Replacing diesel generators with battery energy storage

在前一篇文章中，我们探讨了液体浸没冷却和智能环境监测如何使数据中心更具可持续性。现在，我们来关注一个当前可行的解决方案：电池储能系统（BESS），以及它们为何能够取代柴油发电机。根据估计，目前全球数据中心行业依赖柴油发电机提供超过20吉瓦的备用电力。

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电池储能系统被认为是可能改变游戏规则的技术，具有迅速、可靠以及几乎无需维护的特点；它们无需存储燃料、运行安静且环保，且使用寿命能超过20年。而柴油发电机则面临着日益严格的排放标准、噪音和燃料存储问题，并且需要定期测试和频繁维护以确保其可靠性。

BESS作为柴油发电机替代方案的推广

在九月的达拉斯关键设施峰会上，我共同发表了一场题为“备用电源：UPS、能源储存与电动汽车技术的新方法”的报告，其中分享了将柴油发电机替换为BESS的好处。

我们讨论了尽管柴油发电机对环境的负面影响已得到充分记录，但它们依然为关键设施提供了备份电源已有数十年之久。值得庆幸的是，整流器和充电器、逆变器、高速功率切换、控制系统，以及特别是新型电池技术的进步，意味着我们如今有了可行的替代方案。

应对电力中断的有效策略

数据中心和其他关键设施需要持续的备用电源，有时甚至需持续数天。因此，若要使BESS成为柴油发电机的有效替代方案，就必须确保其持久性。目前，BESS的典型设计使其在未经传统备份系统结合的情况下，无法提供超过四小时的备用电源。

幸运的是，大多数非重大事件的停电时间都不足两小时。根据数据显示，平均美国电力客户在2020年经历的停电时间略超过八小时。此外，最优州的单次停电平均时间在44至101分钟之间，而最差的情况则远高于此，自动在29小时到60小时之间。

通过预测超出两小时的停电情况，我们可以采用混合配置。可利用传统的柴油或天然气发电机在合适的时机运行，为BESS充电。这样，我们可以将原本四小时的供电时长延长到八小时甚至更久，从而覆盖更大比例的年停电事件。

假设停电时间超过八小时，例如在重大自然灾害中，我们可以实施负荷切割协议以进一步延长供电时间，或使用远程备用设施。通过混合配置，我们可以显著减少温室气体的排放。

不过，这种情况并非总是这样，因为电池技术的快速进步正在延长BESS的持续时间，未来可能会逐渐淘汰混合配置。举个例子，加州社区电力公司的首个八小时长时效锂离子电池储能资源项目预计在2023年投入运营，具备69MW输出和552MWh的容量（8小时）。

未来的能源存储：液态金属电池

虽然锂离子电池在BESS行业占主导地位，但其优缺点的讨论从未停止。它们成本高、不喜欢完全充电或放电，极其容易受高温影响并具有易燃性。

液态金属电池系统显现出很高的潜力，可能会在较大规模的BESS安装中取代锂离子电池。其通过组合锑金属和钙合金以及固体盐电解质，封入一个绝缘、不锈钢封闭壳体中。

当内容被加热至932华氏度（500摄氏度）时，这些金属和电解质会变成液态。放电过程中自产生的热量使其不再需要外部热源。液态金属电池的效率高达80%，可以经历数万次充放电循环而几乎无退化，表现远超锂离子电池。

与锂离子电池不同，液态金属电池的高操作温度使其无需冷却，更适合各种气候。此外，从安全角度看，液态金属电池并没有锂离子电池所面临的这些问题。

美国初创企业Ambri是这一技术推广的主要参与者，可能会在BESS的普及和可持续能源系统的转型中发挥革命性作用。麻省理工学院材料化学教授Donald Sadoway创立了这家公司，该公司得到了微软创始人比尔·盖茨通过其突破性能源投资基金的支持和投资，除此之外，还包括Khosla Ventures和TotalEnergies等其他投资者。

在2023年5月，Ambri与数据中心提供商Terrascale合作，为其Energos Reno项目提供250MWh的可再生能源电池储能。此外，在2023年9月，微软宣布已在其一处数据中心安装了Ambri制造的高温液态金属电池，尽管容量和位置尚未披露。

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推动可持续发展的绿色数据中心

可以采取改变，使得数据中心行业在全球变暖和气候变化问题上推动实质性改变。实际上，已经有一些最大的科技公司开始采取行动，使他们的数据中心变得更加可持续。

2023年7月，微软宣布计划到2030年消除对柴油燃料的依赖。同年12月，谷歌宣布将在其位于比利时的数据中心使用大型BESS替代柴油发电机。Meta在2023年9月也宣布成立一个财团，以测量使用大型BESS的排放收益。

随着我们持续推进可持续目标，液体浸没冷却、智能环境监测和BESS只是朝向绿色数据中心转型的几个环保趋势。

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