数据中心同行如何理解电化学储能？

过去一年，笔者深度参与一线新能源和储能，以及和数据中心结合的相关前端和后端工作，年末梳理总结一些认知和感悟 —— 数据中心同行如何理解当前电化学储能。

本文目的并不是提出何种储能解决方案或者推销产品，更多是分享从数据中心从业人员角度，如何理解电化学储能，以及分享笔者对数据中心和能源相关结合的理解，产业认知视角和发展逻辑。

数据中心行业不少人讨论储能，很多都是围绕技术方案和方案对应价值来解释储能经济性和技术合理性，鲜有文章会讨论数据中心和储能之间收入方式和盈利的差异。笔者特别要强调这两点，是一个更高层面理解经济性的角度。

回顾数据中心的计费模式，主要有以下几种：

1、按照某个机架固定供电容量计费；例如20A，40A双路供电，包电包租一个月费用；

2、基于第一种方式，演变出非固定供电容量计费，采用单位供电容量计费；例如每kW的包电包租费用；

3、基于第二种方式，演变出空间容量费和电费分离的两部制计费方式；例如租电分离，即kW月租和具体电费分离；

从计费模式1到计费模式3，典型的演变的是数据中心从追逐更浮动的电费收益中，变成一种容量计费为基础收入，电费为动态（可变）收入，甚至会剥离电费，只剩下容量计费的方式。包电包租因为电费动态性，电力共享性，通过客户负荷达不到一定容量，从而通过把额外容量按一定安全裕度下分配给其他客户。

事实上，云计算领域计费，本质就是数据中心包电包租的容量计费方式，即把未充分利用的计算资源，在一个共享的物理计算资源中，超卖给其他客户（数据中心超卖和云计算共享超卖其实一个道理）。而云计算领域计费演变出另外一个维度，是基于时间的量计费，而非具体使用流量计费。从数学的角度，时间的量，就是时间段长度总和，而流量的量，是初始时间点对应的流量和结束时间点对应流量的差值，两者是不同概念。

上文提到的租电分离，实际上已经把容量计费和流量计费（电力费用以流量费为主）分离。而进一步，电费的构成，在国内不同省份和地区，数据中心的工业用电又可以分为一部制电价和两部制电价；一部制电价，即只有流量计费逻辑（Consumption Charge)，两部制电价，即进一步拆分基于容量（kVA/kW）的容量电价，以及基于电量（kWh)的流量电价。

有一个重要的核心逻辑，在大部分基础设施投资里面，基于容量计费的是满足基础收益的保障收益。设想一下，数据中心租赁合约里面，基于容量计费是无论客户是否使用该容量/空间，都要收费。但流量方式计费，就有巨大差异，万一客户没有使用流量，那么就没有收入。对应实际情况就是，基于电量的流量，如果客户没有负荷，没有消纳，流量计费就无法获取收入。

对于电化学储能，当前工商业最主要盈利模式是峰谷电价套利，意思是分时电价对应流量差(充电和放电)进行套利。而现货交易，就变成类似股票市场，分时电价变成动态变化，类似炒股票的买进和卖出差价 * 股数(电量)。

计费方式差异，其实对最终用户认知存在不少大挑战。因为IDC本身不能控制IT负荷的多少，而保障负荷量(电能消纳)才能保障流量型计费收入，所以IDC公司当前配置储能的逻辑，是需要和最终负荷客户的需求特性相匹配。当前数据中心用户，对于流量型合约的理解还相对浅层(存在一些行业认知差距和教育门槛)，尤其是客户内部采购流程是否接受流量型合同，如何满足内部审计，都存在挑战。无论峰谷套利分成比例如何，这只是简单商务比例分成问题，但客户采购习惯和流程支持，或者客户内部是否可以签能源的流量型合同，这些问题更关键。对于储能的峰谷电价套利方式，计费公式如下:

Σ(分时电价)x(分时充放电量)

如果流量型合同采购流程问题可以解决，假设数据中心用户负荷比较稳定，可以保障消纳，对于储能型资产收入特性里面，很重要一点是储能可用容量随着电池容量衰减，充放电效率下降等因素，收入是不断下降。对应公式里面，每年分时可充放的电量实际上是下降的数值，这将导致投资方/收益方获取峰谷套利的收益是逐年下降，投资方对这种收益特性的是否可以接受？同时，分时电价以及对应电价时段，决策权在于电网/发改委等国家权力部门，是一个变量。具体分时的时段，分时电价和时段都存在潜在变化(例如煤电容量电价引入和更多光伏接入)，储能投资方和负荷方都无法改变，所以储能本身采用电价套利收益特性是一个能源市场宏观政策驱动，以及大宗能源商品定价权之间博弈的动态模式。对于储能的收入下降特性，下图为笔者参与一个项目的收益计算(客户按套利空间进行分成)，供读者参考理解：

