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1 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007[编号ODCC-2023-02007]数据中心氢能应用白皮书 开放数据中心委员会2023-09发布 I 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007版权声明ODCC（开放数据中心委员会）发布的各项成果，受《著作权法》保护，编制单位共同享有著作权。转载、摘编或利用其它方式使用ODCC成果中的文字或者观点的，应注明来源：“开放数据中心委员会ODCC”。 对于未经著作权人书面同意而实施的剽窃、复制、修改、销售、改编、汇编和翻译出版等侵权行为，ODCC及有关单位将追究其法律责任，感谢各单位的配合与支持。 II 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007编写组项目经理：吴华勇维谛技术有限公司工作组长：李代程百度在线网络技术（北京）有限公司贡献专家： 田军维谛技术有限公司吴健维谛技术有限公司张迪维谛技术有限公司董龙龙维谛技术有限公司朱莉维谛技术有限公司查帅荣维谛技术有限公司蔡基勇维谛技术有限公司雷爱民维谛技术有限公司韩会先维谛技术有限公司 李星维谛技术有限公司刘欣维谛技术有限公司阮迪中国信息通信研究院杨瑛洁中讯邮电咨询设计院有限公司李莺百度在线网络技术（北京）有限公司冯臣秦淮数据集团邹远耀西安理工大学 III 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007前言对 在 全球气候问 题 不 断 凸 显 的 当 下 ， 能 源 体 系 脱碳化 是 实 现 可持 续 发 展 的 关键。氢能 有 着 来 源广泛、清洁以 及 安 全 可 控 等 特 点 ，将 成 为 能 源 体 系 脱碳的重点 。 全球很多 政府都制 定 了 相 关 政策来激励氢能 的 发 展 和 应 用 ，例如 在 中国，氢能 和 燃料电 池 预 计 将 为 实 现2060 年国家碳中 和 的官方承诺发挥重要 作 用 ， 并已被纳入 多 项经济发 展 计划和 政策。 目 前 ，氢能 产 业 发 展 特 别 是 其 在 数 据 中 心 应 用 ， 仍面临着 成 本较高 、 技 术 不 够 成熟、 配 套 设施不 够 完 善 等亟待解 决的 难 题 ， 需 要 全 产 业链参 与 进 来 共 同 促 进氢能 产 业未来 商 业 化 发 展和落地 。ODCC 始 终 关注数 据 中 心 技 术 以 及氢能 产 业 及 其 应 用 的 发 展 ， 联合 相 关 单 位 共 同 编 写 本白皮书 ， 对 数 据 中 心氢能 系 统 现 状 、 需 求 和当 前 主 流氢能 系 统 等 方 面 进 行 了详细的梳理 ， 以 期 更 进 一步推动 数据 中 心氢能 技 术 的 发 展 。本 文 感谢以 下 起草单 位 （ 排 名 不 分 先 后 ） ： 中国信 息 通 信研究院、 维谛技 术 有 限公司、北京大学、西安 交 通 大学、西安 理 工 大学、 中 讯邮电咨询设 计院有 限公司、 百 度 在 线 网 络 技 术 （北京） 有 限公司、秦淮数 据 集团等 。起草人（ 排 名 不 分 先 后 ） ：田军，吴健，张迪，吴华勇，董龙龙，杨瑛洁，朱莉， 查帅荣，蔡基勇，冯臣，李莺， 雷爱民，韩会先 ，李星，刘欣，邹远耀等 。 IV 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007请注意 本 文 件 的 某些内 容 可 能涉及 专 利 。 本 文 件 的 发布机 构 不承担识别这些专 利 的责任 。由 于 时 间 仓 促 ， 水 平 所 限 ， 错 误 和 不 足 之 处 在 所 难 免 ， 欢 迎 各位 读 者 批 评 指 正 。 如 有 意 见 或 建 议 请 联 系 编 写 组 。 V 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007目录版 权 声 明 . I编 制 说 明 II前 言 . III一 、 范 围 1二 、 引 言 1 三 、 缩 略 语 和 相 关 术 语 2四 、 数 据 中 心氢能 应 用 前 景 4（ 一 ） 应 用 场 景 及 技 术 方 向 .4（ 二 ） 行 动 路 线 .4（ 三 ） 可 行 性 分析.5五 、氢能 数 据 中 心 主 要 技 术 架 构 . 