電力護(hù)航 “云上張北”蓬勃發(fā)展

河北省張北縣地處京津冀經(jīng)濟(jì)圈與晉冀蒙經(jīng)濟(jì)圈交匯處，全境屬于壩上高原。這里不僅有豐富的風(fēng)力和光伏資源，還是擁有60萬臺(tái)服務(wù)器的世界級(jí)數(shù)據(jù)壩——阿里巴巴數(shù)據(jù)中心落地之處。

2012年6月，阿里巴巴數(shù)據(jù)中心落戶張北縣。9年來，張北云計(jì)算產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了從無到有、從有到強(qiáng)的跨越式發(fā)展。與此同時(shí)，在大數(shù)據(jù)的運(yùn)用上，張北還實(shí)現(xiàn)了智慧民生、智慧城管，建起了“扶貧云”，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村電商全覆蓋。如今，世紀(jì)互聯(lián)、通產(chǎn)偉博、航信金云、浪潮等17個(gè)大數(shù)據(jù)項(xiàng)目簽約落地。隨著云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，電力能耗也在與日俱增，如何為這樣世界級(jí)的數(shù)據(jù)中心保障電力供應(yīng)、提高能效水平？國(guó)網(wǎng)張家口供電公司在電力技術(shù)創(chuàng)新、智能電網(wǎng)建設(shè)等方面進(jìn)行了大量探索。

多年來，通過積極探索，張家口公司在新能源、智能配用電等領(lǐng)域，已經(jīng)有了突破進(jìn)展，為綠色數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供了強(qiáng)大支撐！在滿足電力消耗方面，積極構(gòu)建“變電站+儲(chǔ)能站+數(shù)據(jù)中心”三站合一的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)模式，創(chuàng)新性建設(shè)10千伏交直流配電網(wǎng)及柔性變電站示范工程。該工程減少了電能轉(zhuǎn)換過程，縮小了設(shè)備體積，降低了能耗折損，保證了數(shù)據(jù)中心的用電可靠性。同時(shí)，也有效隔離了電網(wǎng)與數(shù)據(jù)中心的相互干擾。

在滿足超大負(fù)荷需求方面，在阿里園區(qū)分別建設(shè)了張北東220千伏變電站，攬勝樓、云計(jì)算和中都三座110千伏變電站，為云計(jì)算產(chǎn)業(yè)基地提供強(qiáng)大的電力支持。

為讓大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展享有成體系的扶持和優(yōu)惠政策，2017年10月，在張家口市政府的倡導(dǎo)下，國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司勇開先河，提出“政府+電網(wǎng)+發(fā)電企業(yè)+用戶側(cè)”四方交易機(jī)制，將各大數(shù)據(jù)中心納入可再生能源電力交易系統(tǒng)，通過市場(chǎng)化交易，享受0.37元/度的優(yōu)惠電價(jià)，極大降低了數(shù)據(jù)中心的用電成本，同時(shí)打破了清潔能源應(yīng)用成本居高不下的瓶頸。

“云”集張北，

推動(dòng)大數(shù)據(jù)和新能源聯(lián)動(dòng)發(fā)展

與傳統(tǒng)能耗單元不同，數(shù)據(jù)中心必須24小時(shí)連軸轉(zhuǎn)，晝夜不停的運(yùn)行方式必然導(dǎo)致大能耗、高放熱。而且，數(shù)據(jù)中心對(duì)環(huán)境要求極高，通常依靠空調(diào)、冷水機(jī)等設(shè)備來降溫，冷卻部分的用能占到輔助設(shè)施用能60%以上。

PUE即能耗比，是衡量數(shù)據(jù)中心能效水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)。該指標(biāo)基準(zhǔn)值為2，數(shù)值越接近1意味著能源利用率越高。目前阿里張北數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)PUE均低于1.25，最低可達(dá)1.13，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心PUE 2.5的平均水平。

以制冷為例，阿里巴巴張北數(shù)據(jù)中心充分利用張北干凈的風(fēng)和清涼的水為數(shù)據(jù)中心降溫，全年只有兩周的時(shí)間需要開啟傳統(tǒng)的壓縮機(jī)空調(diào)制冷，僅制冷能耗每年就能降低近60%。這也是在中國(guó)，第一次能真正做到用自然風(fēng)直接為數(shù)據(jù)中心降溫。

