“新基建”下電力基礎(chǔ)設(shè)施市場情況與發(fā)展趨勢分析課件

1、正文目錄傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心電源方案 UPS&HVDC 各據(jù)山頭，HVDC 更得互聯(lián)網(wǎng)廠商青睞 4傳統(tǒng) UPS：超大型數(shù)據(jù)中心牽引電源備份增加，向大功率、模塊化發(fā)展，電源整體價值量有望提升 5大型及超大型數(shù)據(jù)中心采用更為節(jié)能的ECO 模式，電源備份冗余增加 6模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)，引導(dǎo) UPS 產(chǎn)品大功率化、模塊化 7互聯(lián)網(wǎng)廠商率先推廣市電+HVDC，迎接未來數(shù)據(jù)中心電源新模式 8模塊化 UPS 彌補(bǔ)了傳統(tǒng) UPS 的技術(shù)缺陷，但在成本側(cè)和并機(jī)條件上仍稍弱于 HVDC 系統(tǒng) 8HVDC 系統(tǒng)對傳統(tǒng) UPS 電源的替代效應(yīng) 9市電+ UPS/HVDC 模式優(yōu)于傳統(tǒng)集中供電系統(tǒng)；市電+HVDC 成為互聯(lián)網(wǎng)企

2、業(yè)爭先應(yīng)用的最新領(lǐng) 域14超大型數(shù)據(jù)中心 HVDC 更具優(yōu)勢，更低的運(yùn)行成本能為其帶來更大的成本壓縮空間 16市電+ HVDC 優(yōu)于市電+ UPS 模式，將成為未來發(fā)展的趨勢 18HVDC 市場化推廣仍存在一定局限，滲透率提升空間較大 18數(shù)據(jù)中心電源市場 HVDC 市場復(fù)合增長率超過 30% 205G 基站能耗高、基站規(guī)模大，基站電源有望迎來“量價齊升” 21基站側(cè)：5G 基站能耗增加電源功耗加大，新增 HVDC、鋰電池等方案為 5G 基站供電 225G 基站功耗大幅增加，可靠性要求更高，單站電源模塊價格有望提升 255G 基站能源新解決方案：鋰電逐漸成為趨勢 27機(jī)房側(cè)：HVDC 替代 U

3、PS 效益增強(qiáng)，市電+HVDC/UPS 或?qū)⒊蔀橹髁鞴╇娔Ｊ?305G 機(jī)房能源解決方案 31市電+HVDC/UPS 未來將成為 5G 機(jī)房主流供電模式 325G 通信電源市場整體市場有望超過 450 億 33投資建議 33中恒電氣HVDC 電源平臺技術(shù)優(yōu)勢顯著，全棧式布局?jǐn)?shù)據(jù)中心、5G、充電樁等“新基建” 33新雷能傳統(tǒng)通信電源龍頭，軍工&通信行業(yè)雙改善 344. 風(fēng)險提示 34圖表目錄圖 1 UPS 典型方案與 ECO 方案 6 圖 2 模塊化數(shù)據(jù)中心演進(jìn)流程 8 圖 3 UPS 和 HVDC 可靠性分析 10 圖 4 HVDC 應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)量發(fā)展情況（單位：個） 14 圖 5 HVDC 應(yīng)

4、用系統(tǒng)容量發(fā)展情況（單位：個） 14 圖 6 市電+AC UPS 典型方案 15 圖 7 市電+AC UPS 典型方案 16 圖 8 市電直供+HVDC、雙路 HVDC 和 UPS 供電效率對比 17 圖 9 國內(nèi) UPS 市場銷量規(guī)模 19 圖 10 國內(nèi) UPS 市場銷售額規(guī)模 19 圖 11 國內(nèi)模塊化 UPS 銷量 19 圖 12 全球模塊化 UPS 銷量 19 圖 13 國內(nèi) UPS 市場 201第1頁，共34頁。2圖 14 5G 移動通信架構(gòu)圖 22圖 15 基站內(nèi)部設(shè)備布線安裝示意圖 23 圖 16 5G 接入網(wǎng) 23 圖 17 5G RAN 分級結(jié)構(gòu) 24 圖 18 C-RAN

5、 架構(gòu)推動電源技術(shù)變革 24 圖 19 未來 5G 無線接入網(wǎng)將 D-RAN 和 CU 云化并存，協(xié)同組網(wǎng) 25 圖 20 基站退服原因統(tǒng)計(jì) 27 圖 21 站點(diǎn)疊光 ROI 分析 27 圖 22 直流遠(yuǎn)程供電 29圖 23 網(wǎng)元功能軟件與硬件分離 30 圖 24 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) 31 圖 25 5G 核心網(wǎng)網(wǎng)元結(jié)構(gòu) 31表 1 數(shù)據(jù)中心等級劃分 5 表 2 UPS 系統(tǒng)存在的技術(shù)架構(gòu)問題 6 表 3 數(shù)據(jù)中心的 UPS 涉及配置的選取 7 表 4 不同類型 UPS 對數(shù)據(jù)中心需求的適配度表 8 表 5 HVDC 與傳統(tǒng) UPS 電源比較 9 表 6 HVDC 與傳統(tǒng) UPS 電源一次性投資比

6、較 11 表 7 HVDC 與模塊化 UPS 對比 12 表 8 2007 年以來 HVDC 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定 13 表 9 AC UPS 系統(tǒng)和市電+AC UPS 系統(tǒng)比較 15 表 10 8 年內(nèi)兩種供電架構(gòu)浪費(fèi)電費(fèi)對比 18表 11 8 年內(nèi)兩種供電架構(gòu)浪費(fèi)電費(fèi)對比 18表 12 后備電源市場主要廠家 20表 13 不同模式能效對比 25 表 14 相關(guān) 5G 主設(shè)備廠商功耗 26 表 15 4G 時代與 5G 時代全網(wǎng)電費(fèi)對比 26 表 16 4G 時代與 5G 時代全網(wǎng)電費(fèi)對比 28 表 17 4G 時代與 5G 時代全網(wǎng)電費(fèi)對比 32表 18 通信電源市場基站側(cè)預(yù)測 33第2頁，共

7、34頁。31.傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心電源方案 UPS&HVDC 各據(jù)山頭，HVDC 更得互聯(lián)網(wǎng)廠商青睞數(shù)據(jù)中心對能源利用率（PUE）的要求越來越高，數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)的更新需求 增大。隨著云計(jì)算技術(shù)成熟，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，達(dá)到萬級甚至十萬級服務(wù) 器的水平，成為數(shù)據(jù)存儲、處理的重要樞紐。在 DC 管理不斷細(xì)致化和智能化過程中，數(shù)據(jù)中心相對于普通機(jī)房對外界環(huán)境要 求具有極高的嚴(yán)苛性（包括濕度、溫度、磁場干擾等）。為使 DC 核心設(shè)備服務(wù)器等能 夠正常運(yùn)行，需要大量基礎(chǔ)設(shè)施的輔助，這也是目前 IDC 能耗巨大的原因之一。2007 年， The Green Grid 提出了數(shù)據(jù)中心能源利用率（ Powe

8、r UsageEffectiveness，PUE）被用來作為衡數(shù)據(jù)中心能耗的關(guān)鍵指標(biāo)之一。PUE=數(shù)據(jù)中心總功率峰值/IT 設(shè)備功率峰值PUE 值越接近 1，即 IDC 總功率峰值越接近 IT 設(shè)備功率峰值，說明 DC 能耗越低。 然而目前的大多數(shù)傳統(tǒng) IDC 的 PUE 值一般在 2.5-3 之間，與理想能耗值仍有很大差距。在一個典型的數(shù)據(jù)中心的能耗分析中，IT 主設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的耗 電比例大致為 5：4：1。由此可以得出以下三點(diǎn)結(jié)論：（1）數(shù)據(jù)中心節(jié)能的關(guān)鍵在于 IT 主設(shè)備負(fù)載效率的提高與節(jié)能；（2）空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能是整個數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能的重點(diǎn)對象；（3）供配電系統(tǒng)的節(jié)能也

