在这个关于柴油备用替代方案的四部分系列文章中，我们探讨了传统的模式——带有柴油发电机备用的并网数据中心——在AI规模化过程中为何会陷入困境。电池储能系统（见第一部分）和先进的电力电子设备（见第二部分）已经在为吉瓦级数据中心平滑电网交互。
在本篇文章中，我们还将研究在备用电源方面取代柴油的是什么，以及在并网滞后时什么可以替代电网电力，重点关注天然气往复式发动机、燃气轮机以及由快装锅炉供能的蒸汽轮机。
天然气发动机：更清洁、可靠的柴油替代品
多年来，备用策略一直在从柴油发电机转向天然气往复式发动机——与汽车动力相同的基本技术。在颗粒物和氮氧化物等受管制的污染物方面，天然气机组通常能够比同类柴油发动机实现更低的排放，尤其是在配备现代控制和后处理装置时。每千瓦时的二氧化碳强度也可能更低，尽管结果取决于发动机效率和特定现场的运行概况等因素。排放比较应与上游天然气供应链中的甲烷管理一起考虑。
落基山国家实验室（National Lab of the Rockies，NLR）的一项研究发现柴油和天然气系统同样可靠，报告称天然气发电机在停电期间发生故障的可能性略低。在许多地区，天然气供应被认为比柴油燃料供应更可靠。虽然两者的运营成本仍高于电网电力，但备用机组通常在停电或电网事件期间才运行。值得注意的是，NLR强调，较低的每千瓦时燃料成本使天然气发动机在产生收入的电网支持方面比柴油更具吸引力，使并网发电机能够在紧急或高峰时段协助电网，而不仅仅是为数据中心服务。
中国会展上的数据中心燃气发电机
燃气发动机向上游移动
除了在传统备用角色中取代柴油外，天然气发动机还越来越多地在电网并网延迟或不可用时提供主供电源。
例如，俄亥俄州的一个数据中心项目计划部署15台Wärtsilä Energy 18V50SG燃气发动机，以提供近300MW的现场电力。
同样，卡特彼勒从American Intelligence & Power Corp.为其位于西弗吉尼亚州的Monarch Compute Campus获得了一份2GW的订单。该项目将使用Cat G3516快速响应天然气发电机组。与BESS配对，它们将吸收AI数据中心可能经历的极端负荷波动。这个占地2250英亩的场地最终可能再增加多达6GW的电力容量。这些发动机可以在大约7秒内从零负荷加速到满负荷，并将使用带有排放控制（包括选择性催化还原）的天然气运行，以实现超低排放并符合空气许可。
燃气轮机：争夺现场主供电源
燃气轮机很少作为柴油备用的一对一替代品，尽管较小的移动机组在某些情况下可以扮演这个角色。相反，它们最常与燃气发动机竞争现场主供电源。涡轮机可以实现更低的氮氧化物、一氧化碳和挥发性有机化合物水平，而往复式发动机更常依赖SCR和氧化催化剂来达到类似的环境标准。
据报道，来自主要OEM——GE Vernova、西门子能源和三菱电力——的需求已将大型涡轮机的交货时间推到本世纪末甚至更远，某些型号更是如此。作为回应，较小的供应商将天然气涡轮机安装在拖车上，并将其拖到数据中心以快速部署。例如，Dynamis Power Solutions提供从8MW到70MW的拖车安装式机组。这些移动涡轮机以前用于依赖柴油发电机的偏远、离网油气站点，现在正逐渐应用于数据中心。它们可以在站点之间移动——在建设和早期运营期间运进来供电，然后在电网电力到达后移走——或者留在现场作为备用。
Dynamis表示其DT24移动发电站能够在13.8kV电压下提供24MW电力。（图片：Dynamis Power Solutions）
即使附近没有管道，天然气也可以输送。Certarus是总部位于休斯顿的Superior Plus Corp.的子公司，运输压缩天然气，提供道路物流以及现场天然气减压和压力调节。一家美国超大规模运营商正在使用CNG，直到永久管道连接准备好。
“我们目前正在为数据中心超过120MW的现场电力供应天然气，并刚刚宣布另一个135MW的项目计划于2027年启动，”Certarus工业销售总监Scott Williams说。
在管道天然气已准备好的地方，AI工厂正在安装所有他们能获得的涡轮机容量。例如，在德克萨斯州阿比林建设的Oracle/OpenAI Stargate站点使用了混合涡轮机电力，包括GE Vernova LM2500XPRESS移动燃气轮机和Solar Turbines Titan 350机组。Stargate Abilene被设想为世界上最大的AI园区之一，可能扩展到八栋建筑的400万平方英尺，并消耗高达1.2GW的电力。
“到2030年，AI数据中心每年将需要另外60GW的新电力容量，”研究公司Omdia的分析师Shen Wang指出。
蒸汽轮机和快装锅炉：一种快速替代方案
随着燃气轮机积压订单的增加，一些运营商正在重新审视一个经过验证的方法：使用工业锅炉产生蒸汽来驱动蒸汽轮机。
根据德克萨斯州阿比林Rentech Boiler Systems锅炉销售副总裁Gerardo Lara的说法，最实用的选择是快装锅炉——一种工厂制造、预设计、独立的单元，带有燃烧器、控制和附件，可快速安装并最大限度地减少现场工作。他指出，交货时间约为一年。
“由于电力需求如此之高，快装锅炉可用于向蒸汽轮机供应蒸汽，以产生与高峰时段使用的燃气轮机大致相同效率水平的能量，”Lara说。“在目前的市场中，蒸汽轮机也可能比燃气轮机更快地交付到数据中心。”
诸如Howden、西门子能源、Triveni和Ebara Elliott等蒸汽轮机制造商几十年来一直在为核电站、地热电站、联合循环燃气电站和聚光太阳能电站供应这些设备。
一台燃气式水管快装锅炉。（图片：Rentech Boilers）
柴油的黄昏
美国联邦政策正在逐步限制柴油在交通运输中的使用，EPA针对非道路发动机的Tier 4标准严格限制了氮氧化物和颗粒物排放。指定柴油备用的新数据中心可以预期获得更严格的许可。虽然最新的柴油发电机减轻了许多传统排放问题，但天然气发动机继续占据备用发电的更大份额。
同时，由于在许多情况下交货时间比燃气轮机短，燃气发动机在主供电源应用中也越来越受欢迎。预计在未来几年，随着超大规模公司和AI工厂开发商竞相建设更大、计算更密集的设施，燃气发动机和涡轮机都将以前所未有的数量部署。
（全球储能网、新能源网综合）
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