最佳演讲人气王 | 世纪互联刘学潮：数据中心国产柴发的机遇和挑战

科技 2024-12-16 12:42 北京

最佳演讲

人气王

11月20-21日，为期两天的数据中心标准大会在北京国家会议中心圆满举行。大会以“AI之光照耀未来”为主题，汇聚了国内数据中心产业链的权威专家、关键企业领袖及行业精英，共同探讨AI在数据中心领域的变革与未来发展前景。北京世纪互联宽带数据中心有限公司柴发系统技术专家刘学潮，受邀出席会议并以《数据中心国产柴发的机遇和挑战》为题发表演讲。现将演讲内容整理如下，供广大数据中心从业者参考。

当前，数据中心市场柴发缺货情况比较严重，完善柴发供应链是一项紧迫的任务。今天我演讲的主题是“国产柴发的机遇和挑战”，这也是本场专场会议的主题，我将与大家分享一些想法，主要目的是抛砖引玉，推动产业链上下游就这一话题形成更多共识，明确如何优化产业发展，为数据中心行业提供更加可靠、高效的备用电源解决方案。

一

数据中心柴发应用概述

1、数据中心主要柴油机品牌

当前市场上，数据中心主要使用进口品牌的柴油发电机组，如康明斯、卡特彼勒、MTU、三菱等。其中使用较多的机组包括康明斯C2500D5A、卡特3516B和MUT4000系列。左边图表的是我们内部存量柴发数据的占比，以柴油机作为区分，基本上都是进口品牌柴发。

针对市场上主流的大功率高速柴油机品牌，我做了一些归类，除几个刚刚讲过的进口品牌外，目前合资品牌还有玉柴MTU和重庆康明斯，菱重品牌我们也归纳到合资品牌，这个品牌是上柴和三菱的合资企业，也制造部分三菱品牌的柴油机。国产品牌有很多，目前与我们交流比较多的是玉柴、潍柴和磐谷，这几家的产品目前在数据中心市场已经有了一些应用案例。

2、柴发失效主要因素

中国作为全球内燃机制造大国，关于数据中心所用的柴发机组，无论是进口品牌还是国产品牌，多在国内完成成套制造。进口品牌与国产品牌柴发机组的主要区别在于柴油机本体，其他所有关键配套组件都是在国内生产的。在探究进口品牌与国产品牌柴油机差异前，我想先谈了在数据中心领域柴发失效的主要因素是什么，是不是因为柴油机的差异导致可靠性的不足。根据根据世纪互联20多年的应用数据和我的行业经验，柴发失效主要受以下三大因素影响：

● 技术因素

1）启动蓄电池

技术因素中首先要注意的是电池，柴发失效故障中80%以上的问题是因为电池。原因很简单，主要是没有做好定期的维护，导致柴发机组无法启动。

2）燃油系统

主要是早期数据中心对柴油的特性认知不足，而数据中心需要柴发长期带载的概率还是很低的，从而导致柴油长期存储。加上储油设施设计、施工和运维的技术要求不完善，所以燃油系统的故障一直都是柴发失效场景中较多的来源。

3）电气系统

电气系统的故障率与柴发质量和系统配置密切相关，通过我们的运营数据分析，柴发的故障率与故障浴盆曲线是高度符合的，进入老化周期后，一些电气模块会出现偶发性故障，比如发电机的AVR模块和机旁控制器，虽然从总量上看占比不是特别高，但是会直接导致柴发不可用。

4）进排风

后面几种故障因素我也做了一些归纳，因为时间原因，这里就不详细展开，我重点聊下进排风问题。

目前在很多新建的项目中，这一问题变得尤为突出。原因主要在于柴发容量的大幅增长，单栋数据中心的柴发配置通常达到30-50台，无论是开式柴发还是集装箱柴发，其布置都非常密集。这就要求在前期设计中尽可能进行更加精细的CFD仿真计算。已经有些项目产生了进风量不足和局部热岛效应。例如，有的机组因为排风侧气流影响了进风侧，导致进风温度比其他机组高出10℃以上，或者采用两侧或者单侧进风的开式机组，没有布置合理的轴流风机，远离进风侧的机组性能会显著衰减，具体表现未加载能力降低和柴发水温异常升高。

