Применение литий-ионных аккумуляторов для защиты электропитания центров обработки данных #2

Опубликовано 03.12.2021

Каковы преимущества литий-ионного аккумулятора? Готов ли ваш ИБП к использованию Li-ion?

Технологический прогресс, достигнутый в последние годы, поднял эффективность ИБП последнего поколения до 97% (КПД). Однако мы использовали те же свинцово-кислотные батареи или батареи VRLA в качестве резервного источника питания ИБП около 30 лет! Они по-прежнему делают свою работу, и делают это хорошо: так зачем же меняться? Проблема с батареями VRLA заключается в том, что им по-прежнему требуется температура около 20 ° C, чтобы продлить срок их службы. Согласно отраслевым стандартам, на каждые 10 градусов выше 20 ° C срок службы батареи VRLA сокращается вдвое. Следовательно, одной из областей, которая может способствовать широкому использованию литий-ионных батарей являются, к примеру, центры обработки данных, где есть необходимость управления энергопотреблением. Литий-ионные батареи предлагают альтернативу VRLA, поскольку они могут работать при гораздо более высоких температурах: до двадцати / тридцати градусов по Цельсию. Большинство ИТ-систем также работают при температуре> 25 ° C, а сама технология ИБП может работать до 40 ° C. Конечно, во многих европейских странах это может означать, что естественная температура воздуха (которая в среднем составляет от 20 до 22 ° C) может полностью избавить от необходимости кондиционирования воздуха. Это приведет к значительной экономии эксплуатационных расходов центра обработки данных и уменьшению выбросов углекислого газа. Экономия места также является потенциальным преимуществом. Во многих центрах обработки данных достаточно места для размещения свинцово-кислотных аккумуляторов без проблем. Однако там, где пространство ограничено, литий-ионные батареи обычно занимают треть физического пространства эквивалентных блоков VRLA и составляют менее четверти веса. Эти характеристики экономии места могут дать преимущества, например, небольшим региональным периферийным центрам обработки данных.

До сих пор одним из недостатков перехода на литий-ионные аккумуляторы была более высокая первоначальная стоимость. Однако в последние годы автомобильная промышленность привела к снижению цен, и за последнее десятилетие они значительно снизились. Обычно мы обнаруживаем, что первоначальные капитальные затраты на покупку литий-ионных аккумуляторов в два раза дороже, чем для свинцово-кислотных аккумуляторов. Однако литий-ионный аккумулятор служит вдвое дольше. Расчетный срок службы не менее десять лет. Свинцово-кислотные батареи обычно меняют каждые семь или восемь лет. С Li-ion это 13-15 лет. Таким образом, если это плюс общие расчеты энергосбережения, литий-ионные батареи могут снизить общую стоимость владения (TCO), перевесив опасения относительно первоначальных инвестиций.

В прошлом, в отношении литий-ионных батарей высказывались опасения по поводу безопасности. Однако технология пошла дальше. Управление и тестирование литий-ионных аккумуляторов регулируется стандартом IEC62619, который был введен во всем мире более двух лет назад и относится конкретно к системам управления в промышленных аккумуляторных батареях. Литий-ионные батареи более чувствительны к тому, как они заряжаются и разряжаются, поскольку некоторые литий-ионные материалы выделяют O2 при высоких температурах в условиях перезарядки или при перегреве, поэтому IEC62619 требует наличия внутренней системы управления батареями (BMS). Это предотвращает перегрев жидкого органического электролита из-за чрезмерной или недостаточной зарядки. BMS выдает предупреждение, если диапазон напряжения безопасного заряда превышен, и тогда совместимый ИБП может отреагировать. Если это игнорируется, аварийный сигнал второго уровня связан с автоматическим выключателем, чтобы предотвратить дальнейшую зарядку или разряд элемента. Этот двойной уровень защиты должен быть реализован и протестирован на соответствие нормативам IEC62619. Каждая батарея, в том числе свинцово-кислотные, представляет собой потенциальную опасность, но при правильном обращении литий-ионная технология была разработана для обеспечения безопасного использования в центрах обработки данных и других объектах, требующих критически важной защиты питания.

Доступны различные типы материалов для литий-ионных аккумуляторов, чаще всего используются NCM, LCO, LMO и LFP. Нужен материал с высокой стабильностью в любых условиях. Самым безопасным и надежным является LFP, поскольку при разложении LFP не образуется O2, что сильно снижает риск взрыва. Несомненно, в будущем будет все больше и больше использоваться литий-ионные батареи в индустрии ИБП. Однако системы должны быть готовы к работе с литий-ионными аккумуляторами, а производители оборудования ИБП должны убедиться, что их технология совместима и может «взаимодействовать» с системой мониторинга литий-ионных аккумуляторов. Интересно, что до сих пор литий-ионные системы использовались в системах ИБП в большей степени в развивающихся странах Африки и Ближнего Востока, где основная электросеть менее надежна, чем в Великобритании, и частые проблемы с питанием являются более обычным явлением. В этих случаях ИБП и аккумуляторные системы необходимо включать несколько раз в день. Это большее потребление в первую очередь связано с более длительным сроком службы литий-ионных аккумуляторов: обычно 3000 циклов включения и выключения по сравнению с примерно 300 для технологии VRLA. Это может указывать на еще одно возможное применение литий-ионных аккумуляторов в будущем. В связи с возрастающим давлением на энергоснабжение наших городов управление спросом на электроэнергию может привести к тому, что центры обработки данных будут оплачивать их избыток потребления энергии. Большое количество циклов включения-выключения литий-ионных аккумуляторов, потенциально может предложить интересные приложения в этой области в будущем.

Литий-ионные аккумуляторы от CENTIEL уже устанавливают наши самые дальновидные клиенты, которые стремятся извлечь выгоду из преимуществ, которые литий-ионные аккумуляторы имеют перед свинцово-кислотными аккумуляторами, а именно: они меньше, легче, имеют высокую удельную мощность, более длительный срок службы и работают при более высоких температурах. Мы ожидаем, что в ближайшие пять лет произойдет значительный переход отрасли на литий-ионные аккумуляторы. Хорошей новостью является то, что технология CENTIEL уже готова к работе с литий-ионными аккумуляторами, существующие свинцово-кислотные аккумуляторные батареи имеют возможность в будущем перейти на литий-ионные без необходимости замены ИБП.

Gerardo Lecuona

Соучредитель и директор по глобальным продажам
CENTIEL SA