Grüne Energielösung für KI-Rechenzentren

Zhejiang Rockwell Energy Technology Co., Ltd.

Multi-Szenario-Lösungen auf Basis von Festkörpertransformatoren (SST)

1. Branchenhintergrund und Schmerzpunkte

1.1 Branchenhintergrund

Im Zeitalter der KI-Großmodelle ist die Leistungsdichte eines einzelnen Rechenzentrum-Racks von den traditionellen 8 kW auf 50–100 kW+ gestiegen, und die gesamte elektrische Last bewegt sich von zehn Megawatt auf hunderte Megawatt. Hocheffiziente, platzsparende und schnell einsetzbare Stromversorgungssysteme sind zum Kernwettbewerbsvorteil der Recheninfrastruktur geworden.

Grüne Stromversorgungslösung für KI-Rechenzentren

1.2 Vier Schmerzpunkte der herkömmlichen Rechenzentrums-Stromversorgung

Schmerzpunkt	Beschreibung	Physische Grundursache
Lange Energiekette	10 kV → Netzfrequenztransformator → 400 V → AC/DC → isolierter DC/DC → 48 V	Fünf Umwandlungsstufen mit jeweils 3 %–5 % Verlust
Effizienzengpass	Gesamtwirkungsgrad der Kette von nur ~86 %	Kumulierte Verluste über mehrere Stufen
Übermäßiger Flächenbedarf	Umspannstation + USV + Verteilertafeln gestapelt	Netzfrequenztransformator und mehrere Geräte
Langsame Inbetriebnahme	12+ Monate Bauzeit vor Ort	Dezentrale Geräte, komplexe Verkabelung

1.3 Herkömmliche vs. SST-Leistungskette — der physikalische Unterschied

Herkömmliche Kette (5 Umwandlungsstufen)

Schritt	Anlage	Verlust	Einfach ausgedrückt
①	Netztransformator	1%–2%	Transformiert 10 kV auf 400 V herunter
②	AC/DC-Gleichrichter	2%–3%	Wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um
③	Isolierter DC/DC-Wandler	2%–3%	Isolierte DC-Wandlung
④	Verteilersammelschiene	0,5%	Leistungsübertragung
⑤	Board-Level-Stromversorgung	3%–5%	Herabsetzung auf CPU-Spannung

Gesamtverlust: ~14 % über die gesamte Kette, Wirkungsgrad von lediglich ~86 %.

SST-Direktverbindungs-Kette (2 Stufen)

Schritt	Ausrüstung	Verlust	Einfach ausgedrückt
①	SST-Festkörpertransformator	1%–2%	Direkt an 10 kV angeschlossen; Transformation, Gleichrichtung und Isolierung in einem Schritt
②	Stromversorgung auf Board-Ebene	3%–5%	Herabsetzung auf CPU-Spannung

Gesamtverlust: ~9 % über die gesamte Kette, Wirkungsgrad von ≥90,8 %.

Physikalische Grundursache: Die SST-Mittelspannungs-Direktverbindung eliminiert den Netzfrequenztransformator und die Zwischenumwandlungsstufen, wodurch der 3 %–5 % Verlust jeder eliminierten Stufe entfällt.

Stromversorgungslösung für grüne KI-Rechenzentren

2. Lösungsübersicht und Wertversprechen

2.1 Lösungsdefinition (BLUF)

Der Ersatz der traditionellen Kette aus "isoliertem DC/DC + AC/DC + Netzfrequenztransformator" durch SST-Festkörperleistung bringt:

Gesamtwirkungsgrad der Kette von ≥90,8 % (+5 %)
Platzbedarf um 65 % reduziert
Kupferanteil um über 90 % reduziert
Installationszeit um 75 % reduziert

2.2 Kern-Wertversprechen

Wertdimension	Kennzahl	im Vergleich zu herkömmlich
Gesamtketteneffizienz	≥90,8 %	Herkömmlich ~86 %, +5 %
Stellfläche	−65 %	Ein integriertes Modul
Kupferanteil	−90 %+	Mittelspannungs-Direktanschluss eliminiert Niederspannungs-Hochstrom-Sammelschienen
Installationszeit	−75 %	Werkseitige Vorfertigung plus Plug-and-Play
Zuverlässigkeit	N+X-Redundanz	Automatischer Bypass bei Einzelmodulfehler

3. Systemarchitektur

3.1 Systemtopologie (Schicht für Schicht)

① Mittelspannungsanschluss: Doppelring-10-kV-Einspeisung — mit Einspeiseschutz und Messung
② SST-Leistungsmodule (N+X redundant): 10 kV AC → DC-Sammelschiene → 400 V / 48 V Ausgang, mit automatischer Fehlerüberbrückung
③ Verteilungsebene: Säulenkopf → Racks — Server / Speicher / KI-Beschleuniger
④ Managementebene: Umgebungsüberwachung und Energiemanagement