11（ 一 ）氢能 IDC机 柜 级 供 电 +综合 能 源 架 构 .11（ 二 ）氢能 IDC低 压 供 电 +综合 能 源 架 构 .12 （ 三 ）氢能 IDC高 压 供 电 +综合 能 源 架 构 .13（ 四 ）氢能 IDC风 能 、 光伏供 电 +综合 能 源 架 构 .14（ 五 ）氢能 备 电 +综合 能 源 架 构 .15六、氢能 在 不 同 规 模 数 据 中 心 场 景 的 解 决 方 案 . 16（ 一 ）边缘 /小 型 数 据 中 心氢能 解 决 方 案 .17（ 二 ） 大 型 /超 大 型 数 据 中 心氢能 解 决 方 案 .20七、 与 数 据 中 心 相 关 的 制 、 储 /运氢及 交易氢 22（ 一 ） 数 据 中 心 制氢解 决 方 案 22 （ 二 ） 数 据 中 心 储氢和 运氢解 决 方 案 27 VI 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007（ 三 ） 数 据 中 心氢能 交易平 台 29八、 总 结 . 30 1 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007数据中心氢能应用白皮书一、范 围本 文 主 要讨论 范 围 是 数 据 中 心 的氢能 系 统 ， 及 其 在 数 据 中 心 中的 应 用 。二、引 言人类 使 用 化石能 源 而 引 起 的 气候变 化 ，已经使人类 和 其 他生物面临地球上 第六次 大 规 模生物灭绝 的 风 险 。 气候变 化已经成 为 当今 全人类 面临的重大 全球性挑战。 目 前 全球已经有 超 过 120 个国家和地区提 出 了碳中 和 目 标 ， 全球形 成 了 难 得 的 政策与 利益一 致 点 。碳中 和 目 标 影 响广泛、 意 义巨大 。未来 将 为人类社会带 来 深刻的 变革。实 现碳中 和 ， 需 要 每 个国家和 个人的 共 同推动 。我国也 在 2020 年 提出 了 “ 30/60”碳达 峰 、碳中 和 目 标 。氢能 作 为 一 种 来 源丰富、绿色低碳、 应 用广泛的 二 次 能 源 ， 正逐步成 为 全球能 源 转 型 发 展 的重要 载 体 ， 成 为 实 现碳中 和 目 标 的重要 选 择 。氢能 作 为 应 对 气候变 化 、 建 设 脱碳社会的重要 手 段 ， 受 到世界各国的广泛关注。氢能 也 是我国能 源战略布局 的重要 部 分 。 2022 年 3月，国家发 展 改革委、国家能 源 局 联 合印发 《氢能 产 业 发展 中 长 期 规划（ 2021-2035 年 ） 》 ， 以 实 现 “双碳” 目 标 为 总 体 方向 ， 明 确 了氢能 是未来国家能 源 体 系 的重要 组 成 部 分 ， 是 用 能 终 端实 现绿色低碳转 型 的重要 载 体 ， 也 是战略 性 新兴产 业 和未来 产 业 的重点 发 展 方 向 。 规划提 出 了氢能 4 大 示 范 应 用 场 景 ， 明 确 要依托通信 基站、 数 据 中 心 、铁路 通 信站点 、 电 网 变 电站等 基础设施工 程 建设 ，推动氢燃料电 池 在 备 用 电 源 领 域 的 市 场 应 用 。 2 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007氢能 作 为 高 效 低碳的 能 源 载 体 ，绿色清洁的 工 业 原料，必将 成为国家“ 30/60”碳达 峰 、碳中 和 目 标 的 有 力武器 和重要举措之 一 。数 据 中 心 作 为 传 统 的 能 源消耗 大 户 ， 一 直 面临着 低碳、绿色发 展 的迫切 压 力 。氢能 作 为 一 种清洁能 源 应 用 于 数 据 中 心 建 设 ，已经具 备一 定 条 件 的 可 行 性 ，未来 有望获得 快 速 发 展 。三、缩 略 语 和 相 关 术 语灰氢： 通 过 化石燃料（例如石油、天然气 、煤炭等 ） 燃 烧 产生 的氢气 ， 在生产 过 程 中会有 二氧化碳等 排 放 。 目 前 ， 市 面 上 绝 大 多数氢气 是灰氢， 约 占 当今全球氢气 产 量 的 95％左右。蓝氢： 将天然气 通 过蒸汽甲烷重整 或 自 热蒸汽重整 制 成 。虽然天然气 也属于 化石燃料， 在生产 时 也会产生温 室 气 体 ， 但 由 于 使 用了碳捕 捉 、 利 用 与 储 存 （ CCUS） 等 先 进 技 术 ， 温 室 气 体被捕获，减轻了 对 地球环 境 的 影 响 ， 实 现 了 低碳制氢。