9、不容忽視。根據(jù)數(shù)據(jù)中心能耗分布，可以將 PUE 分解為：PUE=（IT 主設(shè)備+空調(diào)+供配電）/ IT 設(shè)備=1+CLF+PLF即 PUE 由 IT 主設(shè)備因子 1、制冷能耗因子 CLF 和供配電能耗因子 PLF 三部分構(gòu) 成。當(dāng)前數(shù)據(jù)中心集中使用大規(guī)模的服務(wù)器和小型機(jī)，穩(wěn)定安全的電源系統(tǒng)是保證數(shù) 據(jù)中心穩(wěn)定運(yùn)行的最基礎(chǔ)的動力保證。因此只有根據(jù)計(jì)算中心服務(wù)器等設(shè)備用電特性 和使用中面臨的問題進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)并選擇最優(yōu)方案，才能在數(shù)據(jù)中心運(yùn)行中保證供電 的高可靠性和高可用性。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)主要由以下四部分構(gòu)成：（1）備用電源：IDC 一般設(shè)置雙電網(wǎng)的供電系統(tǒng)，一條在市電正常情況下作為 負(fù)載提供

10、電源，另一路市電則用于備用電源，也可以用發(fā)電機(jī)組代替。最后備用電源 在市電和發(fā)電機(jī)均出現(xiàn)故障時，為負(fù)載供電。（2）電源轉(zhuǎn)換設(shè)備：包括自動轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（ATS）、UPS 和靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)（STS） 三部分。ATS 能夠?qū)崿F(xiàn)從一路電源自動切換到另一路電源，保證一級負(fù)荷的穩(wěn)定運(yùn)行。 如果交流供電發(fā)生故障，UPS 提供后備電源，將蓄電池通過 DC/AC 轉(zhuǎn)換成交流電持續(xù) 給負(fù)載供電。（3）配電設(shè)備：主要包括交流輸入配電、UPS 輸入配電、UPS 輸出配電、負(fù)載 機(jī)架排配電（列頭柜）以及機(jī)架配電（PUD）等。（4）諧波抑制與治理設(shè)備：由于系統(tǒng)存在整流環(huán)節(jié)，不可避免的帶來諧波源， 所以必須增加諧波抑制與治理

11、設(shè)備來減少諧波對電網(wǎng)造成的污染。第3頁，共34頁。4根據(jù) GB50174-2008電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范，電子信息系統(tǒng)應(yīng)劃分為 A、B、C 三級。具體分級如下：表 1 數(shù)據(jù)中心等級劃分資料來源： GB50174-2008電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范，華西證券研究所序號數(shù)據(jù)中心等級不間斷電源系統(tǒng)配空調(diào)配電可用性典型解決方案置1A雙路電源（其中至少一路為應(yīng)2N 或 M(N+1)冗余急電源），末端切換，采用放99.99999%雙總線系統(tǒng)射式配電2B雙路電源，末端切換。采用放N+X 冗余99.999%并機(jī)系統(tǒng)射式配電3CN采用放射式配電99.99%單機(jī)系統(tǒng)供電系統(tǒng)中的交直流相互轉(zhuǎn)換，不僅是電能損耗的主要

12、來源，同時也可能危及供 電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。理想的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)即是電能直接以直流電的形式相 互轉(zhuǎn)換，忽略整流和逆變單元。IDC 和數(shù)據(jù)機(jī)房作為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)專用機(jī)房，根據(jù)直交流轉(zhuǎn)換的不同，目前的數(shù)據(jù)中 心供電方式主要有以下三種模式：傳統(tǒng) UPS 供電系統(tǒng)、HVDC 供電系統(tǒng)和市電直供。1.1.傳統(tǒng) UPS：超大型數(shù)據(jù)中心牽引電源備份增加，向大功率、 模塊化發(fā)展，電源整體價值量有望提升UPS（Uninterruptible Power Supply）利用電池的化學(xué)能作為能量后備，當(dāng)市 電發(fā)生斷電或異常等電網(wǎng)故障時，為用戶設(shè)備提供不間斷的（交流）電能的一種能量 轉(zhuǎn)換裝置，被稱之為不間斷電源。目前

13、數(shù)據(jù)中心應(yīng)用最廣的主流產(chǎn)品即在線雙變換UPS。目前 UPS 從儲能方式大致分為動態(tài) UPS 和靜態(tài) UPS，動態(tài) UPS 和靜態(tài) UPS 又可以 細(xì)分為后備式，在線互動式，在線雙轉(zhuǎn)換式等；從技術(shù)上又分為工頻機(jī)和高頻機(jī)， 高頻機(jī)中又細(xì)分為塔式機(jī)和模塊化。UPS 作為應(yīng)用最為成熟的不間斷電源產(chǎn)品在各行各業(yè)應(yīng)用廣泛，尤其是通信、互 聯(lián)網(wǎng)、電力、軍事等對于供電要求比較嚴(yán)格的行業(yè)。UPS 主要分為三大部分：整流模塊、逆變模塊和蓄電池。當(dāng)電網(wǎng)給系統(tǒng)輸電時， 經(jīng)過整流模塊整流后，將 AC 轉(zhuǎn)化為 DC，DC 經(jīng)逆變模塊逆變成 AC 供給給各個負(fù)載， 并給蓄電池充電，而大多負(fù)載又通過內(nèi)部適配器將 AC 再次轉(zhuǎn)

14、化為 DC 使用。若電網(wǎng)故 障無法給系統(tǒng)輸電時，蓄電池中儲存的電能立刻就會大幅度輸出，經(jīng)過逆變器輸送給 各個負(fù)載。第4頁，共34頁。圖 1UPS 典型方案與 ECO 方案資料來源：李晶晶，C114 中國通信網(wǎng)，華西證券研究所AC UPS+后備電池方案由于高成熟度在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。但是隨著數(shù)據(jù)中心 建設(shè)規(guī)模越來越大，用戶對數(shù)據(jù)中心能耗和可用性要求逐漸提高，該方案固有的低效 率和可用性差等缺點(diǎn)逐漸暴露。UPS 技術(shù)架構(gòu)存在的缺陷： 表 2 UPS 系統(tǒng)存在的技術(shù)架構(gòu)問題系統(tǒng)缺陷附注a、N+1 UPS 系統(tǒng)上下游 仍存在單故障點(diǎn)，無法 克服單點(diǎn)故障率高UPS 供電時，IT 設(shè)備內(nèi)部的電容器每秒鐘

15、發(fā)生 100 次的充放電過程，充放電過 程中電流通過電容器產(chǎn)生熱量，熱量加速電容器的老化，無法克服單點(diǎn)故障率高。c、UPS 受到的干擾多b、增加逆變器設(shè)備， 使系統(tǒng)效率降低，能耗 增加當(dāng) UPS 處于旁路運(yùn)行時，市電電源的高頻開關(guān)操作電壓、瞬態(tài)過電壓變化、雷 電過電壓和諧波等都可能直接干擾通信設(shè)備。即是 UPS 正常運(yùn)行，由于逆變器輸出交流電，接到下一級高頻開關(guān)整流器等電源設(shè)備而產(chǎn)生的諧波也有可能干擾數(shù)據(jù)中 心設(shè)備。如果干擾過大或頻繁發(fā)生，輕者導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)傳輸速率下降，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)“丟包率”增大等隱患，從而導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被迫進(jìn)入“降額”使用狀態(tài)，嚴(yán) 重時還會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓。d、三次諧波的火災(zāi)隱

