铝化学发电机——柴油发电机的“接班人”

如果说柴发的崛起有着时代的必然性，那么新能源备用电源的崛起也就理所当然，选择比柴发更符合时代需要的备用电源产品应用于数据中心，显得尤其重要。

“铝化学发电机”—应运而生的零碳备用电源。

1．时代在发展，万物皆周期

世界上一成不变的东西，只有“任何事物都是在不断变化的”这条真理。柴发的崛起有着时代的必然性，同样，它的衰退也将符合时代的需要。

随着时代的发展，数据中心在设计、建设、运营等各个方面的理念和实践都发生了新的变化。越来越多的备用电源技术替代方案对柴发发起挑战，更重要的是，柴发自身的应用缺陷或许是“去柴发”的主要原因。

（1） “买得起，养不起”

柴发需要每个月通过发电维护来保证设备运转性能正常，高运维频次带来了成本的上升。经过深入研究分析，一台常用功率2000kW级别的高端柴发,在15年使用周期内运维成本超过100万元，仅运营成本就占总拥有成本的24%，这其中，应用于高级数据中心日常的发电维护以及储油更换产生了巨额支出。

（2） 对环境不友好

一直以来，如何排放达标，都是各大柴发厂商重点攻关的难题,

尤其是在现今“双碳”政策导向下，柴发将面临更严峻的挑战。假设柴发的平均使用寿命是20年，那么到2030年碳达峰时，数据中心业主应该如何抉择？是更换其他新能源备用电源产品，还是停止使用柴发，面临市电故障无备电带来的风险？这是一个值得深思的问题。

（3） 高端柴发受国外品牌垄断

国内数据中心高端柴发机组均被国外品牌所垄断，康明斯和卡特彼勒就占据了70%以上的数据中心备用电源市场份额。

国内高端柴发的供货都是以销定产，但是面对日益激烈的国际竞争及局势的不确定性，高端柴发很可能面临断供的风险。

不仅如此，随着储能技术和燃料电池技术的发展及应用，对柴发形成了直接的挑战，“去柴发”化体系正在加速形成。

如果说柴发的崛起有着时代的必然性，那么新能源备用电源的崛起也就理所当然，选择比柴发更符合时代需要的备用电源产品应用于数据中心，显得尤其重要。

2. “铝化学发电机”——应运而生的零碳备用电源

铝化学发电机是金属燃料电池的一种，在过去，业界称其为“铝-空气电池”，云南创能斐源从第一性原理出发，将其命名为铝化学发电机。

铝化学发电机是以特制的铝电极作为燃料，空气中的氧气作为氧化剂，氢氧化钾溶液作为电解液，通过电化学反应将铝氧化过程中释放的化学能转化为电能，在整个反应过程中，消耗金属铝板和氧气，反应过程不可逆，属于一次发电电源，无电池特性，不存储电能，工作时需要消耗燃料（铝板），可进行连续发电。

阳极（Al）：Al + 4OH- → Al(OH)-14 + 3e-

阴极（O2）：O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-

总反应式：4Al+3O2+6H2O+4OH- →4Al(OH)-14

3．铝化发为何能取代柴发？

铝化学发电机设计额定功率330kW，最大可扩容到100MW，由特制的发电单体通过串并联后组成电堆，电堆组合构成模组，模组经过组合构成独立的发电单元，独立的发电单元（核心部件）与其他配套子系统（设备）共同构成。

工作时向外部输出电能，通过逆变器将直流电变成相应的交流电，再通过变压器将电流升压到10.5kV，满足数据中心备用电源相关标准及用电需求，可在规范要求时间内响应发电。

铝化学发电机具有与柴发相当的电气性能，可从技术上实现对柴发的功能性替代，可与柴发进行并机为数据中心负载供电，也可独立为负载供电。

（1）与柴发进行并机为数据中心负载供电

按照数据中心供电的标准和规范，当市电供电故障时备用电源才启动为数据中心负载供电。

市电异常后，由ATSE向备用柴油发电机组和铝化发系统同时发送市电异常信号，此时二者同时启动，由于铝化发系统的功率达峰时间比柴油发电机的达峰时间长，柴油发电机组优先并机。

待柴油发电机组完成电源并联后，铝化发系统通过储能变流器PCS对并机母线上的电源进行同期检查，当达到并机条件后，闭合铝化发系统内部的交流接触器，将铝化发系统的电源并入到并机母线上，同柴油发电机组一起为负载供电。

铝化发直接输出三条线（U、V、W），接入到如图3所示的并机母排上，同时PT柜需要接入信号到PCS系统，以便PCS进行电源同期检查。

（2）作为独立电源为负载供电

铝化学发电机作为独立备用电源，在市电异常时，向铝化发系统发送市电异常信号，系统立即启动，自启动至功率达峰期间由数据中心UPS为负载供电。

铝化发系统的功率在UPS供电时间内达峰（小于3min），功率达峰且电源符合要求的铝化发首先进行入网，其他铝化发功率达峰且进行同期检查后并网，为数据中心负载供电。

当然，铝化学发电机除了在技术上可以实现替代外，还有其不可取代的优势。

（1） 总拥有成本低；

众所周知，成本是重要的评价标准。

经过深入研究，柴发在15年使用周期内的运维成本超过总成本的24%，占比远远高于铝化发。在铝化发的替代应用中，每替代1台2兆瓦柴发，15年总拥有成本具有超过30%的优势，节省成本超过130万元。

（2） 零碳排放；

铝化发在工作过程中不产生碳氧化物及氮氧化物，整个发电过程零碳排，符合数据中心绿色低碳的新发展理念，符合双碳政策。

在大型以上数据中心备用电源领域，每替代一台常载2000kW的柴发，每年减少7038kg二氧化碳排放量。

（3） 长时休眠，免启动维护；

铝化发可保障10-20年长时搁置且无性能衰减，不需要通过启动发电维护来保证设备运转性能，只需要进行必要的日常维护保养，减少运维人力和运维频次，大大降低了运维费用。

（4） 预制化模块；

铝化学发电机采用模块化设计，并机无需同规格、同型号设备，可根据负载功率进行匹配扩容，方便灵活，可实现在线更换，确保持续发电。

预制化生产，可满足定制化、标准化需求，在工厂进行组装、测试，有效减少现场的工程量，缩短安装工期，提升工程质量。

从以上方面进行综合权衡，铝化学发电机是比较理想的柴发替代技术，在数据中心备用电源领域云南创能斐源给了柴油发电机一个真正的“接班人”。

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