此外，張家口作為國(guó)務(wù)院批復(fù)的全國(guó)可再生能源示范區(qū)，風(fēng)能和太陽(yáng)能資源豐富，僅張北縣2020年全年發(fā)電量已超過100億千瓦時(shí)。阿里張北數(shù)據(jù)中心全部建成后，服務(wù)器規(guī)模將達(dá)到75萬臺(tái)，年耗電量預(yù)計(jì)30億千瓦時(shí)。從供求關(guān)系而言，數(shù)據(jù)中心落戶張北完全符合國(guó)家綠色電力就地消納的要求。據(jù)測(cè)算，目前阿里數(shù)據(jù)中心使用綠色電力占總能耗約40%，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán)，有效推動(dòng)了大數(shù)據(jù)和新能源聯(lián)動(dòng)發(fā)展。

耗能激增，

積極探索電力供能新模式

大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)云集張北，帶來巨大經(jīng)濟(jì)刺激的同時(shí)，也面臨著電力消耗的持續(xù)攀升，隨之而來的是供電負(fù)荷迅猛增長(zhǎng)。2020年，僅阿里數(shù)據(jù)中心的最大用電負(fù)荷便達(dá)146兆瓦，占2020年張北最大負(fù)荷的50%;全年用電量高達(dá)3.2億千瓦時(shí)，占張北縣總用電量的31%。如此高的能耗，給張北電網(wǎng)帶來了巨大沖擊，對(duì)供電可靠性提出了更高要求。

同時(shí)，風(fēng)電、光伏為直流發(fā)電，雖年發(fā)電量高，但需將直流電通過逆變器變成交流電再上網(wǎng)，客戶側(cè)再將交流電變成直流電進(jìn)行使用，過程中存在能耗損失。2012年，國(guó)內(nèi)乃至世界尚無成熟變電技術(shù)既可直接滿足配電網(wǎng)的復(fù)雜需求，又可直接應(yīng)用光伏的直流電。阿里數(shù)據(jù)中心雖對(duì)綠色能源有一定需求，但對(duì)電力可靠性的需求更高，當(dāng)時(shí)新能源發(fā)電尚存在不穩(wěn)定的問題，且“光伏+儲(chǔ)能”造價(jià)成本太高，并不具備經(jīng)濟(jì)性。

面對(duì)供給與需求的矛盾，冀北公司依托張家口豐富的可再生能源，積極構(gòu)建“變電站+儲(chǔ)能站+數(shù)據(jù)中心”三站合一的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)模式，積極推動(dòng)數(shù)據(jù)中心集群建設(shè)與電力基礎(chǔ)設(shè)施緊湊布局，對(duì)資源高效集約利用的新模式展開探索，取得了較好效果。

柔性變電技術(shù)引領(lǐng)，

“源-網(wǎng)-荷”協(xié)調(diào)發(fā)展

2016年5月，冀北公司結(jié)合大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，未雨綢繆，協(xié)同阿里巴巴集團(tuán)、億利集團(tuán)，以配電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)“源-網(wǎng)-荷”協(xié)調(diào)發(fā)展，在全球首次提出柔性變電技術(shù)設(shè)想。2017年9月，10千伏交直流配電網(wǎng)及柔性變電站示范工程開始現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、定位，將柔性變電設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。一年后，該項(xiàng)目正式投入商業(yè)運(yùn)行。

該工程建設(shè)包含10千伏光伏直流升壓站一座、10千伏柔性變電站一座。其中，10千伏柔性變電站的核心設(shè)備電力電子變壓器具有4個(gè)交直流端口，在配電網(wǎng)中如同一個(gè)“縱橫交錯(cuò)江河中的碼頭”。示范工程在低壓側(cè)能夠提供直流750伏（含240伏）、交流380伏等3種靈活的供電方式，可實(shí)現(xiàn)多種能源、多元負(fù)荷和儲(chǔ)能的即插即用和靈活接入;打造了靈活開放的能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過接入張北縣德勝村2.5兆瓦光伏扶貧發(fā)電，滿足了阿里張北數(shù)據(jù)中心綠色用能需求，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電、電網(wǎng)、客戶等多利益主體的共贏。