16、 患三次諧波在中性線中不會抵消而產(chǎn)生過載發(fā)熱，甚至發(fā)生火災(zāi)，也會經(jīng)常發(fā)生 斷路器跳閘或熔斷器熔斷現(xiàn)象。e、供電系統(tǒng)復(fù)雜性為了達(dá)到高可靠性要求，UPS 供電模式必須采用 UPS 冗余供電系統(tǒng)、雙總線輸出 的配線方式，有時還需要在三相交流饋電線的中性線中加裝隔離變壓器設(shè)備，增加 供電系統(tǒng)復(fù)雜性。f、負(fù)載端的短路瞬變 電流影響負(fù)載端線路發(fā)生短路事故時，直流回路由于有蓄電池并聯(lián)工作，蓄電池能吸收 短路瞬變電流，或者利用電纜配電系統(tǒng)使領(lǐng)近饋電線路不受影響。但在交流 UPS 系 統(tǒng)中，負(fù)載接到逆變器上，臨近饋電線路會受到瞬變電壓影響。資料來源：郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，朱雄世，華西證券研究所整理1.1.1.大型及超大

17、型數(shù)據(jù)中心采用更為節(jié)能的 ECO 模式，電源備份冗余增 加由于 UPS 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此自身容易發(fā)生故障，因此在實(shí)際應(yīng)用中，依靠設(shè)備冗余 能夠提高供電可靠性，普遍采用 N+1（冗余并聯(lián) UPS）或 2N（雙系統(tǒng) UPS）的供電架5第5頁，共34頁。構(gòu)。除此之外，UPS 系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置方案還包括無冗余、串聯(lián)冗余、分布式冗余等，其 相關(guān)使用信息如下表：表 3 數(shù)據(jù)中心的 UPS 涉及配置的選取配置過往使用使用原因無冗余（N）小型公司具有多個本地辦公地點(diǎn)的公司 具有地理冗余數(shù)據(jù)中心的公司減少投資成本和能源成本 支持關(guān)鍵性較低的應(yīng)用 簡單配置和安裝允許停機(jī)維護(hù)串聯(lián)冗余中小型公司IT 容量通常小于 500k

18、W 的數(shù)據(jù)中心與“1N”相比具有較好的容錯性 允許使用不同型號的 UPS允許未來增加負(fù)載并聯(lián)冗余（N+1）有數(shù)據(jù)中心的大中小型公司，其 IT 容量通常小于 500kW與“1N”相比具有較好的容錯性 允許未來增加負(fù)載分布式備用冗余有數(shù)據(jù)中心的大型公司，其 IT 容量 通常大于 1MW允許使用不同型號的 UPS 允許添加更多容量與 2N 相比更加經(jīng)濟(jì)帶 STS 的分布式冗余有數(shù)據(jù)中心的大型公司，其 IT 容量 通常遠(yuǎn)大于 1MW并行維護(hù)的能力 與 2N 相比更加經(jīng)濟(jì)無 STS 的分布式冗余（如：三重冗余）大型外包服務(wù)提供商與 2N 相比更加經(jīng)濟(jì)通過帶有 STS 的設(shè)計(jì)可以節(jié)約成本在 A 側(cè)和 B

19、側(cè)之間完全冗余 更容易保持 UPS 系統(tǒng)平衡負(fù)載雙系統(tǒng)冗余（2N,2N+1）大型 MW 級數(shù)據(jù)中心資料來源：施耐德電氣數(shù)據(jù)中心科研中心，華西證券研究所整理實(shí)際應(yīng)用 N+1 或 2N 系統(tǒng)配置，因冗余度較高而造成實(shí)際負(fù)載率較低，直接導(dǎo)致 實(shí)際系統(tǒng)效率僅約 200kW，能效過低。另外， UPS 由于自身原理特性，系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部器件繁多，導(dǎo)致可靠性差（尤其是輸出端靜態(tài)開關(guān)切換時容易產(chǎn)生瞬斷）， 維護(hù)難度大，實(shí)際可用性較低。但 UPS 的雙變換拓?fù)涞姆€(wěn)壓、濾波功能使得傳統(tǒng) UPS 能夠保證引入儲能系統(tǒng)并提 供穩(wěn)定輸出，因此其抗干擾能力在交通、通信等行業(yè)及其他具備惡劣使用環(huán)境（礦場、 車間）一直廣泛

20、應(yīng)用。雖然傳統(tǒng) UPS 系統(tǒng)配合雙路市電引入及后端雙路供電服務(wù)器設(shè)備能夠達(dá)到符合要 求的可靠性，但是同時也帶來投資的增長。對于目前規(guī)模體量不斷增加的數(shù)據(jù)中心來 說，其系統(tǒng)架構(gòu)越來越復(fù)雜，成本越來越高并不適用其長期發(fā)展。因此隨著電網(wǎng)環(huán)境不斷轉(zhuǎn)好，且服務(wù)器成本下降，同時包括數(shù)據(jù)中心采用 ECO 模式（經(jīng)濟(jì)模式）供電應(yīng)用越來越廣泛：ECO 模式即 UPS 通過旁路來進(jìn)行供電，在停電或者電網(wǎng)波動超過設(shè)定上線時自動 切換到雙變換模式。在數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)中，如今數(shù)據(jù)中心大多選在一線城市或周邊，其電網(wǎng)環(huán)境普 遍較好，同時服務(wù)器不僅價格低廉且電源抗干擾能力不斷增強(qiáng)（自帶 PFC 校正功能）， 因此在歐洲等電網(wǎng)

21、環(huán)境較好的地區(qū) ECO 模式應(yīng)用不斷增加。1.1.2.模塊化數(shù)據(jù)中心建設(shè)，引導(dǎo) UPS 產(chǎn)品大功率化、模塊化6第6頁，共34頁。隨著云計(jì)算、虛擬化等技術(shù)成熟以及集中化、高密化服務(wù)器的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心需 要更加可靠、高效并能夠整體快速部署的建設(shè)方案，模塊化數(shù)據(jù)中心就應(yīng)需而生，并 逐漸成為目前廣受市場認(rèn)可的新模式。而在數(shù)據(jù)中心初期建設(shè)過程中，就必須要考慮未來擴(kuò)容增量的需求，因此統(tǒng)一標(biāo) 準(zhǔn)化的模塊化設(shè)計(jì)能夠?yàn)槲磥硪?guī)劃設(shè)計(jì)帶來便利，同時其整理快速部署也能大大縮減 建設(shè)周期，尤其有利于大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的分階段投產(chǎn)以及后期的統(tǒng)一維護(hù)等。模塊化數(shù)據(jù)中心簡單來說是指供配電和空調(diào)系統(tǒng)能夠標(biāo)準(zhǔn)化并整體快速部署組成 數(shù)

22、據(jù)中心并開始運(yùn)行的系統(tǒng)，即可以是一個機(jī)房，一層樓或者是一整棟建筑作為一個 模塊。但實(shí)際應(yīng)用中，模塊化數(shù)據(jù)中心并不只是簡單的模塊化 UPS 和列間空調(diào)的簡單組 合，還應(yīng)該考慮靈活匹配不同行業(yè)需求，根據(jù)數(shù)據(jù)中心規(guī)模大小、場景、應(yīng)用等作出 差異化部署。其能夠靈活運(yùn)營于中小型數(shù)據(jù)中心部署，同時在數(shù)據(jù)中心超大型規(guī)模導(dǎo) 向下，其產(chǎn)品化、標(biāo)準(zhǔn)化的模式也能有效解決超大型數(shù)據(jù)中心“高可靠、高效節(jié)能和 整體快速部署”的需求。不過從技術(shù)演進(jìn)角度來說，模塊化數(shù)據(jù)中心源自于模塊化 UPS 的出現(xiàn)，模塊化UPS 的可拓展性、高能效性等方面補(bǔ)足了對比 HVDC 模塊的缺陷。而模塊化數(shù)據(jù)中心 在模塊化 UPS 基礎(chǔ)之上進(jìn)一步

