Soluzione di alimentazione verde per data center AI

Zhejiang Rockwell Energy Technology Co., Ltd.

Soluzioni multi-scenario basate su trasformatori a stato solido (SST)

1. Contesto industriale e punti critici

1.1 Contesto industriale

Nell'era dei grandi modelli di intelligenza artificiale, la densità di potenza di un singolo rack del data center è passata dai tradizionali 8 kW a 50–100 kW e oltre, e il carico elettrico totale sta passando da decine di megawatt a centinaia di megawatt. I sistemi di alimentazione altamente efficienti, salvaspazio e rapidi da implementare sono diventati il vantaggio competitivo fondamentale delle infrastrutture di calcolo.

Soluzione di alimentazione per data center AI ecologica

1.2 Quattro punti critici dell'alimentazione tradizionale dei data center

Criticità	Descrizione	Causa radice fisica
Lunga catena di alimentazione	10 kV → trasformatore a frequenza di rete → 400 V → AC/DC → DC/DC isolato → 48 V	Cinque stadi di conversione, ciascuno con una perdita del 3%–5%
Collo di bottiglia dell'efficienza	Efficienza dell'intera catena di solo ~86%	Perdite cumulative su più stadi
Ingombro eccessivo	Sottostazione + UPS + quadri di distribuzione sovrapposti	Trasformatore a frequenza di rete più molteplici dispositivi
Implementazione lenta	Oltre 12 mesi di costruzione in sito	Apparecchiature disperse, cablaggio complesso

1.3 Catena di potenza tradizionale vs. SST — la differenza fisica

Catena tradizionale (5 stadi di conversione)

Fase	Apparecchiatura	Perdita	In termini semplici
①	Trasformatore a frequenza di rete	1%–2%	Riduce da 10 kV a 400 V
②	Raddrizzatore AC/DC	2%–3%	Converte AC in DC
③	Convertitore DC/DC isolato	2%–3%	Conversione DC isolata
④	Barra collettrice di distribuzione	0.5%	Distribuzione di potenza
⑤	Alimentazione a livello di scheda	3%–5%	Riduce alla tensione della CPU

Perdita totale: ~14% lungo l'intera catena, efficienza di solo ~86%.

Catena di collegamento diretto SST (2 stadi)

Fase	Apparecchiatura	Perdita	In termini semplici
①	SST trasformatore a stato solido	1%–2%	Collegato direttamente a 10 kV; trasformazione, raddrizzamento e isolamento in un unico passaggio
②	Alimentazione a livello di scheda	3%–5%	Riduce alla tensione della CPU

Perdita totale: ~9% lungo l'intera catena, efficienza di ≥90,8%.

Causa principale fisica: Il collegamento diretto in media tensione SST elimina il trasformatore a frequenza di rete e gli stadi di conversione intermedi, rimuovendo la perdita del 3%–5% di ogni stadio eliminato.

Soluzione di alimentazione per data center AI ecocompatibili

2. Panoramica della soluzione e proposta di valore

2.1 Definizione della soluzione (BLUF)

Sostituendo la tradizionale catena "DC/DC isolato + AC/DC + trasformatore a frequenza di rete" con l'alimentazione a stato solido SST si ottiene:

Efficienza dell'intera catena di ≥90,8% (+5%)
Ingombro ridotto del 65%
Contenuto di rame ridotto di oltre il 90%
Tempo di installazione ridotto del 75%

2.2 Proposta di valore principale

Dimensione del valore	Metrica	vs. tradizionale
Efficienza dell'intera catena	≥90,8%	Tradizionale ~86%, +5%
Ingombro	−65%	Un modulo integrato
Contenuto di rame	−90%+	La connessione diretta in media tensione elimina le barre collettrici ad alta corrente in bassa tensione
Tempo di installazione	−75%	Prefabbricazione in fabbrica più plug-and-play
Affidabilità	Ridondanza N+X	Bypass automatico in caso di guasto al singolo modulo