完全动态的收入方式(且收入不可控和不稳定)，这将对数据中心投资方来分析储能固定资产投资时候，带来不少挑战。投资方会考虑基本逻辑是，固定资产投资要获取一定收益才能保本和盈利，那收入无法保障时候，如何使固定资产不出现亏损？这个流量型计费的痛苦点正是如此，数据中心的投资都是偏向容量型模式，有保本收益特性，但储能这类能源型资产，容量型收费是有难度的。储能本身并不是发电资产，不能卖电给电网（除非网侧做现货交易或者调度），和光伏电站逻辑差异很大。光伏电站是优先本地消纳，余电上网，这种收入盈利方式有电网通过协议电价兜底一些光伏发出电量，即使没有负荷也可以通过上网电价获取收入。所以抛开用户是否接受储能技术方案，投资方是否接受动态收入和不明确回报，又是另外一个层面挑战。

当下国内电力市场交易制度下（各地有差异），现货交易是有接入容量等门槛，说白了让电网进行调度，肯定优先调度距离负荷中心/源侧近的储能电站，再到各个分散小容量(负荷聚合商load aggregator，这事目前还远没成气候)。数据中心储能做现货交易需要满足这个被接入可调度的门槛，其实项目规模也不小。微软和伊顿在欧洲使用UPS做的试验，是基于需求侧响应中短时调频响应的现货交易(这样可以做更短时间放电响应避免UPS电池过放电降低备电时间)，这个条件目前在国内并不具备。因此完全抛开本地负荷消纳问题，数据中心只考虑配储做现货交易，这部分收益更不明确，同时有更多门槛。更现实的问题是---凭什么电网要调度您的储能设备做调峰调频呢？

另外，需要提醒的是需求容量费问题。对于电力进行固定容量计费，这样可以多配置一些储能容量又不会出现超过供电线路容量问题。但若数据中心使用按需而非按容支付容量电费，则有可能出现充电时候突破原有供电需量问题，导致客户额外支付充电需求容量费，或者项目需要抵扣这部分从而严重影响储能项目经济性。下图为笔者和一些客户交流时，提及容量电费对数据中心配置储能的影响。

在讨论投资经济性的核心问题时，笔者认为有几个核心点：

1、能源型资产是偏向设备型，除了大型的独立储能电站(电网侧)，数据中心负荷(用户)侧的储能通常都没有土地所有权。所以用IDC数字地产估值思路去做储能投资，可能资本方并不认可。一些不动产估值逻辑里面，用户侧储能使用EBITDA估值可能并不合适（或者需要一些创新），估值逻辑里面需要更多要结合ROIC。

2、储能电站资产一般电芯循环寿命为6000-8000次，对于两充两放的充放电套利逻辑，储能电站使用寿命一般超过10年。这就要求，客户需要在10年+的使用周期中保障负荷消纳。对于数据中心用户，如果存在负荷不连续性以及未知容量，储能投资就变得非常谨慎。例如对于租赁IDC，储能部署就要基于用户负荷量上来了，还得稳定以及在10年不出现大下降的要求(现实角度，客户能不能做负荷保底？)。那么，数据中心租约低于10年，上架期慢，或者没有更多不同客户分散客户负荷单一问题，储能收入整个测算周期就会出现负荷不稳定带来不明确性。流量型合同，在融资层面也有不同诉求。

3、一般第三方投资的用户侧储能EMC合约(能源管理)，合约期通常是15年，甚至有20年合约。而分布式光伏EMC合约有20-25年，这个合同年限对IDC租赁来说更长（IDC国内常见只有5~10年，海外有IDC租约会15年甚至更高），更长合约年限，往往意味着资产投资方回本周期更长，同时资金成本要求更高和苛刻。这些都是数据中心资本方需要考虑的点。