23、集成制冷系統(tǒng)、電力分配系統(tǒng)以及機(jī)柜系統(tǒng)，同時模塊化設(shè)計(jì)能夠幫助數(shù)據(jù)中心分期投資，減少一次到位的資本支出負(fù)擔(dān)以及縮短大規(guī)模數(shù) 據(jù)中心建設(shè)初期低負(fù)載的運(yùn)行時間，最終達(dá)到節(jié)約成本，提高能效的目的。圖 2模塊化數(shù)據(jù)中心演進(jìn)流程資料來源：CAICT，華西證券研究所整理1.2.互聯(lián)網(wǎng)廠商率先推廣市電+HVDC，迎接未來數(shù)據(jù)中心電源新模式1.2.1.模塊化 UPS 彌補(bǔ)了傳統(tǒng) UPS 的技術(shù)缺陷，但在成本側(cè)和并機(jī)條件上 仍稍弱于 HVDC 系統(tǒng)前文中就體積模塊化 UPS，彌補(bǔ)了傳統(tǒng) UPS 在彈性擴(kuò)展、匹配性、高可用性、高 密度、高效率等多方面的不足，產(chǎn)品性能與 HVDC 模塊差異不大。表 4 不同類型 U

24、PS 對數(shù)據(jù)中心需求的適配度表工頻 UPS高頻 UPS模塊化 UPS彈性擴(kuò)展難以按需擴(kuò)容難以按需擴(kuò)容按需擴(kuò)容可用性低，一旦故障運(yùn)維人可用性低，一旦故障運(yùn)維人可用性高，N+X 冗余實(shí)現(xiàn)更高可用性員無法處理，需要原廠維員無法處理，需要原廠維可靠性；運(yùn)維人員更換故障護(hù)，故障恢復(fù)時間長護(hù)，故障恢復(fù)時間長模塊即可消除故障效率低，低負(fù)載率及諧波治理措施導(dǎo)致運(yùn)行效率遠(yuǎn)低于宣傳較高，運(yùn)行效率一般典型值90%-94%高，一般均采用低載高效設(shè)計(jì)，典型值 95%。模塊 N+X 冗7第7頁，共34頁。8資料來源：電子變壓器咨詢網(wǎng)，華西證券研究所整理功率密度智能化程度 匹配程度效率，運(yùn)行效率一般在 85%左右余配置時運(yùn)

25、行效率可達(dá) 96%低，內(nèi)置變壓器用于升壓和產(chǎn)生中線，功率密度難以提 升較高，變壓器取消之后效率 有一定提升較高，效率一般較高，易實(shí) 現(xiàn)更大的功率密度取決于設(shè)計(jì)，但工頻 UPS 主要廠商大多已停止研發(fā)，智 能化程度相對較低取決于設(shè)計(jì)取決于設(shè)計(jì)。一般為各廠商 高端產(chǎn)品，智能化程度較高不匹配一般匹配但是 HVDC 系統(tǒng)的直流模塊并機(jī)只涉及模塊均流，只需調(diào)壓即可，而 UPS 模塊在 實(shí)際運(yùn)用中，并機(jī)需要幅度、頻率和相位一致才能可靠并機(jī)，因此 HVDC 模塊能夠更 為安全的去熱插撥增加或者更換故障模塊。1.2.2.HVDC 系統(tǒng)對傳統(tǒng) UPS 電源的替代效應(yīng)相對傳統(tǒng) UPS 而言，HVDC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大大

26、簡化，同時在低故障率、在線擴(kuò)容、系 統(tǒng)復(fù)雜度、可維護(hù)性上都具有一定優(yōu)勢。表 5 HVDC 與傳統(tǒng) UPS 電源比較項(xiàng)目HVDC（240V）UPS（22V/360V）輸出波形直線正弦波或方波輸出參數(shù)高低輸出電壓240V220V/380V系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化程度高模塊化程度低控制可自主控制輸出對控制模塊依賴性高蓄電池供電直接經(jīng)逆變器并機(jī)條件極性、電壓相同極性、電壓、相位、頻率相同并機(jī)復(fù)雜程度可在直流側(cè)簡單并接不可簡單并接單點(diǎn)故障少多在線擴(kuò)容可行性大可行性小可維護(hù)性較高較低占地面積小大資料來源：電力信息與通信技術(shù)，華西證券研究所整理其架構(gòu)優(yōu)勢具體表現(xiàn)為：a、拓?fù)浜唵危盒铍姵剡B在輸出母線上，可靠性高；b、維

27、護(hù)便捷，割接改造更為方便：插拔式設(shè)計(jì)，可在線擴(kuò)容、不掉電割接；第8頁，共34頁。對于采用 UPS 供電的設(shè)備來說，除非其采用雙電源（或四電源、六電源），或?qū)?門配置有 STS 設(shè)備，否則通常只能采用停電方式割接。對于重要系統(tǒng)來說，這是難以忍受的，更為麻煩的是，一些沒有廠家支撐的老型設(shè)備，很有可能出現(xiàn)停機(jī)不能重啟 的現(xiàn)象。直流電源只要做到輸出電壓和極性相同即可連接到一起，從而實(shí)現(xiàn)不停電割接。c、受到干擾少，可靠度更高：UPS 在斷電時蓄電池需要通過逆變電路進(jìn)行輸出， 而 HVDC 蓄電池與輸出共母排，理論上備電系統(tǒng)更加簡單可靠。但同時電池長期熱備 份同樣對其使用壽命造成影響，因此 HVDC 對電

28、池管理要求更高；高壓直流供電技術(shù)引入的主要目的就在于提升系統(tǒng)的可靠性。UPS 系統(tǒng)本身僅并 聯(lián)主機(jī)具有冗余備份，整機(jī)系統(tǒng)組件之間更多是串聯(lián)關(guān)系，總體可靠性低于單個組件 的可靠性。直流系統(tǒng)，系統(tǒng)的并聯(lián)整流模塊、蓄電池組均構(gòu)成了冗余關(guān)系，總體可靠 性高于單個組件的可靠性。理論計(jì)算和運(yùn)行實(shí)踐都表明，直流系統(tǒng)的可靠性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高 于 UPS 系統(tǒng)。圖 3UPS 和 HVDC 可靠性分析資料來源：NTT Data，華西證券研究所整理d、低冗余度和模塊休眠功能提高實(shí)際運(yùn)行效率：雖然 HVDC 和 UPS 的單機(jī)設(shè)備 在一定負(fù)載率下效率相差無幾，但 HVDC 系統(tǒng)整流模塊采用小容量 N+1 冗余，冗余度 較低，

29、且具備模塊休眠功能，使得其在實(shí)際應(yīng)用中整流模塊能夠運(yùn)行在 50%-80%的高 負(fù)載率區(qū)間中，大幅提高實(shí)際運(yùn)行效率，較傳統(tǒng) UPS 實(shí)際效率高出 10%-15%。目前大量使用的 UPS 主機(jī)均為在線雙變換型，在負(fù)載率大于 50%時，其轉(zhuǎn)換效率 與開關(guān)電源相近。為了保證 UPS 系統(tǒng)的可靠性，UPS 主機(jī)均采用 n+1 方式運(yùn)行，UPS 單機(jī)的設(shè)計(jì)最大穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)載率僅為 3553%。而受后端設(shè)備虛提功耗和業(yè)務(wù)發(fā)展的 影響，很多 UPS 系統(tǒng)通常在壽命中后期才能達(dá)到設(shè)計(jì)負(fù)載率，甚至根本不能達(dá)到設(shè)計(jì) 負(fù)載率，UPS 主機(jī)單機(jī)長期運(yùn)行在很低的負(fù)載率，其轉(zhuǎn)換效率通常為 70%，甚至更低。 對于直流電源系統(tǒng)

