超级电容器因其能够在极短时间内提供和吸收大量电能，正逐渐成为解决这一问题的潜在技术之一。据IDTechEx预测，到2037年，数据中心用超级电容器的市场规模可能超过9.5亿美元。.
该咨询公司在其报告《数据中心超级电容器 2027-2037：技术、应用、参与者和预测》中分析了这一发展趋势，报告研究了现有技术以及采用这些技术的一个基本方面：在数据中心的电气基础设施中，在哪个位置安装这些设备最方便。.
人工智能引入了一种新的电力消耗模式
专用于人工智能的数据中心与传统数据中心的需求模式有所不同。大型加速器集群在某些计算操作开始或结束时会产生瞬态负载和非常剧烈的功率波动。.
最极端的峰值可能会产生瞬时电压下降，如果处理不当，可能会影响服务器和其他设备的运行，并将干扰传递到电力基础设施。.
这种情况需要对配电系统和备用电源系统进行调整。用于补偿这些变化的储能设备必须能够在极短的时间尺度内（可达毫秒级）做出响应，并且能够承受大量的充放电循环。.
高功率密度也很重要，这样可以限制处理大负载时占用的空间，并且能够将该解决方案集成到现有的电气架构中。.
这些特性解释了人们对超级电容器日益增长的兴趣。与主要用于长时间供电的储能系统不同，超级电容器的突出之处在于其能够快速地释放或吸收能量，并能承受高循环次数。.
超级电容器应该安装在哪里？
不同数据中心的具体架构各不相同，但这些存储系统可以集成到多个层次上。.
服务器、交换机、路由器和存储系统通常分组安装在机架中，每个机架可能配备独立的电池备用单元 (BBU)。多个机架组成计算通道，由配电单元 (PDU) 供电。.
更高层级的是建筑物的中央电力基础设施，负责从电网分配电力并容纳不间断电源（UPS）系统。这些系统在停电期间维持电力供应，其功能包括备用发电机启动前的过渡期。.
根据IDTechEx的分析，超级电容器的安装位置主要有三种：机架内部、通道内或中央UPS系统旁。每种方案在防护性能、密度、成本和部署便捷性方面各有优势。.
机架内部的超级电容器
例如，机架集成（作为 BBU 的一部分）可能特别适合新建的 AI 数据中心。.
存储系统与负载的接近使得低压设备的电源能够直接稳定，并对服务器和加速器的功耗变化做出本地响应。.
这种架构还允许仅在需要的地方部署超级电容器。在只有特定机架专门用于人工智能训练或推理的装置中，可以将高功率存储集中在这些区域，而不是为整个设施配备相应的容量。.
缺点是，在机架内集成更多电源组件会减少可用于计算设备的空间，并可能增加基础设施的复杂性。.
在走廊和房间安装UPS
在升级现有数据中心时，通道级配置具有诸多优势。由于无需对每个机架进行改造，因此可以简化改造流程，并保持更高的服务器和加速器密度。.
因此，IDTechEx 预计，在短期内，通道级和房间级 UPS 安装可能会更加普及，尤其是在托管数据中心。.
在 UPS 系统旁边安装 UPS 系统还有另一个优点：它可以保护那些超出仅安装在机架中的 UPS 系统范围的负载。.
其中包括高压电力基础设施和某些辅助系统，例如冷却系统，它们的连续性对于高密度数据中心的整体运行至关重要。.
IDTechEx 认为，到 2037 年，机架级和 UPS 机房配置可能成为数据中心内超级电容器的两种主要位置。.
补充电池以在毫秒内做出响应
超级电容器的出现并不一定意味着要取代目前不间断电源系统中使用的电池。这两种技术满足的是能源基础设施的不同需求。.
虽然电池适合储存大量能量并提供更长时间的自主运行，但超级电容器可以响应极其快速的功率变化，并以高频率重复这些充放电循环。.
随着人工智能专用机架的性能不断提升，这种组合变得尤为重要。能源基础设施不仅要应对潜在的停电，还要管理数据中心正常运行期间的突发需求变化。.
最佳位置最终取决于设施设计、人工智能负载百分比、机架改造的可能性以及保护其他电气和冷却系统的需要等因素。.
IDTechEx 预测，到 2037 年，超级电容器市场规模将超过 9.5 亿美元，因此，超级电容器可能成为数据中心能源架构的新组成部分，尤其是在人工智能负载需要管理越来越快速和更大的功率变化的设施中。.
作者：Daniel Parr，IDTechEx技术分析师
