کوپالی کاری: از مرکز داده‌ها تا شبکه‌ها

چکیده: در تاریخ ۱۶ اکتبر ۲۰۲۵، NVIDIA دستورالعمل "معماری ۸۰۰ VDC برای زیرساخت‌های هوش مصنوعی نسل بعدی" را منتشر کرد و به این نکته اشاره کرد که با پیشرفت سریع مدل‌های بزرگ هوش مصنوعی و تکامل مداوم فناوری‌های CPU و GPU، قدرت هر رک در سال ۲۰۲۰ از ۱۰ کیلووات به ۱۵۰ کیلووات در سال ۲۰۲۵ افزایش یافته و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۸ به ۱ مگاوات برای هر رک برسد. برای بارهای الکتریکی در سطح مگاوات و چگالی‌های قدرت شدید، سیستم‌های توزیع AC ولتاژ پایین سنتی دیگر کافی نیستند. بنابراین، دستورالعمل پیشنهاد می‌کند از سیستم‌های تغذیه AC ۴۱۵V سنتی به معماری توزیع DC ۸۰۰V ارتقا یابد، که به فناوری کلیدی Solid-State Transformers (SST) علاقه‌مندان زیادی جلب کرده است.

مزایای پروژه‌های مرکز داده: Solid-State Transformer (SST) می‌تواند مستقیماً از AC شبکه ۱۰ kV به DC ۸۰۰ V تبدیل کند و مزایایی مانند اندازه کوچک، طراحی سبک وزنی و توابع یکپارچه شامل جبران بار غیرفعال و مدیریت کیفیت توان ارائه می‌دهد. سیستم‌های HVDC می‌توانند نیاز به دستگاه‌های واسطه‌ای زیادی مانند UPS را حذف کنند.

از معماری توزیع توان مرکز داده مشخص است که انتقال به HVDC (جریان مستقیم ولتاژ بالا) مزایای متعددی ارائه می‌دهد، از جمله:

• ولتاژ بالاتر باعث کاهش جریان می‌شود که مستقیماً منجر به کاهش مقدار سیم‌های مسی یا لوله‌های توزیع می‌شود.

• کاهش قابل توجه تجهیزات توزیع و حذف نیاز به تعداد زیادی از UPS‌های سنتی.

• کاهش قابل توجه فضای تسهیلات کمکی— برای مرکز داده‌های در مقیاس مگاوات برای هر رک، اتاق‌های الکتریکی سنتی مساحت بسیار بیشتری نسبت به اتاق‌های اصلی سرورها اشغال می‌کنند.

• بهبود کارایی تبدیل: SST‌ها خود به طور قابل توجهی کارآمدتر از ترانسفورماتورهای سنتی هستند و با کاهش قابل توجه مراحل تبدیل توان در معماری کلی سیستم، تلفات انرژی به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

همانطور که در شکل بالا نشان داده شده است، کابین‌های باتری ذخیره‌سازی انرژی می‌توانند مستقیماً به شین DC ۸۰۰V ("بسته‌بندی مستقیم باتری") متصل شوند که باعث کاهش تلفات توان میانی و حذف هزینه‌های تبدیل‌کننده‌ها می‌شود. به همین ترتیب، انرژی بادی و خورشیدی نیز می‌توانند مستقیماً از طریق تبدیل‌کننده‌های DC/DC یکپارچه شوند. این پیشرفت اهمیت قابل توجهی برای ترویج مرکز داده‌های سبز دارد.

SST‌ها تنها به مرکز داده محدود نیستند: اهداف "دوگانه کربن" (حداکثر کربن تا سال ۲۰۳۰ و حذف کربن تا سال ۲۰۶۰) کارایی انرژی در بخش‌های صنعتی و مدنی را به سطح جدیدی ارتقا داده است. در ساختمان‌های صنعتی و تجاری عمومی، SST‌ها نیز می‌توانند به طور گسترده‌ای استفاده شوند. وقتی خروجی ثانویه AC است، SST‌ها می‌توانند ترانسفورماتورهای سنتی را مستقیماً ارتقا دهند و جایگزین کنند. وقتی ولتاژ ثانویه DC ولتاژ بالا است، این یک قدم تحول‌آور برای توزیع توان DC در سطح ساختمان خواهد بود. به عنوان مثال، در ترویج فناوری "فتوولتائیک-ذخیره-مستقیم-انعطاف‌پذیر" (PSDF) کنونی، از ترانسفورماتور تا شین، نیاز به تبدیل‌کننده‌های دوطرفه AC/DC متمرکز یا پراکنده دیگر وجود ندارد که به توزیع توان DC در سراسر ساختمان اجازه می‌دهد.

در مورد نگرانی‌های مربوط به رسیدگی تجهیزات نهایی تغذیه شده با DC، این دستگاه‌ها حالا به طور گسترده‌ای رسیدگی شده‌اند، از جمله:

• وسایل نقلیه برقی (EVs): پلتفرم‌های EV از ۴۰۰VDC به ۸۰۰VDC و حتی بالاتر تکامل یافته‌اند. این سیستم‌ها روی شارژ سریع، چگالی توان بالا، کاهش سیم‌های مسی و دارای مستقیم‌کننده‌های کارآمد، کابل‌های قابل حمل با جریان بالا، اتصالات ایمن پیشرفته و طرح‌های محافظت تحمل خطا تأکید دارند. DC ولتاژ بالا امکان می‌دهد وسایل نقلیه از طریق ایستگاه‌های شارژ دوطرفه شارژ شوند یا حتی انرژی را به شبکه (V2G) بفروشند.

• فتوولتائیک (PV): مزارع خورشیدی در مقیاس بزرگ معمولاً در ۱۰۰۰–۱۵۰۰VDC عمل می‌کنند و از تجهیزات سوئیچ‌زنی DC، ایمنی‌ها و جعبه‌های ترکیبی رسیدگی شده برای اتصال مستقیم به سیستم‌های توزیع DC استفاده می‌کنند.

• ذخیره‌سازی انرژی (ES): سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی تجاری و صنعتی می‌توانند مستقیماً به شبکه‌های DC ۸۰۰V متصل شوند.

• HVAC و سایر تجهیزات توان: تولیدکنندگان اصلی HVAC چینی محصولات سازگار با ۳۷۵V DC را به بازار عرضه کرده‌اند.

• روشنایی LED، دستگاه‌های برقی و سایر دستگاه‌های نهایی: محصولات DC متناظر حالا به طور گسترده‌ای نصب شده‌اند.

• در مورد ترانسفورماتورهای SST، تولیدکنندگان تجهیزات داخلی محصولاتی را عرضه کرده‌اند که در سناریوهای مختلفی مانند مرکز داده و به‌روزرسانی‌های صرفه‌جویی در انرژی استفاده و ترویج می‌شوند.