30、而言，因其采用模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)輸出負(fù)載的大小，可靈活控制9第9頁，共34頁。模塊的開機(jī)運(yùn)行數(shù)量，使整流器模塊的負(fù)載率始終保持在較高的水平，從而使系統(tǒng)的 轉(zhuǎn)換效率保持在較高的水平。e、帶載能力大大提高UPS 系統(tǒng)帶載能力受兩個因素的制約，一是負(fù)載的功率因數(shù)，二是負(fù)載的電流峰 值系數(shù)，通常 UPS 主機(jī)的設(shè)計(jì)波峰因數(shù)為 3，如果負(fù)載的電流峰值系數(shù)大于 3，則UPS 主機(jī)將降容使用。對于直流系統(tǒng)而言，不存在功率因數(shù)的問題；因其并聯(lián)了大容量蓄電池組，加之 整流器模塊有大量的富余（充電和備用），其帶大電流峰值的負(fù)荷能力很強(qiáng)，不需專 門增加安全余量。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，HVDC 普遍還被商家宣傳效率高，

31、節(jié)能環(huán)保，雖然 HVDC 系 統(tǒng)效率比工頻 UPS 高，但與目前模塊化 UPS 并沒有明顯差別（模塊化 UPS 在下文再 詳細(xì)描述）；此外在模塊化方面，HVDC 模塊支持熱插撥，相比傳統(tǒng)塔式 UPS 在擴(kuò)容和維護(hù)上 都有很大優(yōu)勢，但與模塊化 UPS 差別不大。小結(jié)：HVDC 系統(tǒng)以其在系統(tǒng)效率、可靠性、可維護(hù)性及建設(shè)成本等方面的突出 優(yōu)勢大獲互聯(lián)網(wǎng)廠商青睞。雖然傳統(tǒng) UPS 行業(yè)也衍生出了高頻 UPS 等技術(shù)分支，部 分解決了傳統(tǒng) UPS 負(fù)載率低、分期建設(shè)難、可擴(kuò)展性差等問題，但由于多模塊的交 流并機(jī)復(fù)雜性、單點(diǎn)并機(jī)板、異常轉(zhuǎn)旁路、電池掛接在逆變器前逆變損壞等風(fēng)險都 無法和 HVDC 技術(shù)媲

32、美。此外目前模塊化 UPS 在產(chǎn)品端與 HVDC 產(chǎn)品也差別不大，但 由 HVDC 構(gòu)成的供電系統(tǒng)及其后端服務(wù)器的變化才是 HVDC 真正的價值體現(xiàn)。A、成本端：大大壓縮前期投資和后期維護(hù)成本（1）高壓直流電源投資成本低HVDC 系統(tǒng)比傳統(tǒng) UPS 系統(tǒng)節(jié)省至少 40%的投資，且占用更少機(jī)房面積，而對于 數(shù)據(jù)中心來說更小的占地面積也意味著更低的成本。以 2N UPS 和 240V HVDC 為例， 目前數(shù)據(jù)中心應(yīng)用最為廣泛的容量等級約為 400KVA、UPS 輸出功率因數(shù)典型值為 0.8-0.9，折算成 360KW，相當(dāng)于同樣功率的單套 1200A 的高壓直流系統(tǒng)。表 6 HVDC 與傳統(tǒng) U

33、PS 電源一次性投資比較設(shè)備類型400KVA 2N UPS1200A 直 流 240V HVDC單套電源系統(tǒng)設(shè)備配置1 主輸入+2 柜整流逆變+1 主機(jī)輸出1 交流輸入+2 整流+1 直流輸出1.變壓器低壓輸出柜800A 柜 2 臺，每臺 2 框架斷路器800A 柜 0.5 臺 1 框架,5*250A 柜 1 臺造價及占地面積15*2=30 萬（雙框架） 占地面積：2 配電柜8+5=13 萬（但框架）占地面積 1.5 配電柜2不間斷電源系統(tǒng)2 套 400KVA UPS 主機(jī)1 套 240V HVDC 主機(jī)造價及占地面積24*2=48 萬占地面積：8 個配電柜22*1=22 萬元占地面積：4 個

34、機(jī)柜3 不間斷電源輸出配電柜2 套 UPS 主輸出+2 套之路配電0造價及占地面積（8+5）*2=26 萬 占地面積：4 個配電柜04.末端配電柜數(shù)量5 套交流10 套交直流末端配電投資10*5=50 萬占地面積：2.5 個配電柜10*5+5*5=75 萬占地面積：5 個配電柜5.線纜數(shù)量多輸出配電及維修旁路線纜等單項(xiàng)直流線纜比三相交流線纜稍貴10第10頁，共34頁。占地面積（不含電池室且交 直流分開）16.5 面柜10.5 面柜一次性投資成本154 萬（不含配套濾波）110 萬資料來源：騰訊數(shù)據(jù)中心，華西證券研究所（2）電源維護(hù)成本低在維修成本方面，高壓直流供電采用的整流模塊化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場替換

35、非常方便，而 且由于直流供電系統(tǒng)的可靠性遠(yuǎn)高于交流 UPS 系統(tǒng)，故維修概率也大大減小。B、技術(shù)端：HVDC 系統(tǒng)與當(dāng)前的模塊化 UPS 產(chǎn)品差異并不大模塊化 UPS 彌補(bǔ)了傳統(tǒng) UPS 在彈性擴(kuò)展、匹配性、高可用性、高密度、高效率等 多方面的不足，產(chǎn)品性能與 HVDC 模塊差異不大，但成本略高于 HVDC，安全性高于HVDC。表 7 HVDC 與模塊化 UPS 對比11資料來源：華西證券研究所模塊化 UPSHVDC安全性較高較低實(shí)際系統(tǒng)效率95%-96%96%以上節(jié)能效果節(jié)約 30%節(jié)約 25%以上架構(gòu)復(fù)雜程度簡單簡單可靠性高高維護(hù)難度低低維護(hù)費(fèi)用低低可擴(kuò)展性高高占地面積節(jié)約 40%節(jié)約 4

36、0%一次性投資成本較高節(jié)約 30%-40%C、政策端：通信行業(yè)及國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐漸完善近幾年來，隨著國家隊(duì)節(jié)能減排以及綠色數(shù)據(jù)中心技術(shù)的愈加重視，中國通信行 業(yè)及國家相關(guān) HVDC 標(biāo)準(zhǔn)相繼發(fā)布，不斷引導(dǎo)和支持 HVDC 推廣工作。2012 年，為貫徹落實(shí)節(jié)能減排，加快節(jié)能技術(shù)推廣普及，發(fā)改委公布的國家 重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄（第五批）中就有“通信用 240V 高壓直流供電系統(tǒng)技術(shù)”， 是信息通信行業(yè)的唯二項(xiàng)目之一。2014 年，國家發(fā)改委將此相關(guān)技術(shù)納入國家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄（2014 年版）。2015 年，工信部、國家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局及能源局為開展綠色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作， 共同研究制定國家綠