绿氢： 通 过 使 用再生能 源 （例如太阳能 、 风 能 、核能 等 ） 制 造的氢气 ，例如 通 过 可再生能 源 发 电 进 行 电 解 水 制氢， 在生产绿氢的过 程 中 ， 完 全 没 有碳排 放 。 FC： 燃料电 池 （ Fuel Cell） ，把燃料所 具 有 的 化学能 直 接 转 换成 电 能 的 化学装 置 ，又称 电 化学发 电 器 。 通 过 电 化学反 应把燃料的化学能 中 的吉布斯自 由 能 部 分 转 换 成 电 能 ， 不 受卡诺循 环 效 应 的 限制 ， 因 此 效 率 高 ;另外 使 用 燃料和氧气 作 为 原料， 没 有 机械传 动 部件 ， 排 放 出 的 有害气 体 极 少 ， 使 用 寿 命 长 。PEM： 质 子 交 换膜（ Proton Exchange Membrane） 是 质 子 交 换膜 3 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007燃料电 池 （ Proton Exchange Membrane Fuel Cell， PEMFC） 的核心部 件 ， 对 电 池 性 能 起 着 关键作 用 。 它 不仅具 有 阻 隔 作 用 ，还具 有 传导 质 子 的 作 用 。BOP： 除 了 燃料电 池堆本身之 外 ， 系 统 中 用 于 支 持 和 管 理 燃料电池 正 常 运 行 所 需 的 各 种 组 件 和 系 统 （ Balance of Plant） 。 包 括 各种辅助设 备 、 管道、 控 制 系 统 和 配 件 ， 用 于 处 理氢气 供 应 、氧气 供应 、冷却、 循 环 、 水 管 理 、 气 体 处 理 、 压 力 控 制 、废气 处 理 等 。PMC： 能 源 管 理 机 柜 （ Power Management Cabinet） ， 在 内 部 集 成 了 燃料电 池 系 统 （ 包 括 DC/DC 变 换 器 ） 、 锂 电 池 、 逆 变 器 、 RDU、配 电 单 元 和 交 换 机 或 服 务 器 等 部 件 ， 各 部 件 均 为 模 块 化 设 计 。AWE：碱性 水 制氢， 是 产 业 化 发 展 时 间 最 长 、 现阶段 技 术 最 为 成熟的 电 解 制氢技 术 ， 其 以氢氧化钾（ KOH） 水溶液为 电 解 质 ， 以石棉膜为 隔膜， 通 电 将 水 分 子 进 行 电 解 得 到氢气 和氧气 。碱水 电 解槽是碱水 电 解 技 术 所 需 的核心 装 备 ， 主 要 由槽体 、阳极 、阴极 、 隔膜等组 成 。EMS： 能 源 管 理 系 统 （ Energy Management System )， 是 对园区级 数 据 中 心 的 电 能 、天然气 、蒸汽、冷（ 热 ） 量 、 和 用 水 等 能 源 数 据 进 行 自 动 监 测 、 记 录 、 分析， 进 而 完 成 能 源 的 优 化 调 度 和 管 理 。总 目 标 是 建 立 一 个 全 局 性 的 能 源 管 理 系 统 ， 包 括 三 大 部 分 内 容 ： 能源 数 据 采 集 、 能 源 数 据 实 时 监 控 以 及 能 源 数 据 统 计 、 分析和 管 理 。TRL： 技 术 成熟度 水 平 （ Technology Readiness Level） ， 是 评估和 描述新 技 术 发 展 成熟程 度 的 一 种 标 准 系 统 。 它被广泛应 用 于科技 领 域 ， 包 括 工 程 和 能 源 等 领 域 。 TRL 以 数字0 到 9 表 示 不 同 的 技 4 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007术 成熟度 水 平 。四、数 据 中 心氢能 应 用 前 景（ 一 ） 应 用 场 景 及 技 术 方 向1） 从 数 据 中 心 在 用 户侧的 应 用 形 态 来看，氢能 可 将 从 单纯的电 力消费者 转 变 为 电 力 “ 产消者 ” ， 实 现 发 电 与 备 电 兼顾；2）氢作 为 一 种 二 次 能 源 ， 可 配 合绿电做长周期 的 针 对 储 能 发 电 、 配 合 热 电 联 供 ， 实 现园区零碳供 能 。