智算中心功率密度持续攀升,供配电系统正经历从传统架构向高压化、直流化、模块化、绿电化的全面升级。浙商证券研究报告显示,供配电系统在数据中心基础设施投资占比超50%,随着单机柜功率从数kW向数十kW跃升,这一比例还将进一步提高。市电接入从10kV向110kV/220kV演进,不间断电源从UPS向HVDC和集成化方案转型,SiC基电能质量产品加速渗透,供配电产业链迎来价值重估。
供配电系统投资占比超50%,智算中心拉动价值量提升
数据中心供配电系统是指从10kV电源进线,经过10kV配电装置、变压器、0.4kV配电装置、不间断电源系统及输出配电装置,到电子信息设备电源进线的全过程。该系统由配变电系统、不间断电源系统(UPS/HVDC)和备用电源系统(柴油发电机组)三大模块构成。
供配电系统在数据中心基础设施投资中占比超过50%,且随着智算中心单机柜功率密度提升,占比还将进一步提高。传统数据中心单机柜功率在5-10kW,而智算中心单机柜功率可达30-100kW甚至更高。功率提升带动配电设备容量升级、冗余要求增加、电压等级升高,供配电系统的单位价值量显著提升。
从架构演进看,传统A级数据中心通常采用“2N”供电系统,两个供配电单元互为备用,但存在占地面积大、供电效率低等痛点。智算中心时代,DR(分布式冗余)和RR(后备冗余)架构有望推广,其中RR架构可使系统利用率从50%提升至N/(N+1),同时减少占地面积,适配智算中心高密度、高功率的部署需求。
供配电系统在数据中心基础设施投资中占比超过50%,且随着智算中心单机柜功率密度提升,占比还将进一步提高。传统数据中心单机柜功率在5-10kW,而智算中心单机柜功率可达30-100kW甚至更高。功率提升带动配电设备容量升级、冗余要求增加、电压等级升高,供配电系统的单位价值量显著提升。
从架构演进看,传统A级数据中心通常采用“2N”供电系统,两个供配电单元互为备用,但存在占地面积大、供电效率低等痛点。智算中心时代,DR(分布式冗余)和RR(后备冗余)架构有望推广,其中RR架构可使系统利用率从50%提升至N/(N+1),同时减少占地面积,适配智算中心高密度、高功率的部署需求。
| 架构 | 系统利用率 | 占地面积 | 设备数量 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 2N | 50% | 基准 | 基准 | 传统A级数据中心 |
| DR | ~N/(N+1) | 减少约25% | 减少约25% | 智算中心(过渡) |
| RR | N/(N+1) | 减少(N-1)/2N | 减少 | 智算中心(优选) |
市电接入向110kV/220kV演进,绿电占比提升引发电能质量挑战
传统IDC电力容量一般在数十MW级别,通常由市政公共变电站引来四路10kV电源。智算中心时代,一栋10万卡的算力集群建筑用电规模达到100MW以上,需要自建110kV或接入更高电压等级的电网。随着智算芯片密度的持续增加,园区的用电规模可以达到200-500MW的水平,需要接入220kV甚至更高电压等级的电网。
市电接入电压等级提升,带动高压配电设备(GIS开关柜、高压变压器、继电保护等)的价值量上升。同时,智算中心绿电占比持续提升成为政策导向。《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》要求到2025年底八大枢纽节点新建数据中心绿电占比超80%。
但绿电接入将新能源的无功和谐波带入电网系统,风光新能源存在随机性、波动性、间歇性,引发电能质量问题。数据中心对电能质量要求严苛,电能波动超过一定限度可能导致板卡和机架烧毁。因此,绿电接入须进行精确补偿和谐波处理,为电能质量产品创造了刚性需求。
市电接入电压等级提升,带动高压配电设备(GIS开关柜、高压变压器、继电保护等)的价值量上升。同时,智算中心绿电占比持续提升成为政策导向。《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》要求到2025年底八大枢纽节点新建数据中心绿电占比超80%。