37、色數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)工作方案，其中特別強(qiáng)調(diào)“數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵設(shè) 備生產(chǎn)企業(yè)要加強(qiáng)生態(tài)設(shè)計(jì)，提高設(shè)備能源使用效率，控制有毒有害物質(zhì)使用，采用 易于拆解和回收處理的設(shè)計(jì)。試點(diǎn)單位要加強(qiáng)綠色智能服務(wù)器、能源管理信息化系統(tǒng)、 熱場管理、余熱利用、自然冷源、水循環(huán)利用、分布式供能、直流供電等技術(shù)和產(chǎn)品 應(yīng)用”。第11頁，共34頁。2016 年，工信部組織開展綠色數(shù)據(jù)中心先進(jìn)適用技術(shù)篩選工作，其中通信用240V/336V 直流供電技術(shù)位列供配電類技術(shù)首位。表 8 2007 年以來 HVDC 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定資料來源：華西證券研究所12通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布：YD/T 23782011通信用 240V 直流供電系統(tǒng)YD/

38、T 25552013通信用 240V 直流供電系統(tǒng)配電設(shè)備YD/T 25562013通信用 240V 直流供電系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)要求YD/T 26562013基于 240V/336V 直流供電的通信設(shè)備電源輸入接口技術(shù)要求與試驗(yàn)方法 YD/T 30882016通信用 336V 整流器YD/T 30892016通信用 336V 直流供電系統(tǒng)YD/T 30912016通信用 240V/336V 直流供電系統(tǒng)運(yùn)行后評估要求與方法 YD 52102014240V 直流供電系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范編制中：通信用 240V/336V 直流配電單元（報(bào)批中）通信用 240V/336V 輸入直流-直流電源模塊（報(bào)批中） 通

39、信用 240V 直流供電系統(tǒng)使用技術(shù)要求（報(bào)批中） 通信 240V/336V 供電系統(tǒng)用直流斷路器（報(bào)批中）國家標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布：GB 512152017通信高壓直流電源設(shè)備工程設(shè)計(jì)規(guī)范 編制中：通信用 240V/336V 直流供電系統(tǒng)技術(shù)要求和試驗(yàn)方 法（報(bào)批中） 通信高壓直流電源設(shè)備工程驗(yàn)收規(guī)范（編制中）國際標(biāo)準(zhǔn)化組織Uninterruptible power systems(UPS)Part 5-3 DC output UPS-IEC IEC 62040-5-3-2016Performance and test requirementsDirect current power feeding

40、interface up to 400 V at the input toITU ITU-T L.1200-201205telecommunication and ICT equipmentITU-T L.1201-2001403Architecture of power feeding systems of up to 400 VDC ITU-T L.1300-201111Best practices for green data centres信通院與開放數(shù)據(jù)中心委員會 2018 年發(fā)布的數(shù)據(jù)中心白皮書中指出，“隨著 產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L，數(shù)據(jù)中心建設(shè)成本和能耗激增，可靠性高、成本低的高壓直流

41、（HVDC），成為數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)的新選擇，采用“HVDC+市電直供”相結(jié)合的模式， 供電效率可提升到 94%-95%，若采用 HVDC 離線模式，其供電效率可提升至 97%以上， 目前 HVDC 已在 BAT 等大型互聯(lián)網(wǎng)公司得到了廣泛應(yīng)用?！苯陙?，互聯(lián)網(wǎng)公司探索 48V、12V 供電模式，如谷歌、Facebook 的 48V 整機(jī)柜 供電架構(gòu)、百度的 12V 分布式鋰電池系統(tǒng)等，進(jìn)一步提高供電效率，并實(shí)現(xiàn)模塊化部 署，熱插拔維護(hù)?！翱傮w來看，供電系統(tǒng)逐漸由交流/集中式向直流/分布式轉(zhuǎn)變，提高效率，降 低成本，簡化運(yùn)維。”D、應(yīng)用情況：運(yùn)營商和 BAT 等互聯(lián)網(wǎng)廠商大力推廣 HVDC 應(yīng)用

42、第12頁，共34頁。HVDC 作為一項(xiàng)已經(jīng)成熟的技術(shù)，在國內(nèi)外應(yīng)用卻并沒有鋪開。直到近些年隨著 數(shù)據(jù)機(jī)房規(guī)模不斷擴(kuò)大，對能耗指標(biāo)的不斷提高才促使互聯(lián)網(wǎng)廠商等開始重視高壓直流的應(yīng)用，2007 年江蘇電信就最早在國內(nèi)嘗試。隨后通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心就開始廣 泛應(yīng)用 240V 的 HVDC 技術(shù)。前期，主要由三大運(yùn)營商主導(dǎo)（主要是中國電信）HVDC 推廣應(yīng)用，隨后 BAT 等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在云數(shù)據(jù)中心建設(shè)中也紛紛開始嘗試相較于 UPS 更加節(jié)能減排且高效的 HVDC 技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中。目前，高壓直流的主流方案為國內(nèi)的 240V、336V 和國外的 380V 等形式。由于大 部分標(biāo)準(zhǔn)交流輸入設(shè)備可直接采用 240

43、V 直流供電，因此國內(nèi)主流運(yùn)營商正逐步擴(kuò)大 面積推廣 240V HVDC 系統(tǒng)，但 336V、380V 等電壓等級的 HVDC 需要定制的服務(wù)器電源， 其推廣難度相對較大，且配套配電系統(tǒng)仍未成熟，因此應(yīng)用范圍較少。同時，目前主流 HVDC 都是基于通信電源進(jìn)行開發(fā)（即采用 48V 輸出），所以HVDC 供電架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心和通信機(jī)房或基站電源應(yīng)用中存在很大的共通之處。近年來運(yùn)營商和 BAT 等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)不斷推動 HVDC 應(yīng)用，在通信電源側(cè)的推廣是 基于其易維護(hù)、易擴(kuò)容的特性導(dǎo)向下造成的，而互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)則是基于對 HVDC 較低成 本及系統(tǒng)簡單性的考量而選擇 HVDC 進(jìn)行推廣。通信用 HVDC

44、大量應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)和運(yùn)營商數(shù)據(jù)中心中，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)后來居上。據(jù) 不完全統(tǒng)計(jì)，截止 2017 年 11 月，國內(nèi)通信用 HVDC 實(shí)際應(yīng)用量已達(dá)到 5810 個，累計(jì) 總供電容量達(dá)到 5379800A。無論是數(shù)量還是容量上互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和運(yùn)營商共占去 85%以 上的份額。HVDC 技術(shù)應(yīng)用前期由三大運(yùn)營商（主要中國電信）引導(dǎo)，后期互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)成本 需求帶動技術(shù)廣泛應(yīng)用：通過縱向?qū)Ρ龋?007-2014 年之前，HVDC 應(yīng)用系統(tǒng)主要以 電信運(yùn)營商為主，在通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的系統(tǒng)數(shù)占大頭。但是受制于供電需求和技術(shù)發(fā)展 水平限制，系統(tǒng)容量都不大。但近幾年隨著云計(jì)算逐步成熟，尤其是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)（BAT 等）開始大力建設(shè)

45、大型 IDC、云數(shù)據(jù)中心等，HVDC 需求量突飛猛進(jìn)，HVDC 應(yīng)用 也后來居上。2017 年，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的 HVDC 應(yīng)用系統(tǒng)無論從數(shù)量還是容量均超過電信企業(yè)。 圖 4HVDC 應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)量發(fā)展情況（單位：個）圖 5HVDC 應(yīng)用系統(tǒng)容量發(fā)展情況（單位：個）資料來源：電信技術(shù)，華西證券研究所資料來源：電信技術(shù)，華西證券研究所1.2.3.市電+ UPS/HVDC 模式優(yōu)于傳統(tǒng)集中供電系統(tǒng)；市電+HVDC 成為互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)爭先應(yīng)用的最新領(lǐng)域前文提到 UPS 的 ECO 模式，即是市電+UPS 模式的應(yīng)用之一。在數(shù)據(jù)中心供電系 統(tǒng)中，傳統(tǒng) UPS 系統(tǒng)依靠前端雙路引入市電來提高供電可靠性，但同時也帶