（ 二 ） 行 动 路 线首 先 ， 建 设 百千瓦级 中 试 项 目 ， 打 通氢能 输 入 、 发 电 、 以 及 数据 中 心综合 供 电 一 体 化 流 程 ，获取实 际 运 行 数 据 ， 验 证 燃料电 池 作为 发 电站/数 据 中 心 主 用 、 备 用 电 源 的 稳 定 性 ， 及 扩 容 能 力 ， 为日后扩 容 成 为兆瓦级 电站的 设 计积累实 际 数 据 ；其 次 ， 建 设兆瓦级 试 验 项 目 ，获取实 际 运 行 数 据 ， 验 证 燃料电池 扩 容 级 联 性 能 ， 持 续 优 化 控 制策略 ，积累氢能 产 、 输 、 发 、 供 安 全 运 行 数 据 和经验 ， 保 证氢能 单边供 电 的 可 靠 性 和 安 全 性 ， 同 时 可以探索燃料电 池 热 电 联 供 路径， 测 试氢能 发 电 /数 据 中 心 供 能综合 能源 利 用盈利 能 力 ；最 后 ，借助国家、 地 方 政府规 模 化 加氢站， 长距离 输氢管 网 ，建 设 百兆瓦级氢能 发 电 项 目 作 为 电站/数 据 中 心 常 用 电 源 ， 提 高氢能发 电 和 余 热 利 用 效 率 ， 提 升氢能 发 电 的盈利 能 力 与经济效益， 实 现真正 意 义 的零碳供 能 。 5 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007（ 三 ） 可 行 性 分析1） 成 本 方 面 ：氢能 “零碳” 发 电 目 前 主 要 有 两 种 实 现 方 式 ： 一 种 是 将氢能 用于 燃 气轮机 将 机械能 转 化 为 电 能 ， 也就是 通 常 说 的 “氢能 发 电 机 ” ；另一 种 方 式 是 利 用 电 解 水 的 逆 反 应 产生电 ， 也就是 “氢燃料电 池 ” 。根 据 用氢成 本 对 比 分析，氢能 发 电 机 和氢燃料电 池 在 2022 年 时发 电 成 本 均 为 2.5 元 /kWh左右， 但 到 2030 年 ，氢燃料电 池 的 发 电 成 本仅有 0.8元 /kWh， 但氢能 发 电 机 的 成 本却反 而 升 至 2.88 元 /kWh。由 此 可 知 ， 随 着氢燃料电 池 发 电 成 本 大幅下 降 ， 数 据 中 心氢能应 用 的经济性 也 将 逐 渐 体 现 。 显 而易见氢燃料电 池 将 是 大势所趋。而 相 比 目 前 市 电 峰 电 平 均 1.1 元 /kWh左右的价格 来看， 按 照 燃料电 池 50%的 发 电 效 率 来 计 算 ，氢气 的售价只 要 降 至 18 元 以 下 ，就可 以 与 使 用 市 电竞争。经计 算 与推测 ， 上游绿氢的 制 造 成 本 约 在 2030 年左右实 现 与 化石燃料或 工 业副产氢平价， 得益于 光伏大 规 模 并 网价格 将 小 于 0.2 元 /kWh，碱性 电 解槽成 本 由 当 前 2200 元 /kW下 降 至 1700元 /kW， 使得 最 终氢气 的 成 本 预 计 可 控 制 在 15元 /kg之 内 ，这将 极 大 的推动氢能 产 业 快 速 发 展 。具 体拆解 电 解 水 制氢的 计 算公式 ： 电 解 水 制氢成 本 =每生产 1 立方氢需 要消耗 的 电 量×每消耗 1kWh的 电价（ 1kg氢=11.2立 方氢） 。 6 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007由 此 分析， 电 解 水 制氢的 成 本 其 实 主 要取决 于 电 量 和 电价这两 个因 素 ： 制氢消耗 的 电 量越少 、 电价越便宜， 电 解 水 制氢的 成 本就越低 。 按 当 前 数 据 测 算 ， 当 电价低 于 0.3元 /kWh时 ， 具 备较好 的经济性 。 由 于 电 解 水 制氢到氢能 发 电 存 在 电 -氢-电 的 转 换 过 程 ， 所 以 单从 成 本 的 角 度 分析电 解 水 制氢成 本 组 成 ， 其 电 力 成 本 占 总 成 本 60%以上 ， 所 以必须结 合廉价的绿电资源 ，做风 光 互补耦合 制氢发 电 模 式 是 目 前 的公认 路 线 。2） 技 术 方 面 ：氢能 使 用 最核心 的 两 个 部 件 是 燃料电 池 和 气 体 供 应 系 统 。其 中 燃料电 池 是 一 种把燃料所 具 有 的 化学能 通 过 电 化学反 应 直接 转 换 成 电 能 、 热 能 和 其 他 反 应物的 的 发 电 装 置 。 其 组 成 原 理 如 下图 1所 示 ：阳极 （ 负 极 ） 通 常 由铂或铂合 金 制 成 。氢气 在阳极 上催化 分 解成 质 子 和 电 子 。 阴极 （ 正 极 ） 通 常 由氧气 和 电 子 反 应生成 水 的催化剂组 成 ， 常用 的催化剂有铂、钯和铱等 。 7 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007 图 1氢燃料电 池 系 统 的 组 成 原 理而 气 体 供 应 系 统 主 要 完 成 流 量 Q、 压 力 P、 温 度 T、 湿 度 H和洁净度 的 控 制 。 