● 管理因素

1）维护问题

柴发需要定期维护，而如何进行专业维护，不同供应商的方案和理念并不一致。同时，如何开展预防性维护，以及更合理地制定维护保养频次等，都需要进一步优化。特别是设备老化后，如何进行专项检查非常关键。由于数据中心柴发的运行时间普遍较短，但现行的维护制度仍主要基于柴发的运行时间制定，这就导致了与数据中心应用场景的不匹配。例如，缺乏针对性维护可能导致维护不及时或过度维护的现象。在当前数据中心追求降低OPEX成本的大环境下，这种问题已成为部分数据中心柴发故障率升高的主要原因。

2）操作不当

柴发是比较复杂的系统，很多人对其理解和操作存在偏差。例如，在柴发负荷率管理方面，负荷率过高或过低都会对性能造成显著影响。当负荷率低于20%时，柴发并机运行容易出现功率分配偏差大、电压输出波动大的问题。针对具体运行场景，如何完善设备管理要求，是一个需要深入探讨的议题，而不是采用一刀切的方案。

3）系统监控缺陷

目前数据中心对柴发的监控工具功能相似，但多数柴发数据仍是“黑盒”。即使设备发生了明显故障，相关信息也可能无法及时显示。如何更早发现并解决问题，更多依赖于技术中台的能力，这是管理需要补强的重要环节。

此外，故障管理和测试管理也是两个关键问题。关于测试管理，尤其是在快速交付背景下，因未能及时识别柴发功能缺陷，导致日常维护中无法复现某些场景，最终可能出现“带病上岗”的问题。

● 外部环境

1）高温高湿

在国内地区，高温高湿环境对柴发的失效风险目前并非主要因素。但对于一些出海项目（如东南亚地区），高温高湿会对设备的冷却能力、防护等级以及抗腐蚀性造成影响。

2）高海拔

高海拔环境也是业内关注的重点问题。虽然所有柴发品牌都提供修正参数，但在硬件和软件未优化的情况下，一些修正值明显不合理。

3）极端寒潮和台风暴雨

在极端寒潮环境中，数据中心使用的柴油牌号冷滤点往往难以满足环境要求。如果柴发油路保温措施不到位或应急预案不完善，就容易导致柴发失效。

台风和暴雨等极端天气也会引发风险。例如，柴油储罐进水或浮罐等问题在行业内屡见不鲜。暴雨还可能导致柴发设施进水、短路等情况，最终引发设备失效。

基于以上的经验分享，其实在数据中心领域，柴发设施失效的原因非常多样，并不是简单的单机问题引起。

二

国产柴发与进口柴发对比分析

1、柴发关键参数对比

针对柴发关键参数，我将进口品牌和国产品牌进行了一些对比。基于前面所谈的，进口品牌与国产品牌的主要差异在于发动机部分，成套配置和成套技术上目前差别不大。我主要聊下几项关键数据。

● 数据中心持续功率标定

关于数据中心持续功率标定的问题，不同厂家的DCP数据存在较大差异。根据法规的要求和当前应用需求，DCP是整合了PRP和LTP的标准，但从产品侧来看，厂家大多是将PRP直接更改为DCP，功率标定涉及法规的应用要求，需要进行更深入的研究。在满负荷运行环境下，柴发实际能够持续运行多少小时，不应拍脑袋决定，而是需要大量的工程经验和实际应用数据作为支持。这也是行业普遍关注柴发长周期带载能力的原因之一。

目前部分国产品牌已经完成了241小时和242小时的满载与超载连续运行测试，但相较于柴发的全生命周期而言，这一测试周期尚未触发设备的首次维护周期，因此无法完全证明设备的可靠性。对此，无论是进口品牌还是国产品牌，都需要加强研究和测试。我们目前的建议是，通过完善的测试结合该型号设备在其他领域的常载全生命周期数据进行综合评估。

● 尺寸

部分项目需要符合40尺标箱的尺寸要求，特别是在海外项目中，这直接影响项目成本和交付效率。目前，部分国产品牌柴发的尺寸仍显较大、较重。虽然开式机组受影响不大，但对于集装箱柴发而言，这对某些项目可能形成制约。

● 启动和满载时间

当前，国产柴发普遍配置了预润滑功能，与中速大功率柴油机的设计类似。从全生命周期角度看，预润滑功能对柴油机的运行尤其在低温环境中具有积极意义。目前，国产品牌的启动时间稍长，约为15-20秒，这一范围在可接受范畴内。但需要注意的是，预供泵故障可能影响柴发的应急启动。因此，应进一步优化控制逻辑，并合理定义预润滑的时间间隔，以在保证油膜保护完整的前提下避免设备能耗的过度增加。

