Simulační analýza datového centra: využití bateriového záložního systému v rámci chytré sítě

Abstract

V této diplomové práci je provedena komplexní technicko-ekonomická analýza s cílem prozkoumat potenciál nahrazení technologie zdroje nepřerušovaného napájení (UPS) technologií bateriového systému pro akumulaci energie (BESS) v datovém centru. Je zkoumána uskutečnitelnost datových center, která se stanou aktivními účastníky chytrých sítí a zvýší tak jejich energetickou flexibilitu a odolnost. Cílem analýzy je pochopit prospěšnost BESS v datovém centru a jeho potenciál při optimalizaci spotřeby energie a snižování nákladů spojených s účastí v programech služeb reagujících na poptávku. Jsou simulovány různé provozní scénáře a hodnotí se jejich energetická výkonnost. K modelování napájecího systému datového centra a různých scénářů byly použity simulační nástroje, jako například TRNSYS a MATLAB Simulink. Výstupy těchto simulací slouží jako podklad pro komplexní technicko- ekonomickou analýzu. Její součástí je podrobná analýza nákladů a přínosů pro pochopení ekonomických důsledků. Nejpříznivějších výsledků bylo dosaženo integrací jednotky BESS s kolokačním datovým centrem poskytujícím vyrovnávací služby. Tento scénář dosáhl diskontované doby návratnosti 8,1 roku se State of Health úložiště 93,8 % v době diskontované návratnosti. Slibných výsledků dosáhlo také kolokační datové centrum využívající jednotku BESS pro energetickou arbitráž na denním trhu, kde diskontovaná doba návratnosti činila 9,6 roku se State of Health úložiště 94,4 % v době diskontované návratnosti.

In this thesis, a comprehensive techno-economic analysis is conducted to explore the potential of replacing Uninterruptible Power Supply (UPS) technology with Battery Energy Storage System (BESS) technology in a data center. The viability of data centers becoming active participants in smart grids, enhancing energy flexibility and resilience, is examined. The analysis aims at understanding BESS performance within the data center and its potential in optimizing energy consumption and reducing costs related to participation in demand response programs. Various operational scenarios are simulated, and their energy performance is assessed. Simulation tools, such as TRNSYS and MATLAB Simulink, were used to model the power delivery system of a data center and various scenarios. The outputs of these simulations served as the basis for a comprehensive techno-economic analysis. Part of which is a detailed cost-benefit analysis to understand the economic implications. The most favorable results were achieved by integrating the BESS unit with a colocation data center providing balancing services to the grid. This scenario achieved a discounted payback period of 8.1 years with a payback period battery state of health of 93.8 %. A colocation data center utilizing a BESS unit for energy arbitrage on a day-ahead market also demonstrated promising results, with a discounted payback period of 9.6 years and a payback period battery state of health of 94.4 %.