當下,全球科技領域最引人矚目的焦點當屬人工智能,AI大模型作為技術革命的核心驅動力,正在深刻重塑個人生活、企業運營和社會發展的模式。
作為大模型應用的核心載體,在AI的牽引下,數據中心同樣面臨著一場算力革命。據中國信通院測算,未來五年全球算力規模將以超過50%的速度增長,至2030年全球算力將超過16ZFlops,其中智能算力占比將超過90%。AI算力激增,AI集群化趨勢明顯,智算數據中心的安全和能效是行業必須面對的新挑戰。
大模型熱潮推動通用算力邁向智能算力,機房功率密度激增,對數據中心儲能部署提出了更高要求。鋰離子電池憑借其能量密度高、使用壽命長、放電倍率高等優良特性,成為數據中心電源保障系統的重要組成部分。
同時,鋰離子電池因能量密度高,熱失控起火后滅火復雜給數據中心的安全運行帶來了挑戰。當前,數據中心鋰離子電池相關的標準配套相比儲能行業嚴重滯后,鋰電安全需要推動產業共識。
近日,中國消防協會聯合聯合應急管理部上海消防研究所、應急管理部天津消防研究所、中國消防救援學院等多家科研機構、高等院校以及華為數字能源、寧德時代、阿里云等企業,發布《數據中心鋰離子電池消防安全白皮書》(以下簡稱:白皮書)。白皮書聚焦數據中心鋰離子電池消防安全,提出了全鏈條、系統性的消防安全解決方案,引發產業關注,為行業標準的建立提供了專業參考。
強化電池本質安全,從單體、模塊、系統三方面入手
《白皮書》指出,優秀的數據中心鋰離子電池系統安全設計能夠極大提升其本質安全,因此在設計過程中需要充分識別各種安全失效風險,并考慮在電池單體、電池模塊和電池系統設計中,最大程度滿足鋰離子電池在數據中心場景應用的安全性和可靠性。
首先,在電池單體安全方面,面對電池常見涉及安全的失效,如絕緣失效、異常鼓脹、開閥、熱失控等,電池單體安全設計需要從材料選型、容量選型、極片設計、結構設計和應用限制等方面進行考慮。例如在材料選型上,磷酸鐵鋰相對于其他鋰離子電池正極材料,如鎳鈷錳三元鋰,具備更高安全性、更好的熱穩定性和更長循環壽命等特點,是最適合數據中心場景的正極材料。此外,從電池單體設計到生產,亦要依靠電池單體高質量的過程管控來實現,保障電池單體生產制造安全要求。
其次,在電池模塊安全方面,電池模塊產品安全設計應綜合考慮制造、運輸、存儲、安裝、運行、維護、回收等全生命周期的失效場景,從機械、電氣、熱等方向進行設計,規避可燃物、助燃物和引火源燃燒三要素中的一種或多種,保障在正常使用或合理可預見濫用時的產品安全。例如,電池模塊產品設計在模塊內部,應在電池單體和電池單體之間、電池單體與端板/外殼等其他金屬件之間、電池單體與功率/監控等單板之間設計足夠的安全距離,使用耐高溫、抗穿刺、隔熱、阻燃的絕緣材料或進行分倉設計,避免安全失效擴散。
再者,在電池單體和電池模塊安全設計之外,鋰離子電池系統也應當具備安全設計約束,例如應內置BMS進行安全監測和管理,具備獨立接入網管系統和云管理系統的能力,具備快速切斷電池充放電回路的保護功能,電池系統內保護裝置應包含斷路器和熔斷器等,確保電池系統應用安全。
規范部署安全,保障算力設施安全,優先采用鋰離子電池拉遠部署
在智算中心,伴隨功率密度持續攀升,強電設備通常具備高電壓、大電流的特性,疊加鋰電安全失效的風險,如何降低數據中心在發生火災事故時的損失尤為關鍵,包括直接風險造成鋰離子電池室內設備的損壞、燒毀,以及間接(次生)風險對相鄰房間、建筑造成的損失和影響。
《白皮書》指出,數據中心的鋰離子電池部署應結合整體的經濟性、安全性等綜合考慮,優先采用拉遠撬裝部署,宜設計成獨立箱/柜形態;其次采用拉遠獨立構筑物或建筑形式部署。在拉遠條件不具備時,可部署在主機房所在建筑靠外墻的獨立房間內。
對于不具備拉遠部署的數據中心,可以將鋰離子電池部署在主機房建筑內靠外墻的房間中,單個鋰離子電池室容量不宜大于600kWh。并做到與主業務隔離,且應規范化部署,全面考慮防火間距、部署位置、部署高度、工具器材配備等,最大化降低業務波及風險。
鋰離子電池火災具有蔓延速度快、滅火復雜且易復燃等特點,撲滅鋰離子電池火災,一方面要求快速撲滅電池明火,另一方面則需要滅火劑具有較強的降溫散熱能力,避免電池發生復燃現象。在此方面,干粉、二氧化碳和惰性氣體無法給熱失控的鋰離子電池有效降溫,存在復燃風險。《白皮書》明確指出,部署在主機房所在建筑時,數據中心鋰離子電池室滅火系統應選擇水消防(水噴淋、水噴霧、細水霧),能有效防止電池熱蔓延,避免二次復燃風險。
安全不打折,全鏈守護鋰電消防安全
從電池單體、電池模塊和電池系統三方面進行數據中心鋰離子電池系統本質安全設計,從鋰離子電池的平面布置、自動滅火系統等七個方面提升鋰離子電池安全應用設計,它們是保證數據中心鋰離子電池消防安全的基礎和關鍵。
當然,消防安全從來都是一項涉及多維度要素整合、多主體協同運作、全周期風險管理的系統性工程,數據中心鋰離子電池消防安全亦不例外。對此,《白皮書》進而從鋰離子電池的運輸、存儲,到數據中心現場工程設計、施工安裝、調試開通,再到鋰離子電池系統運行維護、應急預案與演練和現場滅火救援等維度,系統闡述如何提升數據中心鋰離子電池消防安全,進行全鏈守護。
安全風險的發生總是充滿不確定性。事實上,世界范圍內因火災導致的數據中心安全事故時有發生,過去幾年不乏多起數據中心火災造成巨量數據蒸發、巨大經濟損失和深刻社會影響的事件。在不確定的風險中增強安全確定性,從這一點看來,消防安全作為一項基礎性、預防性的投入,其并非“消耗性支出”,而是通過風險對沖、品牌增值構建的長期資產。
安全可靠是數據中心基礎設施建設一貫的要求,在AI推動算力大規模集中的背景下,數據中心成為高成本投入的重資產,對安全可靠的訴求更加強烈。參照白皮書的內容,落實鋰離子電池產品、部署及消防設計的相關要求,安全不打折,全鏈守護鋰電消防安全,必要且重要。
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