● 带载性能

我们针对柴发的带载性能进行了完善的测试，结果显示进口品牌与国产品牌差异不大。部分国产品牌因排量较大，在瞬态性能上表现更为优异。主要问题在于设备的标定和调试能力。如何确保所有机组的性能数据差异最小化，增强产品质量稳定性的可信度，是需要重点解决的问题。

● 燃油喷射方式

在燃油喷射环节环节，进口品牌之间也存在较大差异，各品牌采用的方案各不相同。其中，高压共轨技术在油耗及排放性能上表现更优，瞬态性能也更好，但对燃油品质要求较高。由于数据中心柴油存储时间较长，柴油的氧化安定性容易下降，产生油泥或管路锈蚀物。如果柴发长期带载，且供油系统未完善排污和定期清洗措施，高压共轨系统容易失效。

● 油液应用

在油液应用方面，目前主要进口品牌的柴发已建立完善的使用要求，包括明确的油液品牌与牌号清单，甚至开发了自有品牌的油液。而部分国产品牌柴发因缸径大、排量高，运行时振动频繁且剧烈，气缸套更容易产生气穴腐蚀。从行业法规来看，目前针对数据中心使用的重型发动机，国外已建立完善的油液的标准体系。国产品牌应进一步完善相关配套领域的适配验证工作，提升油液的抗振动气穴腐蚀性能，以增强设备全生命周期的可靠性。

● 柴油机强化指标

这块我简要说明下柴油机强化指标，主要包含：排量、压缩比、升功率、平均有效压力和增压比。目前部分国产品牌在排量有一定优势，而在其他指标上，整体差异并不显著。需要注意的是，不同进口品牌及其不同型号的柴油机在上述指标上存在一定差异。因此，具体分析时需要针对特定品牌和型号进行详细对比。由于时间原因，这里不展开详细讨论。

2、内燃机行业技术的发展方向

我想简要谈谈内燃机行业技术的发展方向，这也反映了国内与国外内燃机行业在几个关键领域的主要差异。以下内容来源于国内一家柴油机研究机构的分析。目前内燃机行业内最关注的是排放性能、经济性和质量特性。

● 排放性能

对数据中心而言，排放性能并非最核心的指标。国内外针对固定式内燃机的排放法规存在显著差异，特别是在备用电源应用场景下，不同国家的要求各不相同。

● 燃油经济性

在燃油经济性方面，部分国产品牌的油耗较进口品牌略高。不过，作为数据中心的备用电源，油耗偏差对储油设施容积的实际影响较小。在不作为常载运行的前提下，这一差异对数据中心整体运行的影响有限。

● 质量和动力性能

在质量和动力性能上，进口品牌凭借长时间的技术积累，具有一定优势。然而，部分国产品牌在这一领域的研发投入正在持续增长，这是国内内燃机行业努力追赶的重要方向。

● 智能化发展

智能化是当前技术发展的亮点，也是国产品牌实现“弯道超车”的潜在领域。在非数据中心应用场景中，一些进口内燃机品牌已经推出智能化解决方案。对于数据中心领域而言，国产品牌在智能化技术上的自主性更强，同时具备深厚的跨产业智能化应用基础。通过将其他产业领域的智能化优势与数据中心的实际应用场景和痛点深度结合，国产品牌有机会推动柴发全生命周期的数字化管理，实现更高效、更精准的设备运营管理。

三

对国产柴发的思考

● 技术性能和可靠性

基于前面的分享，我们可以看出，数据中心柴发的应用是一个系统性问题，并不仅仅局限于机组本体本身。在技术性能和可靠性方面，必须优先补强系统短板，减少单点故障对整体系统的影响。这方面可以通过引入FMEA等方法，进一步深化可靠性设计与应用。同时，针对控制系统，目前国产柴发在ECU和算法层面与部分国外品牌存在一定差距，其核心原因是工程应用经验的积累不足。

在研发与质量管理体系方面，需要借鉴先进的管理经验，同时推动行业内的可靠性标准建设。在其他应用领域，例如船舶、核电和机车领域，均已建立了成熟的标准体系。例如核电领域的备用电源标准，其体系完整且有极高的参考价值。

而在柴发可靠性测试方面，虽然部分国产品牌已经完成了241小时和242小时的满载运行测试，几年前某进口品牌也完成了240小时带载测试，但要制定适合数据中心应用的可靠性标准，还需要行业内部达成共识。

● 成本和性价比的优势

国产柴发相比进口品牌，性价比无疑是核心竞争力之一，但如何通过TCO（总拥有成本）形成差异化优势，需要进一步挖掘潜力。这块我的想法是首先应该有更加适用于AIDC的柴发功率，大功率柴发是一个方向，同时针对于部分架构下可能需要特定的功率段，应该有针对性的挖潜，比如提升产品5%的标定功率，可以在负荷计算中减少适配机组数量，从而显著提升性价比。最后一个是通过规模效应和产业协同降低成本。扩大市场规模不仅能降低单机成本，还能带动产业链整体的竞争力提升。