但绿电接入将新能源的无功和谐波带入电网系统,风光新能源存在随机性、波动性、间歇性,引发电能质量问题。数据中心对电能质量要求严苛,电能波动超过一定限度可能导致板卡和机架烧毁。因此,绿电接入须进行精确补偿和谐波处理,为电能质量产品创造了刚性需求。
SiC基电能质量产品节能8760度/年,渗透率快速提升
解决新能源接入带来的电能质量问题,需要使用高开关频率、高补偿率、高整机效率的电能质量产品。常规方案使用基于Si基的SVG(低压静止无功发生器)和APF(有源滤波器)搭配使用。而SiC基方案对比传统Si基产品,具有显著优势。
SiC属于第三代半导体材料,在耐高温、高压、开关频率方面性能优异。以国内某厂商数据为例:SiC基APF整机效率从97%提升至99%,每台150A/100k的APF半载运行年降低能耗8760度电;占地空间缩小50%;开关频率从20kHz提升至40kHz,运行可靠性提高;热导率从1.5提升至14.9 W/(m·K),耐高温性显著增强。
SiC基APF和SVG产品因占地空间小、整机效率高、开关频率高等优点,与数据中心行业(尤其是金融类数据中心和改造类数据中心)有较大契合度。预计SiC基低压电能质量产品在数据中心渗透率将快速提升,盛弘股份等国内领先厂商有望充分受益。
SiC属于第三代半导体材料,在耐高温、高压、开关频率方面性能优异。以国内某厂商数据为例:SiC基APF整机效率从97%提升至99%,每台150A/100k的APF半载运行年降低能耗8760度电;占地空间缩小50%;开关频率从20kHz提升至40kHz,运行可靠性提高;热导率从1.5提升至14.9 W/(m·K),耐高温性显著增强。
SiC基APF和SVG产品因占地空间小、整机效率高、开关频率高等优点,与数据中心行业(尤其是金融类数据中心和改造类数据中心)有较大契合度。预计SiC基低压电能质量产品在数据中心渗透率将快速提升,盛弘股份等国内领先厂商有望充分受益。
不间断电源向集成化、直流化、高压化演进
传统UPS产品成熟、安全性较高、兼容性较好,但存在冗余环节多、设备数量多、系统复杂、占地面积大等问题。传统HVDC产品功率变换环节更少、效率和可靠性更高、占地面积小,但由于效率优势减弱、兼容性及安全性问题,市占率相对较低(约20%)。
随着智算中心功率需求及功率密度大幅提升,不间断电源架构有望向三个方向演进:
集成化:将变压器、配电、UPS集成形成“中压直供”方案(如巴拿马电源),占地面积减少50%,设备和工程施工量节省40%。
直流化:直流供电省去大量整流和逆变环节,效率更高;直流设备(光伏、储能、电池、IT服务器)可快速接入全直流系统,减少交直流变换环节。
高压化:采用DC750V直流系统,电缆线路损耗下降48%,电缆用量减少50%(较AC380V UPS系统),支持更高功率密度。北美服务器供电正从54Vdc机架内方案向+/-400Vdc高压直流方案演进,端到端效率达96.53%,不消耗IT机架空间,有望引领全球趋势。
随着智算中心功率需求及功率密度大幅提升,不间断电源架构有望向三个方向演进:
集成化:将变压器、配电、UPS集成形成“中压直供”方案(如巴拿马电源),占地面积减少50%,设备和工程施工量节省40%。
直流化:直流供电省去大量整流和逆变环节,效率更高;直流设备(光伏、储能、电池、IT服务器)可快速接入全直流系统,减少交直流变换环节。
高压化:采用DC750V直流系统,电缆线路损耗下降48%,电缆用量减少50%(较AC380V UPS系统),支持更高功率密度。北美服务器供电正从54Vdc机架内方案向+/-400Vdc高压直流方案演进,端到端效率达96.53%,不消耗IT机架空间,有望引领全球趋势。
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