主 要 包 含 节 温 阀 、散热 器 、氢气喷射器 、 背 压 阀 、 中冷器 、 空 气 压 缩 机 等几个重要 部 件 ， 参 见 下 图 2。 图 2 气 体 供 应 系 统 的 组 成 及 功 能目 前 ，氢能 发 电 技 术 关键点 在 于 燃料电 池 系 统 发 电 稳 定 性 、 效 8 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007率 的 提 升 ， 及 系 统 使 用 寿 命 的 提 升 。 相 应 所 采取的措施分 别 如 下 表1和 表 2所 示 ： 表 1 系 统 稳 定 性 和 效 率 的 提 升措施电堆质 子 交 换膜（ 复 合膜） 技 术 进步，催化剂载 体 性 能 改 进 ， 效 率 提升 5%BOP 降 低 电堆附 件 功 耗 ， 引射器 ， 高 效 空 压 机 、碳化硅元 件 应 用 ， 效率 提 升 4% 系 统 高 效 的 水 热 管 理 技 术 ， 精 准 的 气 体 输送控 制 ， 效 率 提 升 3%综合 效 率 当 前 ： 42%-45%， 提 升 至 55%（ 预 计 2025年 后 ）表 2 系 统 寿 命 提 升措施电堆单 电 池 电 压 均匀性 提 升 ，膜电 极 、双极 板 复 合材料、涂层、 密 封技 术 进步BOP 定 制 化 开 发 ， 新 型材料与 控 制 系 统 优 化系 统 电 气 控 制逻辑提 升 综合 寿 命 当 前 ： 25000～ 30000h， 提 升 至 50000～ 60000h（ 预 计 2025 年后 ）3）氢安 全 方 面 ：针 对氢安 全 系 统 ， 在 数 据 中 心 使 用 要 通 过 气 体 监 测 手 段 来 避 免氢气泄漏 ，杜绝 火灾或爆炸的 风 险 。 因 此 ， 在氢能 数 据 中 心 中 ，必须采取适 当 的 方 法 来 实 时 监 测氢气泄漏 ， 并 及 时 采取安 全措施， 如通 风 系 统 、泄漏 报 警 系 统 和 自 动 关 闭 阀 门 等 ；遵循严格 的 安 全 标 准和 规 定 储 存 和 处 理 不 同 状 态 的氢气 ； 合 理 部署有 效 的 火灾报 警 系 统 、自 动灭火 系 统 和 设 备 ； 同 时 也 要 制 定 安 全培训和操作 规 程 来 保 障 数 据 中 心 工 作人员的 安 全 。 9 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007目 前 在 加注、 储氢、 供氢、 系 统 控 制 端 均 具 备 成熟的 技 术 ， 后期 的 主 要 问 题 在 于氢系 统 各 阀 类 元 件 的国产 化 以 提 升 阀 件 安 全 性 能指 标 。 相 应 各 个 环 节 的 保 护措施如 下 表 3 所 示 ：表 3 加氢/储氢/供氢/系 统 控 制 4个 环 节 的氢能 相 关 安 全 保 护措施加氢1.加氢模 块 设 置 压 力 表 、 过滤器 、 单 向 阀 等 功 能 阀 件 ， 直 接 与 加氢枪实 现 对 接2.加氢口 接 地 设 计 ，消除静电 储氢1.被动 保 护 ： 高 压 保 护 （ 高 压 安 全 阀 ） 、 起 火 防 护 （ TPRD）2.主 动 保 护 ： 低 压 保 护 、 高 温 保 护 、氢气泄漏 保 护供氢1.过 流 保 护 （ 过 流 阀 ）2.过 压 保 护 （ 低 压 安 全 阀 ）控 制 1.针 对氢系 统 超 压 、 超 温 、 过 流 、 或氢气浓度 超 标 问 题 ， 设 置 三 级声 、 光 告 警2.设 置 告 警 联 动措施， 可 配 合 应急风 扇 、 百叶窗、弹开 门 、天窗等器 件 实 现氢气 安 全泄放4）氢源 与 数 据 中 心 相匹配 方 面 ： 近期 （ 截 至 2025 年 前 ） ， 主 要 面临着氢能 数 据 中 心 选址受 限 所引 发 的 问 题 ：1 可 靠近副产氢丰富地区， ≤ 200km内 ， 采 用 长 管拖车运 输氢气 ；2 结 合 “ 三北地区” 风 电 、 光伏制绿氢资源 ， 可就近选址，就地 用氢。中 期 （ 2030 年 ） ， 随 着氢气 储 、 运 技 术 进步， 中 下游加氢、 用氢产 业划化布局 ，氢能 数 据 中 心 用氢问 题缓解 ： 1 0 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-020071 高 压 +液氢+管 网 运 输 针 对 不 同 市 场 和区域 同步发 展 ， 可覆盖至1000km内 ， 数 据 中 心 用氢问 题缓解 ；2 随 着 “ 风 光氢储 ” 产 业链成熟， 电 解槽成 本 进 一步降 低 ， 可 因 地制宜布局 “ 制 、 储 、 加 、 用 ” 一 体 化氢能 数 据 中 心 ， IDC综合 能源 利 用 具 备经济效益。