● 产业链和供应链支持

国产品牌在这个领域有着近水楼台的优势，需要根据数据中心的高要求，推进供应链本土化的建设。目前国产柴发的设计能力和国外品牌基本都是同步，因为有全球顶级专业设计公司协助产品的开发。但是在供应链领域，柴发零部件种类繁多，如何提高供应效率和质量一致性是长期发展的重要课题。目前部分国产品牌，在商用车内燃机领域和大功率已经建立非常扎实的基础，这种经验和能力可进一步拓展至数据中心领域。

● 政策与市场环境

政策支持是国产柴发进一步发展的重要推动力。我们期待相关产业政策能在提升数据中心关键设施国产化率、鼓励技术创新等方面提供更多支持。同时，数据中心用户对高可靠性和快速响应能力的高要求，既是挑战，也是机遇。通过用户需求的高标准倒逼，可以推动国产品牌持续提升技术水平。

● 市场竞争与品牌认知

当前用户对国产柴发的认知度普遍较低，如何提升品牌形象和市场接受度是必须解决的关键问题。我的建议是首先要有完善的体系认证，在完成泰尔认证的基础上，推进全系列的专业认证，比如高海拔和极限环境测试、CE和UL认证、船级社认证等，增强市场竞争力和可信赖性。针对于前面所谈的主要痛点，要有应用针对性的开发。同时敢于展现应用数据，针对柴发全生命周期中的故障情况，应重点关注故障等级和原因，从设计、应用到维护和大修，完整数据是提升用户信任的核心。

● 定制化和智能化

国产柴发要进一步贴近用户需求，提供定制化与智能化的解决方案。针对数据中心柴发的运行特性（如运行时间极短），优化维护方案，合理降低维护成本；针对老旧设备，提供翻新服务或资源整合方案，延长设备生命周期。通过数字化管理平台，结合数据中心的实际应用场景和痛点，实现柴发全生命周期的智能化运维。目前，我们已有较为明确的定制化和智能化发展规划，并正在与部分柴发品牌探讨合作。

四

AIDC的备用电源的应用趋势

● 备用电源的发展趋势

最后这一部分，我来简单聊下柴发的趋势，早期的数据中心或机房规模较小，柴发配置以低压单机运行为主。随着互联网业务和云计算的快速发展，柴发的容量逐步提升，目前普遍采用N+1并机运行模式，容量在20MW左右。而在AIDC迅速崛起的背景下，数据中心规模已发展至超大园区级别，柴发容量和并机数量进一步增加，对柴发设备的性能和可靠性提出了更高要求。从发展来看，世纪互联提出了一个重要观点：“AI的尽头是电力”，算力的爆发对数据中心的能源体系带来了革命性影响，而备用电源如何满足未来市场需求成为行业的重点话题之一。

● 大功率柴发的应用

随着需求增长，大功率柴发的市场潜力逐步显现，目前市场主流柴发功率仍集中在1800kw和2000kw，其原因主要是性价比占优。但未来，具有更大功率且具备经济效益的发电设备将成为发展方向，尤其是在成本优化和可靠性提升上具有更高潜力的设备。

● 备用电源的创新与替代

柴发设备作为备用电源，虽然技术成熟，但因其本质上不创造收益且需长期承担较高的OPEX，那么具备更低的发电成本的设施，替代市电运行，同时在技术上具有比柴发更高的可靠性，这些创新性的发电设施正在加速这一变革，为AI算力新基建转型升级注入新动能。

同时在绿色能源的整合与创新方面，生物质天然气、绿氢、绿甲烷等新型绿色能源正逐步进入备用电源领域。这些资源的整合与高效利用，将成为行业转型的关键。与此同时，虚拟电厂等创新模式正在改变传统能源供应和利用方式。这一模式有望推动备用电源的绿色化与收益化，在实现低碳排放的同时，也为备用电源设备提供更灵活的经济回报方案。

● 机遇与挑战

备用电源赛道正在迎来转型窗口期。未来，谁能率先站稳脚跟，提供更优的解决方案和更低的成本，谁就能在市场中占据先机。但不管如何变革，数据中心柴发的需求仍然存在，具备前瞻性视角的柴发品牌，将在这场竞争中占据更大的市场份额和发展机遇。

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