46、來投資的13第13頁，共34頁。增長。對于目前規(guī)模體量不斷增加的數(shù)據(jù)中心來說，其系統(tǒng)架構(gòu)越來越復(fù)雜，成本越 來越高并不適用其長期發(fā)展。同時隨著虛擬化等技術(shù)普及，比如兩地三中心、同城雙活等備災(zāi)方案也大幅提升 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)的連貫性，單個數(shù)據(jù)中心的 IT 設(shè)備本身對于供電可靠性的要求 也有所降低。因此，依靠引入一路市電直供+UPS/HVDC 的模式應(yīng)用更受互聯(lián)網(wǎng)廠商青 睞。（1）市電+AC UPS 方案：該方案國內(nèi)最初應(yīng)用來自于百度在 2009 年自建機(jī)房， 在保證較高可用性基礎(chǔ)上，建設(shè)投資縮減近半，運(yùn)行效率提升 5%以上。圖 6市電+AC UPS 典型方案資料來源：朱永忠，中國 IDC 圈，

47、華西證券研究所整理高可用性：近年來國內(nèi)供電質(zhì)量穩(wěn)步提升，電力公司可承諾供電可用性可達(dá)到99.9%，1 路市電+1 路 AC UPS 配置的系統(tǒng)可用性可達(dá)到 7-8 個 9 的可用性，與傳統(tǒng)2N 配置的 AC UPS 相比差不多，可滿足 T4 級供電可用性要求，高于傳統(tǒng) N+1 配置的 AC UPS 系統(tǒng)可用性（5 個 9）。應(yīng)用過程中，市電閃斷或波形變動對服務(wù)器斷電沒有直接影響，市電供電也未給 服務(wù)器電源模塊運(yùn)行帶來明顯故障率上升。建設(shè)成本更低：與 2N AC UPS 系統(tǒng)比，建設(shè)投資縮減近半；與傳統(tǒng) N+1 AC UPS 系統(tǒng)比，投資略低。運(yùn)行效率更高：實(shí)際末端配電系統(tǒng)效率可達(dá) 97%，較

48、2N AC UPS 系統(tǒng)高出約 10%， 較 N+1 AC UPS 高出約 5%。表 9 AC UPS 系統(tǒng)和市電+AC UPS 系統(tǒng)比較供電模式市電+ UPS2N UPSN+1 UPS可用性99.99999%相似較低建設(shè)成本-約多 40%略高14第14頁，共34頁。資料來源：華西證券研究所整理運(yùn)行效率95%85%90%因此，綜合考量可用性、建設(shè)成本及運(yùn)行效率，無論是雙系統(tǒng) 2N 式還是并聯(lián)冗 余 N+1 式 UPS 供電系統(tǒng)，都無法優(yōu)于市電+ AC UPS 供電模式。（2）市電+HVDC 方案：隨著 HVDC 技術(shù)逐步成熟，在試點(diǎn)+AC UPS 應(yīng)用基礎(chǔ)上， 部分國內(nèi)企業(yè)開始逐步嘗試市電+H

49、VDC 供電方案。圖 7市電+AC UPS 典型方案資料來源：朱永忠，中國 IDC 圈，華西證券研究所整理由于 HVDC 自身可用性高于 AC UPS 系統(tǒng)，因此市電+HVDC 系統(tǒng)可用性可達(dá) 8-9 個9，強(qiáng)于市電+AC UPS 系統(tǒng)，且投資較低，運(yùn)行效率高。綜上所述，市電+HVDC 模式無論在系統(tǒng)實(shí)用性、可靠性、成本端都領(lǐng)先于其他幾 類供電方案。1.3.超大型數(shù)據(jù)中心 HVDC 更具優(yōu)勢，更低的運(yùn)行成本能為其帶來更大的成本壓縮空間前文中分析了在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中各項(xiàng)配點(diǎn)方案的指標(biāo)。其中，最核心的兩項(xiàng)指 標(biāo)運(yùn)行成本和建設(shè)成本中，尤其是實(shí)際系統(tǒng)效率（對超大型數(shù)據(jù)中心運(yùn)行成本 影響較大）對互聯(lián)網(wǎng)廠商

50、的決策影響因素最大，也能為其帶來更大的成本壓縮空間。因此市電+UPS 和市電+HVDC 更具有優(yōu)勢，其中市電 HVDC 顯而易見更受大型互聯(lián) 網(wǎng)廠商的青睞。15第15頁，共34頁。百度將市電+HVDC 離線模式做到供電效率 99.5%：在 2010 年率先使用市電+UPS 供電方案，其效率達(dá)到 95%。而在最新的陽泉數(shù)據(jù)中心則采用了市電+UPS、市電+UPSECO（節(jié)能休眠模式）、市電+HVDC 在線和市電+HVDC 離線模式，其中市電+HVDC 離線 是世界首例采用該種供電架構(gòu)，其供電效率由原來的 2N UPS 的 90%一月提升至 99.5%。（所謂離線，是指正常情況下市電直供 IT 設(shè)備

51、，HVDC 僅作為蓄電池提供浮充，市電 中斷，轉(zhuǎn)由蓄電池供電，該架構(gòu)下，正常市電直供不經(jīng)過 HVDC 轉(zhuǎn)換，因此節(jié)能效果 顯著）。騰訊第三代供電系統(tǒng)“市電直供+240V HVDC ECO”供電效率高達(dá)近 98%：天津數(shù) 據(jù)中心二期采用騰訊的第三代供電系統(tǒng)，即“市電直供+HVDC”雙路供電架構(gòu)，并運(yùn) 行相關(guān)測試發(fā)現(xiàn)，相比傳統(tǒng) UPS 系統(tǒng)和雙路 HVDC 系統(tǒng)，市電直供+HVDC 模式在各個 負(fù)載率下供電效率均在 97%以上，且在不同負(fù)載率時，供電效率波動較小。其中部分 系統(tǒng)負(fù)載率在 20%以上時，供電效率穩(wěn)定在 98%以上。此外在節(jié)能性和故障率上騰訊 第三代供電系統(tǒng)均優(yōu)于其他系統(tǒng)。圖 8市電直

52、供+HVDC、雙路 HVDC 和 UPS 供電效率對比資料來源：騰訊數(shù)據(jù)中心，華西證券研究所整理阿里巴巴太陽能+240V 直流+柴油發(fā)電互備冗余：阿里巴巴張北數(shù)據(jù)中心同樣采 用市電直供+HVDC 供電模式，而最新的千島湖數(shù)據(jù)中心采用光伏太陽能+240C 直流+柴油發(fā)電機(jī)互備冗余架構(gòu)，太陽能作為一種補(bǔ)充，綜合供電效率達(dá) 97%以上，供電可靠 性接近 Tier4 最高級別。未來的張北機(jī)房二期工程也正積極探索太陽能、風(fēng)能在 IDC 供電系統(tǒng)中的補(bǔ)充應(yīng) 用，包括千島湖數(shù)據(jù)中心利用水力二次發(fā)電等，不斷往綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心方向創(chuàng)新。16第16頁，共34頁。1.3.1.市電+ HVDC 優(yōu)于市電+ UPS 模