远期 （ 2050 年 ） ，氢能 数 据 中 心 用氢问 题 基 本 可 以 完 全 解 决 ： 1 管 网 输氢， 可覆盖至 大 部 分城市 、乡村；2 具 备经济性 的绿电 制氢， IDC综合 能 源 利 用 具 备盈利 能 力 。5） 政策方 面目 前 针 对氢能 数 据 中 心已发布了 一些支 持 政策，鼓励和 支 持 小型 模 块 化 机 房 或边缘 数 据 中 心推广使 用氢能 源 ，做主 用 电 源 或 备 用电 源 应 用 。未来 ， 随 着 地 方 政府对氢能 数 据 中 心 具 体 的 政策、 标 准及 规划发布， 安 全 评价等 关键审批 流 程 优 化 ，氢能 “ 安 全绿色”审批 通道建 立 ， 以 及 加氢站等 基础设施完 善 ， 有助于推动氢能 数 据 中心 的 进 一步布局 与 发 展 。 如 下 表 4 所 示 ： 表 4氢能 在 数 据 中 心 应 用 的 相 关 利 好 政策支 持 政策发布时 间 政策内 容《北京市 数 据 中 心 统筹发 展实施方 案 (2021-2023年 )》 2021.04鼓励氢能 源 、液冷、 分布式 供电 、 模 块 化 机 房 等 高 效 系 统 设 计和 应 用《绿色数 据 中 心 政府采购需求 标 准 (试 行 )》 2021.12 优 先 选 择氢能 源 、液冷、 分布式供 电 、 模 块 化 机 房 的 高 效 系 统 设计 方 案 1 1 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007《贯彻落实碳达 峰碳中 和目 标 要 求推动 数 据 中 心 和5G等 新 型 基础设施绿色高质 量 发 展 实施方 案 》 2021.12 提 出 支 持 模 块 化氢电 池 和太阳能板 房 在 小 型 或边缘 数 据 中 心 的推广应 用《氢能 产 业 中 长 期 发 展 规划（ 2021-2035年 ） 》 2022.03 明 确 指 出 ， 要依托通 信 基站、 数据 中 心 、铁路 通 信站点 、 电 网变 电站等 基础设施工 程 建 设 ，推动氢燃料电 池 在 备 用 电 源 领 域 的 市 场 应 用五、氢能 数 据 中 心 主 要 技 术 架 构氢能 在 数 据 中 心 的 应 用 方 案 有 如 下几种 技 术 发 展趋势， 从 演 进的 方 向 上看， 可 以概括 总 结 为 ： 从 低 压 到 高 压 、 从补充 到 备 用 、 从依赖市 电 到 引 进 光伏、 从 部 分 替 代 到 完 全取代油机 。 所 有 设 备 可 以通 过 UPS 或 HVDC 来 供 电 ， 与 不 同 供 电 制 式 相 对 应 ， UPS和 燃料电 池+DC/AC逆 变 器 组 合 ； HVDC 和 燃料电 池 +DC/DC变 换 器 组 合 。（ 一 ）氢能 IDC机 柜 级 供 电 +综合 能 源 架 构 这种 方 式 适 用 中 小 型 数 据 中 心 ， A路 主 要 由 市 电 供 电 ，仍然保留柴油发 电 机 作 为 应急补充 ，氢燃料电 池 输 出幅值 等 级较低 的 电 压 ，可 切 入 B 路 实 现 机 柜 级 直 供 ， 如 下 图 3所 示 。 1 2 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007 图 3氢能 IDC机 柜 级 供 电 +综合 能 源 架 构 示 意 图（ 二 ）氢能 IDC低 压 供 电 +综合 能 源 架 构这种 方 式 适 用 功 率 容 量 更 大 的 中 小 型 数 据 中 心 ， A 路 主 要 由 市电 供 电 ，仍然保留柴油发 电 机 作 为 应急补充 ， B 路仍然由氢燃料电池 输 出幅值 等 级较低 的 电 压 ， 但 输 出 功 率 更 大 ， 通 过 低 压 配 电 柜 ，与 A路 的 低 压 交 流 电 实 现 母 线 联 络 ， 不再实 现 机 柜 级 直 供 ， 而 是 通过 后 端 的 UPS或 者 HVDC 形 成双母 线 供 电 ， 如 下 图 4 所 示 。 