“常規(guī)的數(shù)據(jù)中心使用的是雙路交流電。阿里從2011年起就開始使用一路高壓直流電。高壓直流的優(yōu)勢(shì)在于沒有中間的逆變環(huán)節(jié)，可以減少能效損耗。柔變項(xiàng)目正好匹配我們的業(yè)務(wù)需求，最大的好處是就近消納了光伏發(fā)電的直流電。”阿里張北數(shù)據(jù)中心運(yùn)維主管胡國(guó)良說。

10千伏交直流配電網(wǎng)及柔性變電站示范工程集技術(shù)創(chuàng)新、新興產(chǎn)業(yè)多元供電服務(wù)、光伏扶貧、清潔能源消納功能于一體，為應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)電源清潔化、多元化，網(wǎng)絡(luò)電力電子化、信息化以及負(fù)荷特性復(fù)雜化、互動(dòng)化的發(fā)展需求，提供了重要解決方案。

該工程成功攻克了成套設(shè)計(jì)、“源-網(wǎng)-荷”控制保護(hù)等一系列技術(shù)難題，最終打造出一個(gè)靈活開放的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電、電網(wǎng)、客戶的共贏。柔性變電站裝備可實(shí)現(xiàn)多種能源、多元負(fù)荷和儲(chǔ)能即插即用，為阿里張北數(shù)據(jù)中心和其他客戶提供豐富的自主選擇權(quán)。

基于柔性變電站的交直流配電網(wǎng)減少了轉(zhuǎn)換過程，縮小了設(shè)備體積，降低了能耗折損，保證了數(shù)據(jù)中心的用電可靠性。電網(wǎng)本身由于接入客戶眾多而存在諸多干擾因素，經(jīng)過這套裝置，電網(wǎng)的干擾不會(huì)傳導(dǎo)給客戶，同時(shí)，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的干擾通過這套裝置被有效地隔離，也不會(huì)傳導(dǎo)至電網(wǎng)。技術(shù)的革新，帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益讓各方都非常滿意。

智能電網(wǎng)+清潔能源，

滿足大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)負(fù)荷需求

為滿足大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷需求，冀北公司加大電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度，構(gòu)建“智能電網(wǎng)+清潔能源”的能源體系。2016年，國(guó)網(wǎng)冀北電力發(fā)布《全球能源互聯(lián)網(wǎng)張家口創(chuàng)新示范區(qū)發(fā)展白皮書》，重點(diǎn)推進(jìn)五項(xiàng)示范工程，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)集中的張北基本上都在規(guī)劃中。2020年6月，張北500千伏柔性直流輸電示范項(xiàng)目投運(yùn)，為數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了更可靠的清潔電能支撐;到2021年底，阿里其他園區(qū)周邊規(guī)劃的3座110千伏變電站和1座220千伏變電站也將全線竣工。電力設(shè)施的緊湊布局為“中國(guó)數(shù)壩”發(fā)展提供充足、可靠電能的同時(shí)，還能有效滿足張家口可再生能源示范區(qū)清潔能源送出需求和北京負(fù)荷中心、特別是冬奧延慶賽區(qū)清潔電能使用需求。

作為“中國(guó)數(shù)壩”的大本營(yíng)，近年來，張北著力延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條，前端發(fā)展云研發(fā)、云制造，后端發(fā)展云服務(wù)，讓“冷數(shù)據(jù)”產(chǎn)生“熱效應(yīng)”。“中國(guó)數(shù)壩”的未來，將是世界級(jí)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)集群，將是大數(shù)據(jù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)、與鄉(xiāng)村振興、與服務(wù)民生、與社會(huì)治理高度融合的“云上張北”，也將是“數(shù)字中國(guó)”在中國(guó)北方貧困地區(qū)開啟發(fā)展新引擎的一個(gè)最佳實(shí)踐。