压侧的UPS。
链路极简，从而实现链路高效，有利于降低数据中心的运行碳排放。
最优投资，采用中压UPS可以节省低压侧的复杂配电和UPS，同时无需单独增加PCS，帮助客户优化投资。
3）380V低压交流或直流侧+储能接入
储能系统低压接入示意图
储能系统通过UPS、HVDC、巴拿马电源等不间断电源设备接入直流母线，或者单独以380V交流母线接入，保证数据中心IT负载不间断供电同时，可通过储能与电网的互动，进行削峰填谷，提高系统的利用率,增加运行收益,提升经济回报率。
技术优势：与数据中心常用电力架构基本无差异，主要通过大容量高储能电池的配置，通过相对较低的投资，实现额外的经济回报。该方案适合新建数据中心采用，此外在系统备电要求不高的同时，可探讨进一步精简柴发。
4）新能源（风能、太阳能）+储能架构
新能源+储能系统接入示意图
配置储能可平抑新能源的波动，为数据中心提供稳定持久的电能。
A级数据中心可采用一路外部供电+一路新能源（风能、太阳能等）配置储能两路电源，同时一路市电或者柴发作为备用电源。
B级数据中心可采用一路市电+一路新能源（风能、太阳能等）配置储能供电或一路新能源（风能、太阳能等）配置储能+柴发作为备用电源。
技术特点：通过风光储能量管理系统的合理算法、决策，实现风、光的最大功率发电、储能的合理时段充放电支撑，从而提高数据中心清洁能源的利用率，降低数据中心运行成本，通过储能的平滑，为数据中心提供稳定持久的电能。该方案需要在场内布局光伏及风能等措施，需要因地制宜部署储能系统进行绿电引入。
文章来源：《数据中心储能技术白皮书》