1 3 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007 图 4氢能 IDC低 压 供 电 +综合 能 源 架 构 示 意 图（ 三 ）氢能 IDC高 压 供 电 +综合 能 源 架 构这种 方 式 适 用 功 率 容 量较大 的 大 型 数 据 中 心 ，仍然保留的柴油发 电 机 同 时 作 为 A路 和 B路 的 应急补充 ， A路 主 要 由 市 电 供 电 ， B路 由氢燃料电 池 输 出幅值 等 级较高 的 电 压 ， 通 过 高 压 配 电 柜 ， 与 A路 的 高 压 交 流 电 实 现 母 线 联 络 ， 同 时 ，经过 变 压 器 降 压 后 ， 通 过 低压 配 电 柜 ， 在 低 压侧又实 现 母 线 联 络 ， 通 过 后 端 的 UPS或 者 HVDC 形成双母 线 供 电 ， 如 下 图 5所 示 。 1 4 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007 图 5氢能 IDC高 压 供 电 +综合 能 源 架 构 示 意 图（ 四 ）氢能 IDC风 能 、 光伏供 电 +综合 能 源 架 构 图 6氢能 IDC风 能 、 光伏供 电 +综合 能 源 架 构 示 意 图这种 方 式 适 用坐落于 风 光 等 新 能 源富裕地区的 ， 功 率 容 量较大的 大 型 数 据 中 心 ， 放弃掉柴油发 电 机 ， 而 以 市 电 同 时 作 为 A路 和 B 1 5 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007路 的 应急补充 ， A路 主 要 由 新 能 源 供 电 ， B 路 由氢燃料电 池 输 出幅值 等 级较高 的 电 压 ， 通 过 高 压 配 电 柜 ， 与 A 路 的 高 压 交 流 电 实 现 母线 联 络 ， 同 时 ，经过 变 压 器 降 压 后 ， 通 过 低 压 配 电 柜 ， 在 低 压侧又实 现 母 线 联 络 ， 通 过 后 端 的 UPS或 者 HVDC形 成双母 线 供 电 ， 如 上 图6所 示 。（ 五 ）氢能 备 电 +综合 能 源 架 构这种 方 式 适 用 功 率 容 量较大 的 大 型 数 据 中 心 ， A路 和 B路 分 别 由 两 路 相 互 独 立 的 市 电 供 电 ， 放弃掉柴油发 电 机 ， 而 以 燃料电 池 输出幅值 等 级较高 的 电 压 ， 作 为 A路 和 B路 的 应急补充 ， A路 和 B路分 别 通 过 高 压 配 电 柜 母 线 联 络 ， 通 过 变 压 器 降 压 后 在 低 压侧又实 现母 线 联 络 ， 通 过 后 端 的 UPS或 者 HVDC 形 成双母 线 供 电 ， 如 下 图 7 所示 。 图 7氢能 备 电 +综合 能 源 架 构 示 意 图 1 6 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007六、氢能 在 不 同 规 模 数 据 中 心 场 景 的 解 决 方 案相 比 于 传 统 数 据 中 心 ， 采 用氢燃料电 池 的 数 据 中 心 无 论 规 模 大小 ，都有 如 下 5 个 共 同 特 点 ：柔性 化 、智能 化 、 模 块 化 、 安 全 化 和低碳化 。这也 是 相较以往建 设 模 式 所 具 备 显著的 差异点 。柔性 化 ：综合 考 虑氢能 特 殊 的物化 特 性 、 使 用 要 求 和 相 关 标 准 ， 按 照 实际 负 载 容 量 ， 可 以拼接柔性 扩 容 设 计 ， 提 高 产 品柔性 ， 满 足 现 场 扩容 需 求 。 储氢柜 支 持 级 联 ， 满 足 更 长 的 后 备 时 间 需 求 ， 同 时 具 备 一 键更 换 、 一键加氢和 一键停 机 等 功 能 ， 多 维 度 保 护 系 统 安 全 、 稳 定 、可 靠 运 行 。智能 化 ：运 用 EMS、 AI、 变 频氟泵、冷板液冷等 先 进 技 术 ， 运 用 到 系 统能 量 管 理 和 调 优策略 中 。 以 系 统 负 载 变 化 为 目 标 ， 考 虑 锂 电 池 SOC容 量 保 护 ，区分 启 动 、 备 机 、 运 行 、 加 载 、减载 、 停 机 和 切 换 等 工况 ，协调 燃 电 系 统 和 锂 电 池 系 统 配 合 ， 利 用 AI技 术 构 建 预 测 模 型 ，预估系 统 负 载 变 化 和 需 求侧输 出 响 应 ， 提 前 调 整 燃 电 系 统 和 锂 电 池系 统逻辑输 出 ， 实 时 保 证 整 机 效 率 最 优 。 模 块 化 ：采 用 全 模 块 化 设 计 ， 将 数 据 中 心 建 设 简 化 为搭积木模 式 。