Ebene	Aufbau	Leistungsfluss	Auslegungsphilosophie
① Mittelspannungsanschluss	10-kV-Doppelring	Netz → SST	Redundante Doppelversorgung
② SST-Versorgung	N+X-Module	10 kV → DC → Last	Integrierte Wandlung und Redundanz
③ Verteilerebene	Spaltenkopf + Racks	DC/AC → Server	Lokale Verteilung zur Verlustminimierung
④ Managementebene	Umgebungsüberwachung + EMS	Informationsfluss	Energieeffizienzüberwachung

3.2 Vergleich mit der herkömmlichen Kette

Phase	Traditionell	SST	Nutzen
Spannungswandlung	Netzfrequenztransformator + AC/DC + DC/DC	Einzelne SST-Einheit	Eliminiert 3 Wandlungsstufen
Versorgungsarchitektur	Dezentrale Stapelbauweise	Modular und integriert	Platzbedarf −65%
Errichtung	Vor-Ort-Verkabelung	Werkseitige Vorfertigung	Zeitaufwand −75%

4. Kerngeräte und technische Parameter

Parameter	Wert	Physikalische Bedeutung
Gesamtwirkungsgrad	≥90,8%	Spart die Verluste von 3 Umwandlungsstufen
Platzbedarf	-65%	Integriertes Modul
Kupferanteil	-90%+	Mittelspannungs-Direktanschluss
Installationszeit	-75%	Werkseitige Vorfertigung
Zuverlässigkeit	N+X-Redundanz	Automatische Fehlerumgehung
Leistungsklasse	Modular und skalierbar	Geeignet für KI-Cluster

5. Technische Highlights und physikalische Prinzipien

5.1 Highlight 1: Eine schlankere Leistungskette

Physikalisches Prinzip: Jede AC/DC- oder DC/DC-Wandlungsstufe verursacht einen Verlust von 3 %–5 %. Der SST integriert Transformation, Gleichrichtung und galvanische Trennung in eine einzige Stufe, wodurch die Kette von fünf auf zwei Stufen reduziert und diese Verluste eliminiert werden.

Quantifizierter Nutzen: +5 % Wirkungsgrad und ein signifikanter Rückgang des PUE.

Grüne Stromlösung für KI-Rechenzentren

5.2 Highlight 2: Mittelspannungs-Direktanschluss

Physikalisches Prinzip: Der traditionelle Ansatz benötigt Niederspannungs-Hochstrom-Sammelschienen (400 V, Tausende von Ampere) zur Leistungsübertragung, was mit hohen Kupferverlusten einhergeht. Der SST wird direkt auf 10 kV angeschlossen und überträgt die Leistung bei hoher Spannung und niedrigem Strom, sodass der Kupferverbrauch für Sammelschienen drastisch sinkt.

Quantifizierter Nutzen: Kupferanteil −90 %+, bei geringerer Wärmeentwicklung und reduziertem Brandrisiko.

5.3 Highlight 3: Plug-and-Play

Physikalisches Prinzip: Die modulare Vorfertigung im Werk bedeutet, dass vor Ort nur noch Montage und Verkabelung erforderlich sind.

Quantifizierter Nutzen: Installationszeit −75 %, wodurch KI-Rechenzentren schnell in Betrieb genommen werden können.

6. Wirtschaftlicher Vergleich mit dem traditionellen Ansatz

Kostenposition	Traditionell	SST	Einsparungen
Bauarbeiten (Flächenbedarf)	Basiswert	−65%	Erheblich
Kupfermaterial	Basiswert	−90%	Materialkosten drastisch gesenkt
Strom (Wirkungsgrad)	Basiswert	+5%	Hohe jährliche Einsparungen
Bauzeit	12 Monate	3 Monate	Einnahmen durch vorzeitige Inbetriebnahme

7. Wegweisende Projektreferenzen

Projekt	Anwendung	Kenndaten
GDS Chongqing	Integration direkt angeschlossener Energiespeicher	90 % Gesamtwirkungsgrad
CNPC Kunshan	Ladestation	95 %+ Wirkungsgrad
Guangdong Power Grid	Flexible Netzkopplung	98,7 % Wirkungsgrad

8. Technische Standards und Konformität

Standard	Geltungsbereich
GB 50174	Planungscode für Rechenzentren
GB/T 34120	Netzgekoppelte Energiespeicher
IEC 61850	Kommunikation

9. Lieferung und Dienstleistungen

Werkseitig vorgefertigte modulare Einheiten
Plug-and-Play-Installation vor Ort
Fernbetrieb und -wartung über den gesamten Lebenszyklus

Eingesetzte Geräte

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