4、交易结构。这个事情非常难，相当于设计商业模式和计费模式，并且在合同条款上可以具备执行性。无论交易方是单方还是多方，如何敲定这种条款，签约层面能够执行，还有项目可融资性(重资产对可融资性要求很高)。这些问题已经远远超出纯技术范畴讨论。到最后，技术上假如可行，交易结构里面相关利益方都需要算账有收益才具备可行性。例如租车公司，网约车司机，乘客的三者之间，乘客获得便宜车费/便利性，网约车司机通过运营来收车费，车费部分用于支付租车公司的每月租车费。这里面交易结构最起码要各方受益才能闭环商业模式，车费定高就减少客户，租车费高司机就不干，反正每个交易方环节都要设计好。储能资产是否有一个第三方运营商，和投资方之间做结算。从这个角度理解，有点类似租车公司，快车司机，客户关系，就是一个租车司机按容量/使用权租赁给运营方(司机)，司机负责找客户，收客户里程收取。但是目前，市场上并没有专业的To B运营公司。生活里面，To C领域的移动充电宝租赁是可行的，基于容量使用的时间计费，和云计算计费类似。但是To B里面，储能容量租赁业务(例如月租计费)，目前在网侧储能电站的共享储能有一些实践，负荷侧还需要探索。 

储能具体技术层面，有很多考究的地方，而且对数据中心原有运营都带来或多或少的影响。

首先，安全性层面，储能电池更多是户外放置，独立柜体实现散热和消防，这样对数据中心基础施舍的物理隔离和部署位置上要求更高。

其次，储能电芯和后备电源电芯充放电特性并不相同，技术方案融合需要不同电芯配置和管理方案。有些设备厂商和行业白皮书提及UPS或HVDC做储能和备电一体。如果方案里面是使用同一种电芯既做备电也做储能，如何动态合理调整备电和储能电量分配，以及为了储能对后备电芯过配(造成很高额外成本)，备电电芯用于储能，循环寿命通常只有储能型电芯一半左右。储能电芯放电倍率往往只有0.5C，而备电电芯为3C~6C。哪怕HVDC的备电是直挂输出母线，而额外配置DC/DC用于储能电芯管理，HVDC如何和DC/DC协同控制呢？例如后备电池放电，此时DC/DC处于储能充电，反而造成后备电池过放电或者降低后备时间？

还有热管理需求问题，备电电芯短时高倍率放电，储能电芯长时低倍率放电。在实际工程实践中，后备电池散热多为开放式风冷，且只计算浮充一点热量。但是储能电芯放电长达若干小时，热负荷计算差异很大。如果用数据中心配置制冷方式，对于储能散热条件来说，很可能因为配置冷量不足导致电池室过热，还可能引发热失控等风险。

最后，数据中心一些做法，通常忽略储能电站的循环效率的经济性问题。事实上，一般电化学储能效率在86~88%附近，即100kWh的电充入，实际放出只有86~88kWh。究其原因，储能电芯充电或放电效率大概在96~97%，一个充放电循环下，就损失~7%，然后这些热量需要配置空调，还有充电和放电时候电源损耗，对于成熟的PCS架构，只有1次电源变换作为充电/放电，而使用HVDC或者UPS，都涉及多次变换从而增加损耗，如果考虑线损，HVDC输出电压~270V，如果储能电池+DC/DC外置连接，这部分线缆成本和损耗会更加凸显。下图为某储能大厂的直流侧效率（不包含任何交流侧负荷损耗）

笔者以一些实际工程设计做计算，目前使用数据中心后备电源(UPS/HVDC等)做储能电源方案，循环效率一般比PCS系统低4~5%，经济收益也有一定折扣，而且控制逻辑和技术成熟度不高。下图为笔者和一些客户交流时，对交流UPS和240Vdc架构做储能应用的循环效率解释。

总之，电化学储能在技术层面是电池系统充放电策略管理，电气拓扑比数据中心简单，但消防，热管理，具体电池选型比数据中心更为复杂和严苛，按照数据中心的备电逻辑做电化学储能方案，整个技术思维需要调整。

电化学储能和数据中心，一个是能源行业，一个是数字地产为主，这两个行业是可以做一些产业协同和相互赋能。对于这点，笔者是有比较清晰认知，也认为有产业机会。当前全球数据中心行业，怎样把数据中心和能源行业做更多有机结合是一个有趣且复杂的话题。如果用更高层的视角去理解，数据中心是ICT负荷，而数据中心需要能源站提供电力和制冷。那么这个能源站是可以包含储能电站BESS，至于储能电站如何在应用层面，技术方案层面与数据中心做更多结合，这需要行业用户一起挖掘需求和拓展。

如果对数据中心的储能应用确实有想法，不妨考虑以下几个问题，评估是否有现实可行性：

1、您对数据中心配置储能的期望？（能评等强制性约束政策考虑点？节能收益？技术试点？社会责任？创新驱动？）

2、数据中心配置储能，您面临一些技术挑战，困难，顾虑？

3、您对技术方案落地期望（集中式/分布式，充放电效率）？商业合作落地问题（商业模式，合约条款，EMC合同流程）？

来源：大话IDC