運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心的SAKURAInternet于8月10日，在北海道石狩市建成了輸出功率200kW的SAKURAInternet石狩光伏電站。采用加拿大太陽(yáng)能公司（CnanadianSolar）制造的電池板，設(shè)置成45度角來(lái)防止積雪。

這種規(guī)模的光伏電站通常與高壓配電線并網(wǎng)，因此會(huì)在發(fā)電站內(nèi)安裝光伏逆變器（PCS）和升壓變壓器。這是由于要利用PCS把太陽(yáng)能電池板輸出的直流電流轉(zhuǎn)換成交流，并升壓至6.6kV后向高壓配電線送電。

但SAKURAInternet石狩光伏電站內(nèi)沒(méi)有設(shè)置這些用于高壓并網(wǎng)的大體積電氣設(shè)備，內(nèi)部空闊寬敞。實(shí)際上，該電站所發(fā)電力不是以固定價(jià)格收購(gòu)制度（FIT）出售，而是向約500m遠(yuǎn)處的石狩數(shù)據(jù)中心送直流電，作為該數(shù)據(jù)中心內(nèi)的服務(wù)器電源消費(fèi)的。該數(shù)據(jù)中心全部（預(yù)定全部8棟）運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，約有4000機(jī)架的服務(wù)器要用電。光伏發(fā)電的電力能夠全部用于自家消費(fèi)，因此沒(méi)有售電，而是決定公司自用。

將光伏電力投入HVDC供電

10張?zhí)?yáng)能電池板組成一個(gè)串聯(lián)電路（組串），一個(gè)接線盒并聯(lián)8條電路，將發(fā)電電力轉(zhuǎn)換為直流380V，經(jīng)由集電箱，利用自營(yíng)線向數(shù)據(jù)中心直流供電。接線盒采用帶MPPT（最大功率點(diǎn)追蹤控制）功能的產(chǎn)品（Nipron制造的PVMaximizer），原本由PCS負(fù)責(zé)的MPPT以組串為單位處理。

SAKURAInternet決定導(dǎo)入直接利用直流光伏電力的系統(tǒng)，很大程度上是因?yàn)槭鲾?shù)據(jù)中心已經(jīng)采用了高壓直流（HVDC）供電系統(tǒng)。HVDC供電系統(tǒng)是指，將商用交流電用于服務(wù)器時(shí)，將AC/DC（交流/直流）轉(zhuǎn)換次數(shù)由原來(lái)系統(tǒng)的3次減為1次，從而提高電力利用效率的機(jī)制。

數(shù)據(jù)中心為防備電力系統(tǒng)停電和瞬停，必須采用UPS（不間斷電源）。UPS內(nèi)置的蓄電池為直流輸入輸出。最終負(fù)載——服務(wù)器的心臟部主板雖也是用直流電力處理信息，但服務(wù)器自身采用首先接收交流電力的設(shè)計(jì)。因此，一般的數(shù)據(jù)中心都會(huì)進(jìn)行先接受商用交流電力，在UPS內(nèi)轉(zhuǎn)換為直流后，再回到交流的AC／DC／AC處理。輸出的交流電力由各服務(wù)器內(nèi)的電源單元再作轉(zhuǎn)換為直流的AC／DC處理后提供給主板。

優(yōu)先利用光伏電力

而HVDC供電系統(tǒng)，則是交流受電轉(zhuǎn)換為直流，再利用蓄電池，經(jīng)由直流配電盤(pán)，從直流集中電源裝置向DC服務(wù)器供電。DC服務(wù)器是沒(méi)有獨(dú)立電源單元的產(chǎn)品，可直接輸入直流12V的電力。

在石狩數(shù)據(jù)中心，是將直流受電的光伏電力（DC380V）供給HVDC供電系統(tǒng)的直流電路，來(lái)優(yōu)先利用的。該數(shù)據(jù)中心相應(yīng)于供電情況，是按照光伏電力、商用電力、蓄電池放電的次序，為服務(wù)器供電的。最優(yōu)先利用來(lái)自光伏電站的直流380V電力；次之是光伏電站不發(fā)電時(shí)，從電力公司受電、并由交流轉(zhuǎn)換為直流的340V電力。當(dāng)光伏電站不發(fā)電，商用電力也停電時(shí)，才利用來(lái)自蓄電池的直流264V電力。

這三種電源，越優(yōu)先使用的電源，設(shè)定的電壓越高。因此，據(jù)稱(chēng)即使不主動(dòng)控制電源選擇，也會(huì)按照光伏電力商用電力蓄電池的優(yōu)先順序，自動(dòng)從集中電源裝置向服務(wù)器供電。

SAKURAInternet表示，采用HVDC供電系統(tǒng)，系統(tǒng)整體的功率效率可提高15％，運(yùn)行成本也可降低。但以直流12V輸入為前提的DC服務(wù)器的產(chǎn)量還比較少，存在價(jià)格較貴的課題。今后，如果HVDC供電系統(tǒng)的采用增加，DC服務(wù)器的產(chǎn)量擴(kuò)大，則包括初期投資在內(nèi)的經(jīng)濟(jì)效益有望進(jìn)一步提高。

換成超導(dǎo)電纜

SAKURAInternet還參與了放眼未來(lái)的直流送電實(shí)證項(xiàng)目。8月10日開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，石狩光伏電站所發(fā)電力是利用銅線電纜向數(shù)據(jù)中心直流供電的，但9月24日換成了高溫超導(dǎo)電纜。直流的供電損失原本就比交流少，用高溫超導(dǎo)電纜后，損失能進(jìn)一步減少。與利用銅線輸送交流電力相比，利用超導(dǎo)電纜輸送直流電力可減少一半的損失。

