「直流电&交流电」
用白话来说,直流电(DC)的电流方向只有一个,日常生活中的电器用都是直流电;而交流电(AC)的方向可以来回,更适合进行远距离传输。
「发电厂—家庭用电的过程」
主要包括5个环节:发电、输电、变电、配电和用电。
(1)发电:初始电压通常不高,一般在10kV-20kV左右
(2)输电:因为初始电压不高,在进行远距离传输时,会产生巨大的热量损耗。为了减少这种浪费,我们需要提高电压,降低电流:
——升压:在发电厂内,通过升压变压器,电压会被瞬间升高到惊人的数值,如110kV、220kV、500kV甚至更高的特高压。
——长途运输:通过钢铁塔架支撑的高压输电线路(俗称"高压线"或"电网"),从发电站输送到城市或用电区域附近
(3)变电:高压电不能直接进家门,很容易烧毁电器,这时就需要变电站,通过变压器将高压电逐级降低至中电压
(4)配电:在小区附近,配电变压器(路边的绿色箱子、电线杆上的变压器)会进一步将中电压降低至最终使用电压:220v(单相电)和380v(三相电)
(5)用电:降压后的220V电通过电线进入家庭,首先会经过电表,用来计算家庭用电量;经过电表后,电能进入家里的配电箱,这里有很多空气开关和漏电保护器,负责将电力分配到各个房间,并在发生短路或过载时自动跳闸保护;最后,电力通过墙内的电线到达各个插座和开关,为家庭的电器提供动能
「发电厂-数据中心用电的过程」
(1)发电&"绿电直供"
-传统模式:电能被输送到公共电网,数据中心再从电网购买电力
-算电协同:绿电通过专用线路直达数据中心
(2)降压:电能进入园区后,要通过干式变压器将高压电降低至低压标准(400V/380V)
(3)UPS/HVDC净化稳压:这是数据中心供电的最核心环节,也是区别于普通用电的地方。降压后的400V交流电还不能直接给服务器用,因为市电可能会有浪涌、谐波或瞬间中断:
——传统方案 (UPS):采用“双变换”技术。先把交流电整流成直流电给电池充电,再把直流电逆变成纯净的交流电输出给服务器。这中间有能量损耗(约90%-94%效率)。
——未来趋势 (HVDC):省去了服务器内部电源模块(PSU)的再次转换,效率高达97%以上,且省去了笨重的电池柜,更适合液冷环境。
(4)最终分配:经过净化稳压后的电力(无论是交流还是直流),通过列头柜或母线槽,被分配到每一个服务器机柜。
-PDU (电源分配单元):安装在机柜内的“插排”,负责将电力最终分配给每一台服务器、交换机。
-芯片级供电:服务器内部的电源模块(PSU)会将输入的电最终转换成 12V 甚至 0.8V 的超低压直流电,供CPU和内存使用。
————————————————————————————————————————
综上,传统的UPS需要折腾好几次,电网——UPS(交转直)——逆变(直转交)——服务器电源(交转直),每一个环节都要损耗,都会产生热量。
未来的HVDC技术就是要把中间不必要的反复转换环节省掉,占地面积更小、成本更低、效率反而更高,一个中大型数据中心每年的电费就能省下几百上千万。
根据目前对国内外客户的调研,字节在2026年大概有40%的比例会采用400VHVDC架构,谷歌有30%的比例会采用800V的HVDC,到2026年下半年,英伟达Rubin会把800V作为标配,所以在2026年,HVDC是一个从0到30%-40%渗透率的提升,海外这块主要是台达和维科在供应,ABB在25年10月也跟英伟达合作研发下一代AI数据中心,不排除为其供应HVDC电源