53、式，將成為未來發(fā)展的趨勢以 400KVA 數(shù)據(jù)中心為例，對于 360KW 的系統(tǒng)，這里按 320KW 的實(shí)際負(fù)載來估算， 分別比較市電+UPS 和市電+ HVDC 在 8 年生命周期內(nèi)的總電費(fèi)差異。系統(tǒng)的效率往往 隨著負(fù)載率的提升而增加，如果 UPS 系統(tǒng)長期處于輕載狀態(tài)，那么運(yùn)行的實(shí)測效率并 沒有達(dá)到宣稱的最高效率點(diǎn)。對于 UPS 架構(gòu)，每套 UPS 的負(fù)載率往往只有 30%-40%之 間，實(shí)際的運(yùn)行效率只有 90%左右；市電+模塊化 UPS 系統(tǒng)，而市電直供支路基本是100%供電效率，所以整個系統(tǒng)效率大約為 95%；市電+HVDC 系統(tǒng)，由于有電池直接掛 接母線，那么高壓直流系統(tǒng)是允許節(jié)能

54、休眠的，監(jiān)控會自動開啟需要工作的電源模塊 數(shù)量，并使電源系統(tǒng)在任何負(fù)載情況下都可以工作在最高效率點(diǎn)附近，即高壓直流可 以在全負(fù)載范圍內(nèi)都達(dá)到 96%以上效率，而市電直供支路基本是 100%供電效率，因此 市電+HVDC 綜合供電效率為 98%。表 108 年內(nèi)兩種供電架構(gòu)浪費(fèi)電費(fèi)對比資料來源：騰訊數(shù)據(jù)中心，華西證券研究所整理設(shè)備類型市電+ACUPS 400KVA 系統(tǒng)市電+HVDC 400KVA 系統(tǒng)電源設(shè)備效率95%（負(fù)載率 40%左右）98%（全負(fù)載范圍）電源每年浪費(fèi)電費(fèi)320KW*24*365*5%*0.65=9.11 萬元320KW*24*365*2%*0.65=3.65 萬元8 年總

55、浪費(fèi)電費(fèi)合計(jì)72.8 萬元29.15 萬元因此，市電+HVDC 系統(tǒng)在機(jī)房運(yùn)營的 8 年生命周期內(nèi)，相比模塊化 UPS 和市電+ 模塊化 UPS 分別節(jié)省運(yùn)營電費(fèi) 43.65 萬和 14.65 萬元。如果對于 10 萬臺服務(wù)器的一個大型數(shù)據(jù)中心，按 60 個供電系統(tǒng)計(jì)算相比模塊化UPS 及市電+模塊化 UPS 僅僅是采用了“市電+240V HVDC”技術(shù)在 8 年時間內(nèi)就可以 節(jié)省電費(fèi)高達(dá) 2619 萬元，非?？捎^，該技術(shù)很值得在業(yè)界推廣使用。表 118 年內(nèi)兩種供電架構(gòu)浪費(fèi)電費(fèi)對比AC UPS市電+AC UPSHVDC市電+HVDC實(shí)際系統(tǒng)效率80%-90%97%96%98%節(jié)能效果中下較顯

56、著中等顯著架構(gòu)復(fù)雜程度復(fù)雜復(fù)雜簡單簡單可靠性中等較高高最高維護(hù)難度高較高低較低維護(hù)費(fèi)用高較高低最低建設(shè)成本高中低最低可擴(kuò)展性低低高高資料來源：騰訊數(shù)據(jù)中心，華西證券研究所整理1.3.2.HVDC 市場化推廣仍存在一定局限，滲透率提升空間較大A、HVDC 仍未放量，UPS 依舊是市場主流（1） UPS 銷量下滑，但基數(shù)巨大；模塊化 UPS 占比不斷提升。目前，雖然 UPS 整體市場銷量連續(xù)下滑，但超大數(shù)據(jù)中心對大功率 UPS 產(chǎn)品需 求不斷提高，整體銷售額仍保持大幅上升趨勢。17第17頁，共34頁。國內(nèi) UPS 市場呈現(xiàn)量減價升的趨勢，主要是由于大功率 UPS 占比增加。根據(jù)賽 迪咨詢統(tǒng)計(jì)，20

57、17 年中國 UPS 整體市場銷售額約為 62 億元，與 2016 年相比同比增長 10.7%，其中大功率 UPS（20KVA 以上）銷售額大幅增長，占整體市場的 65.7%。從 銷量來看，2017 年中國 UPS 整體市場銷量為 155.9 萬臺，同比下降 21.0%。受原材料 成本上漲和 UPS 功率段結(jié)構(gòu)影響，市場平均價格大幅度增長。圖 9國內(nèi) UPS 市場銷量規(guī)模圖 10國內(nèi) UPS 市場銷售額規(guī)模資料來源：賽迪咨詢，華西證券研究所資料來源：賽迪咨詢，華西證券研究所模塊化 UPS 銷售額銷量均穩(wěn)定增長：根據(jù)賽迪顧問統(tǒng)計(jì)，2017 年中國模塊化UPS 市場銷售額為 17.59 億元，相比

58、 2016 年同比增長 31.0%，份額達(dá)到整體 UPS 市場的 28.5%，占比進(jìn)一步增加，雖然增長率較上一年有所回落，但仍遠(yuǎn)高于整體市場的 增長速度。圖 11國內(nèi)模塊化 UPS 銷量圖 12全球模塊化 UPS 銷量資料來源：賽迪咨詢，華西證券研究所資料來源：賽迪咨詢，華西證券研究所（2）HVDC 系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)量大幅增長，但占比依舊很小。目前 HVDC 模塊的市占率，根據(jù)市場調(diào)研約占總體備電電源的 10%。據(jù)不完全統(tǒng) 計(jì)，截止 2017 年 11 月，國內(nèi)通信用 HVDC 實(shí)際應(yīng)用量為 5816 個，累計(jì)總供電容量達(dá) 到 5376750A，應(yīng)用量復(fù)合增長率達(dá) 71.5%，雖然增速很快，但基數(shù)較

59、小，短時間內(nèi)依 舊難以替代 UPS（電信技術(shù)數(shù)據(jù)）。B、HVDC 產(chǎn)業(yè)成熟度不如 UPS，UPS 依舊有廣闊發(fā)展空間雖然 HVDC 相比 UPS 具有一定優(yōu)勢，但是現(xiàn)在很多配套機(jī)房設(shè)施還是交流的，無 法使用直流。18第18頁，共34頁。目前國內(nèi)擁有 HVDC 產(chǎn)品的主要廠家有華為、中恒電氣、動力源，海外廠家包括 維諦技術(shù)（原艾默生）、ABB、伊頓等，雖然技術(shù)成熟但是發(fā)展時間較短，產(chǎn)業(yè)成熟度依舊不如 UPS 系統(tǒng)，眾多傳統(tǒng) UPS 廠商近些年都開始針對 HVDC 進(jìn)行研發(fā)并發(fā)布產(chǎn)品， 例如華為最新模塊化 UPS 電源其性能如系統(tǒng)效率與中恒電氣 HVDC 系統(tǒng)相同，而抗干 擾性及機(jī)架容量及智能化程

60、度等強(qiáng)于中恒電氣 HVDC 系統(tǒng)，HVDC 依舊難以替代 UPS。此外，國內(nèi) UPS 市場并未飽和，目前國產(chǎn) UPS 在國內(nèi)市場份額只有 40%左右，依 舊有廣闊的發(fā)展空間，且技術(shù)成熟度可以繼續(xù)提高，深圳艾普諾高管認(rèn)為，發(fā)展好UPS 產(chǎn)品，是完善國內(nèi)電源必走的路。圖 13國內(nèi) UPS 市場資料來源：中國 IDC 圈，華西證券研究所整理HVDC 危險性要高于 UPS 系統(tǒng)。對于相同功率的 HVDC 和 UPS 系統(tǒng)，雖然高壓直流 電壓與交流電壓的峰值相比并不高，但是由于交流電壓過零的存在，UPS 的危險性遠(yuǎn) 遠(yuǎn)低于高壓直流。1.4.數(shù)據(jù)中心電源市場 HVDC 市場復(fù)合增長率超過 30%根據(jù)測算，