氫氣是一種清潔多能的二次能源載體，可通過長(zhǎng)周期、大規(guī)模的儲(chǔ)能方式，充分消納風(fēng)光棄電生產(chǎn)綠氫，支撐高比例可再生能源電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此被視為社會(huì)能源轉(zhuǎn)型與脫碳發(fā)展的重要助力 。預(yù)計(jì)至2060年，氫在中國終端能源消費(fèi)中占比將達(dá)到20%，其中可再生氫(綠氫)占比將達(dá)到80% ，受我國“十四五”氫能戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)，多省市發(fā)布了 5——10 年的氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，除交通領(lǐng)域作為主要的氫能產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方向外，氫儲(chǔ)能、分布式發(fā)電以及數(shù)據(jù)中心氫能應(yīng)用均作試點(diǎn)方向.。
由于數(shù)據(jù)中心消耗的直接能源是電力，當(dāng)氫能發(fā)電在短時(shí)間不具備經(jīng)濟(jì)性的情況下，氫能應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)在于低碳，而隨著大電網(wǎng)可再生能源電力比例的不斷提高，其碳排放指標(biāo)將不斷下降。同時(shí)能源價(jià)格的變化以及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，氫燃料電池全生命周期發(fā)電成本將逐漸逼近市電，若同時(shí)考慮氫能供電余熱 綜合利用的收益，數(shù)據(jù)中心氫能應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性將逐漸體現(xiàn)。
集中式主用電源方案，是在不改變數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有供電架構(gòu)的情況下，利用集中設(shè)置的氫燃料電池電站發(fā)電，整體替代市政電網(wǎng)或作為可再生能源電網(wǎng)的調(diào)峰的手段。隨著氫產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸規(guī)模化，當(dāng)數(shù)據(jù)中心周邊有穩(wěn)定可靠的市政氫源，能夠滿足數(shù)據(jù)中心連續(xù)使用需求時(shí)，可考慮在數(shù)據(jù)中心園區(qū)或就近設(shè)置集中氫燃料電池發(fā)電站，采用雙路市政氫氣管道結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)備用儲(chǔ)氫的方式為數(shù)據(jù)中心提供 主用及備用電力，并利用市政電網(wǎng)作為備用。
分布式主用電源方案，采用分布式供電架構(gòu)，即利用分散布置的氫燃料電池設(shè)備，為附近的服務(wù)器及其輔助系統(tǒng)直接提供電力，取消大部分昂貴的電力基礎(chǔ)設(shè)施(占數(shù)據(jù)中心總建設(shè)成本的25%以上 ) ，并節(jié)省了其占用的建筑空間 。同時(shí)，由于供電設(shè)備顆粒度及故障影響范圍明顯減小，可考慮采用冗余(N+X)配置代替容錯(cuò)(2N)配置。因此隨著氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展，當(dāng)氫燃料電池及相關(guān)設(shè)備成本顯著下降時(shí)，采用分布式供電方案的數(shù)據(jù)中在初投資方面也將具有優(yōu)勢(shì)。
項(xiàng)目背景：
在氫能供電方面，氫內(nèi)燃機(jī)與氫燃料電池是兩種主要的究方向，氫內(nèi)燃機(jī)雖然已經(jīng)有了幾十年的發(fā)展歷史，但仍存在早燃、回火、動(dòng)力性能差及NOx 排放等多種問題，且尚未形成產(chǎn)業(yè)化；氫燃料電池由于直接將氫的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能，不受卡諾循環(huán)效率的限制，發(fā)電效率高，且副產(chǎn)物僅有水，近年來受到廣泛關(guān)注，技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化速度較快。在多種類型的燃料電池中，質(zhì)子交換膜燃電池 (PEMFC)由于技術(shù)成熟、產(chǎn)業(yè)化速度快，被認(rèn)為是近期數(shù)據(jù) 中心氫能供電的優(yōu)選技術(shù)；而固體氧化物燃料電池(SOFC)由于反應(yīng)廢熱溫度高，綜合能源利用率高，且可使用天然氣，被認(rèn)為今后是大型固定電站及綜合能源供應(yīng)的優(yōu)選技術(shù)。
項(xiàng)目介紹：
江蘇氫港氫能發(fā)電項(xiàng)目坐落于杭州阿里巴巴計(jì)算數(shù)據(jù)中心，采用巴拉德的質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)，壽命可達(dá)3萬小時(shí)，具有穩(wěn)定、可靠、安全無噪音等特點(diǎn)。江蘇氫港率先在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行25KW的氫能發(fā)電實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，探索應(yīng)急電源的使用、削峰填谷、新能源穩(wěn)定并網(wǎng)問題，大幅降低碳排放。主要采用氫燃料電池發(fā)電技術(shù)與新能源耦合發(fā)電技術(shù)，使用燃料電池發(fā)電技術(shù)，可以減少對(duì)煤炭的使用，減少CO2的排放，且發(fā)電效率很高。
燃料電池發(fā)電有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，發(fā)電效率高達(dá)50%——60%，結(jié)合熱電聯(lián)供技術(shù)，其發(fā)電效率可以高達(dá)70%以上；第二，相比于傳統(tǒng)的火力發(fā)電，燃料電池對(duì)環(huán)境的污染程度更低，大幅減少了二氧化碳、氮氧化物、一氧化碳以及揮發(fā)性有機(jī)化合物的排放量；第三，燃料電池在運(yùn)行過程中不會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，一般噪聲為50dB——70dB。
結(jié)語：綠色“零碳”的氫氣被認(rèn)為是未來數(shù)據(jù)中心行業(yè)實(shí)現(xiàn)碳 中和的重要助力之一，雖然現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心氫能應(yīng)用無論在 技術(shù)性還是經(jīng)濟(jì)性上都不夠理想，但隨著氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā) 展、可再生能源比例及成本的持續(xù)下降，數(shù)據(jù)中心的氫能應(yīng) 用必將迎來規(guī)模化應(yīng)用的契機(jī)。
在數(shù)據(jù)中心氫能應(yīng)用的多種場(chǎng)景中，備用電源方案雖然 經(jīng)濟(jì)性不佳，但由于不需改變數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有供電架構(gòu)，可作 為短期內(nèi)獲取燃料電池應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的一種手段；當(dāng)綠氫的供應(yīng) 滿足數(shù)據(jù)中心連續(xù)使用時(shí)，采用氫能發(fā)電作為主用電源將成 為數(shù)據(jù)中心擺脫大電網(wǎng)碳排放的一種可行性的方案；隨著我 國“東數(shù)西算”工程的正式啟動(dòng)，更多的數(shù)據(jù)中心將選址于風(fēng) 光資源豐富的西部地區(qū)，采用氫能風(fēng)光調(diào)峰的方案可以實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)中心閉環(huán)供電“零碳”或“負(fù)碳”的運(yùn)營；采用分布式的方 案將對(duì)數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有供電架構(gòu)存在著顛覆性的挑戰(zhàn)，但消除 了復(fù)雜而昂貴的電力基礎(chǔ)設(shè)施，是數(shù)據(jù)中心氫能應(yīng)用降低工 程初投資的重要手段，也是數(shù)據(jù)中心完全擁抱氫能的重要發(fā)展方向。