3. Architettura del sistema

3.1 Topologia del sistema (strato per strato)

① Collegamento in media tensione: ingresso a doppio anello a 10 kV — con protezione e misurazione in ingresso
② Moduli di potenza SST (ridondanza N+X): CA 10 kV → sbarra CC → uscita 400 V / 48 V, con bypass automatico dei guasti
③ Livello di distribuzione: testata della colonna → rack — server / storage / acceleratori AI
④ Livello di gestione: monitoraggio ambientale e gestione dell'energia

Livello	Composizione	Flusso di potenza	Razionale di progettazione
① Collegamento in media tensione	Doppio anello a 10 kV	Rete → SST	Alimentazione ridondante a doppia sorgente
② Alimentazione SST	Moduli N+X	10 kV → CC → Carico	Conversione integrata e ridondanza
③ Livello di distribuzione	Testata di colonna + rack	CC/CA → Server	Distribuzione locale per ridurre le perdite
④ Livello di gestione	Monitoraggio ambientale + EMS	Flusso di informazioni	Monitoraggio dell'efficienza energetica

3.2 Confronto con la catena tradizionale

Fase	Tradizionale	SST	Vantaggio
Conversione della tensione	Trasformatore a frequenza di rete + AC/DC + DC/DC	Singola unità SST	Elimina 3 stadi di conversione
Architettura di alimentazione	Stacking disperso	Modulare e integrato	Ingombro −65%
Costruzione	Cablaggio in sito	Prefabbricazione in fabbrica	Tempo −75%

4. Apparecchiature principali e parametri tecnici

Parametro	Valore	Significato fisico
Efficienza dell'intera catena	≥90,8%	Evita le perdite di 3 stadi di conversione
Ingombro	-65%	Modulo integrato
Contenuto di rame	-90%+	Collegamento diretto in media tensione
Tempo di installazione	-75%	Prefabbricazione in fabbrica
Affidabilità	Ridondanza N+X	Bypass automatico dei guasti
Classe di potenza	Modulare e scalabile	Adatto ai cluster AI

5. Punti di forza tecnici e principi fisici

5.1 Punto di forza 1: Una catena di alimentazione più snella

Principio fisico: ogni stadio di conversione AC/DC o DC/DC comporta una perdita del 3%–5%. L'SST integra trasformazione, raddrizzamento e isolamento in un unico stadio, riducendo la catena da cinque a due stadi ed eliminando tali perdite.

Beneficio quantificato: +5% di efficienza e una significativa riduzione del PUE.

Soluzione di alimentazione per data center AI sostenibili

5.2 Punto di forza 2: Collegamento diretto in media tensione

Principio fisico: l'approccio tradizionale richiede barre collettrici a bassa tensione e alta corrente (400 V, migliaia di ampere) per erogare potenza, con elevate perdite in rame. L'SST si collega direttamente a 10 kV, erogando potenza ad alta tensione e bassa corrente, riducendo così drasticamente l'uso di rame nelle barre collettrici.

Beneficio quantificato: contenuto di rame −90%+, con minore generazione di calore e ridotto rischio di incendio.

5.3 Punto di forza 3: Plug-and-Play

Principio fisico: la prefabbricazione modulare in fabbrica significa che in sito sono necessari solo il montaggio e il cablaggio.

Beneficio quantificato: tempo di installazione −75%, consentendo ai data center di calcolo AI di entrare in funzione rapidamente.

6. Confronto economico con l'approccio tradizionale

Voce di costo	Tradizionale	SST	Risparmi
Opere civili (ingombro)	Valore di base	−65%	Significativo
Materiale in rame	Valore di base	−90%	Costi dei materiali drasticamente ridotti
Energia elettrica (efficienza)	Valore di base	+5%	Notevoli risparmi annuali
Costruzione	12 mesi	3 mesi	Ricavi da avvio anticipato

7. Riferimenti a progetti emblematici

Progetto	Applicazione	Dati chiave
GDS Chongqing	Integrazione di accumulo di energia a collegamento diretto	Efficienza complessiva del 90%
CNPC Kunshan	Stazione di ricarica	Efficienza superiore al 95%
Rete elettrica del Guangdong	Interconnessione flessibile	Efficienza del 98,7%