另外，該公司還率先實(shí)施了利用超導(dǎo)電纜輸送交流電力的嘗試，但交流特有的電感損失，利用超導(dǎo)電纜也無(wú)法減少。還有，交流送電需要三條電纜，而直流供電最低只需一條，在節(jié)省空間上也有優(yōu)勢(shì)。

由于具備這些優(yōu)點(diǎn)，目前，全球紛紛開(kāi)始了實(shí)施超導(dǎo)直流供電系統(tǒng)的實(shí)證事業(yè)。其中韓國(guó)和俄羅斯等尤為熱心，包含計(jì)劃在內(nèi)，已經(jīng)有500m～2.5km左右的實(shí)證項(xiàng)目發(fā)表。在日本，中部大學(xué)成功實(shí)現(xiàn)了200m的供電。

此次石狩的實(shí)證事業(yè)由石狩超導(dǎo)直流供電系統(tǒng)技術(shù)研究聯(lián)盟實(shí)施。該聯(lián)盟是為了共同研究并試驗(yàn)超導(dǎo)直流供電及其相關(guān)技術(shù)，由千代田化工建設(shè)、住友電氣工業(yè)、中部大學(xué)及SAKURAInternet于2014年1月成立的。石狩市的實(shí)證項(xiàng)目是經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省的委托事業(yè)。

該聯(lián)盟首先在SAKURAInternet石狩光伏電站與石狩數(shù)據(jù)中心之間的500m地下1.2m深處埋設(shè)了住友電工制造的高溫超導(dǎo)電纜，已開(kāi)始直流供電光伏電力。電纜在雙重隔熱管中以-196℃的液氮冷卻，鉍線的電阻為零。在供電光伏電力之前，于8月上旬先將商用電力轉(zhuǎn)換為直流，進(jìn)行了試供電，確認(rèn)具備5kA、100MVA的供電能力。這相當(dāng)于約3萬(wàn)戶(hù)家庭的用電量。

在公路下敷設(shè)超導(dǎo)電纜

據(jù)稱(chēng)此為世界最長(zhǎng)距離的超導(dǎo)電纜的直流供電。另外，在公路下敷設(shè)尚屬日本首例。

石狩光伏電站隔壁和石狩數(shù)據(jù)中心，均建有約三層樓高的廠房，超導(dǎo)電纜的末端在此露面。進(jìn)入廠房就可看到，一樓有采用液氮的冷卻系統(tǒng)和制冷機(jī)等，用來(lái)向地下室的超導(dǎo)電纜輸送液氮。

高溫超導(dǎo)電纜作為節(jié)能系統(tǒng)，當(dāng)供電損失的削減量大于冷卻所需的電力量才是有意義的。因此，要求采用抑制熱滲透的高級(jí)隔熱技術(shù)。其中發(fā)揮重要作用的，是封入了液氮、相當(dāng)于保溫瓶的超導(dǎo)電纜管。此次是將每根12m的電纜管連接至500m長(zhǎng)。

石狩的實(shí)證事業(yè)通過(guò)采用新的雙重隔熱管構(gòu)造等，將供電電路的熱損失降至1.5W/m以下，約為原來(lái)的一半。另外，液氮循環(huán)時(shí)的損失削減至原來(lái)的約四分之一。

第二階段將延長(zhǎng)至1km

高溫超導(dǎo)電纜實(shí)用方面的課題，是存在冷卻收縮的問(wèn)題。一般情況下，電纜和雙重隔熱管從室溫下開(kāi)始冷卻會(huì)收縮約0.3％左右。500m電纜收縮就會(huì)有1.5m。因此，除了采用以螺旋狀變形吸收收縮的構(gòu)造外，不固定電纜的兩端，而是將其放置在導(dǎo)軌上。這樣，兩端會(huì)經(jīng)由伸縮護(hù)罩滑動(dòng)，從而可以吸收收縮。

該聯(lián)盟在石狩市實(shí)施的實(shí)證事業(yè)主要由兩個(gè)階段構(gòu)成。第一階段利用約500m的高溫超導(dǎo)電纜連接光伏發(fā)電設(shè)備和數(shù)據(jù)中心，在數(shù)據(jù)中心直接利用光伏發(fā)電的電力。第二階段預(yù)定在2018年3月底之前鋪設(shè)約1km的超導(dǎo)電纜，并實(shí)驗(yàn)性地直流送電。

目前已開(kāi)始在石狩數(shù)據(jù)中心附近的用地開(kāi)始了1km超導(dǎo)電纜的敷設(shè)工程。在長(zhǎng)約500m的占地內(nèi)折返來(lái)保證1km的距離。據(jù)稱(chēng)計(jì)劃利用光伏電站與數(shù)據(jù)中心之間的直流送電成果，實(shí)施在更長(zhǎng)距離上提高經(jīng)濟(jì)效益等的試驗(yàn)。

第二階段將采用新款超導(dǎo)電纜管。此為用輻射屏蔽膜包覆雙重隔熱管內(nèi)的電纜配管，可進(jìn)一步提高隔熱效果。據(jù)稱(chēng)供電電路的熱損失可降至0.7～1.0W/m。

另外，超導(dǎo)電纜管將在地上設(shè)置。原本，最理想的方式是埋設(shè)在溫度變化較小的地下，但受實(shí)證預(yù)算的限制而放棄了埋設(shè)。但據(jù)稱(chēng)，預(yù)定將利用在地上設(shè)置這一點(diǎn)，驗(yàn)證電纜管周?chē)沫h(huán)境變化對(duì)供電性能的影響等。

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