首 先 燃 电 系 统 支 持 单 模 块 独 立 运 行 或 多 机 并 联 运 行 ， 可 切 断 故障 燃 电 系 统 模 块 ， 不 影 响 其 他 燃 电 系 统 模 块 或 整 机 运 行 ， 实 现 系 统不 停 电 更 换 、 维 护 燃 电 系 统 。其 次 ， 逆 变 器 可 以 单 相 或 三 相 输 出 ， 任何一 个 模 块 故 障 或 更 换 ， 1 7 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007均 不 影 响 其 余 模 块 运 行 。 逆 变 器 模 块 热 拔 插 设 计 ， 提 高 了 系 统 扩 容 、维 护 和 更 换 的 便 利 性 。安 全 化 ：系 统 分舱设 计 ， IT/CT 设 备 、 电 气 、 燃料电 池 和 储氢等 各 功 能舱体 在物理 上 相 互 隔 离 ， 各 自 独 立 ， 系 统 融 合 ， 热 管 理 独 立 设 计 ，电 气舱和 IT 柜 、 空 调 柜 增 加物理 隔 离 。 储氢舱采 用 独 立冷板液冷，与 电 气舱隔 离 分 仓 设 计 ， 互 不 影 响 。 储氢柜 独 立 部署， 自然散热 ，远离 用 电舱室 ， 满 足氢气 快 速逃逸的 需 求 。 低碳化 ：目 前 系 统 整 体 供 电 以 市 电 为 主 用 电 源 ，氢燃料电 池 作 为 备 用 ，代 替柴油发 电 机做应急电 源 使 用 。而 在未来氢能 成 本 降 低 到 一 定 程 度 时 ， 系 统 整 体 供 电 以氢燃料电 池 为 主 用 电 源 ， 市 电 作 为 备 用 。无 论 是 现阶段还是 将 来 ， 整 个氢能 供 电 系 统 （ 前 端 可 配 置 电 解水 制氢系 统 、 储氢罐或 储氢车， 实 现 连 续 供氢） 在 正 常 运 行 过 程 中都可 以做到零碳排 放 ， 且 环 境友好 。 （ 一 ）边缘 /小 型 数 据 中 心氢能 解 决 方 案边缘 /小 型 数 据 中 心 存 在 着 发 电 效 率 不 高 ， 体积能 量 密 度 偏 低 等缺点 和 制 约 因 素 ， 而 引 入氢能 可 以让这一 状 况 得 以 改 善 ， 使 得氢燃料电 池 发 电 技 术 在 小 型 数 据 中 心 的 应 用 成 为 可 能 。小 型边缘 计 算 数 据 中 心 的 特 点 是 整 体 耗 电 量 不 高 ， 选址相 对 分散， 且远离办公环 境 。 10kW左右的 电 量 需 求 ， 结 合 35MPa高 压 储氢、PEMFC 发 电 技 术 ， 提 出 了 燃料电 池边缘 计 算 数 据 中 心 解 决 方 案 ， 如 1 8 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-02007下 图 9 所 示 。鉴于边缘 计 算 数 据 中 心 的 应 用 场 景 。 燃料电 池边缘 计 算 数 据 中心 将 应 用 环 境 定 义 为 户 外 或 简易防 护 环 境 。 在 IP55 高 防 护 等 级 设 计基础上 ， 增 加 可拼接柔性 扩 容 设 计 ， 满 足 现 场灵活的 扩 容 需 求 。配 电 一 体 柜 、 IT 柜 、 空 调 柜 和 储氢柜 可 自 由 组 合 为 不 同 功 率 密度 的 集 成 系 统 ， 满 足 从 2.5～ 25kW边缘 计 算 小 型 数 据 中 心 应 用 场 景 。储氢柜 支 持 级 联 ， 满 足 更 长 的 后 备 时 间 需 求 ， 同 时 具 备 一键更 换 、一键加氢和 一键停 机 等 功 能 ， 多 维 度 保 护 系 统 安 全 、 稳 定 、 可 靠 运 行 。 图 8边缘 /小 型 数 据 中 心 场 景 的氢能柔性拼接 方 案氢能 在边缘 /小 型 数 据 中 心 场 景 的柔性拼接 组 成 方 案 由 储氢柜 、PMC 柜 （ 包 含 ： 配 电 仓 和 燃料电 池 仓 ） 、 设 备 柜 、 空 调 柜 和 监 控 系统 ， 共 5 部 分 组 成 ， 分 别 具 体介绍如 下 ：1） 储氢柜 ： 符 合 标 准 机 柜 的 宽 度 600mm/800mm， 储氢柜 可柔性扩 展 ， 满 足 不 同 的 系 统 运 行 时 长 需 求 。 在 储氢柜 中 ， 可 以 内 置 多 个35MPa的 III型 储氢瓶， 储氢量 约 10kg。如 下 图 9 所 示 ， 储氢柜 内 置 加氢口 、 压 力 表 、 储氢瓶、瓶口 阀 、 1 9 数据中心氢能应用白皮书 ODCC-2023-0