Почему Li-ion станет будущим резервного центра данных
Достижения в области литий-ионных аккумуляторов в последние годы позволяют наблюдать использование этой технологии во многих областях, включая наши бытовые электронные устройства, в наших автомобилях, в самолетах, подводных лодках и даже на Международной космической станции. Тем не менее, начало применения литий-ионных АКБ в отрасли ИБП было не быстрым.
Свинцово-кислотные аккумуляторы Valve Regulated Lead (VRLA), которые мы использовали для резервирования систем ИБП в течение 30 лет, все еще выполняют свою работу, и они делают это хорошо: так зачем менять? Одной из областей, которая может способствовать широкому внедрению Li-ion в центры обработки данных, является необходимость управления энергией. В отличие от свинцово-кислотных, литий-ионные аккумуляторы отлично работают при температуре двадцать и тридцать градусов по Цельсию. Точно так же большинство ИТ-систем работают при> 25 C, а сама технология ИБП может работать до 40 C. Для сравнения: стандартная оценка состоит в том, что на каждые 10 градусов выше 20 C срок службы батареи VRLA уменьшается вдвое. Во многих европейских странах это означает, что в будущем охлаждение может обеспечиваться естественной температурой воздуха, если охлаждение вообще необходимо. Это приведет к значительной экономии на эксплуатационных расходах центра обработки данных и уменьшит выбросы углерода.
Экономия места также является потенциальным преимуществом. Многие дата-центры имеют достаточно места для размещения свинцово-кислотных батарей без проблем. Тем не менее, если пространство ограничено, для литий-ионных батарей обычно требуется меньше половины физического пространства эквивалентных свинцово-кислотных блоков и они составляют менее 25% веса.
В связи с быстрым увеличением объема генерируемых данных, которые вскоре будут поддерживаться Интернетом вещей (IoT), в облачные хранилища нужно будет переносить только важные данные и хранить их в больших центрах обработки данных. В будущем, вероятно, будет обрабатываться и накапливать менее важную информацию гораздо больше, гораздо меньших по размеру, региональных центров обработки данных. Например они могут быть расположены в полукилометре или около того в большом городе. Или мы сможем иметь мини-дата-центры, прикрепленные к нашим офисам и домам. Здесь, безусловно, будет больше места, и литий-ионные аккумуляторы предложат практическую альтернативу, обеспечив значительную экономию пространства по сравнению с свинцово-кислотными элементами.
Одним из недостатков перехода на Li-ion до сих пор была стоимость. Тем не менее, цены на автомобили все больше снижаются автомобильной промышленностью и значительно снизились за последние десять лет. Нас все чаще просят предоставить сравнительные цены на свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы для установок ИБП. В зависимости от проекта, мы обычно находим, что первоначальная стоимость CAPEX для покупки Li-ion по сравнению со свинцово-кислотными батареями примерно вдвое дороже.
Тем не менее, Li-Ion работает в два раза дольше, и поэтому соображения, касающиеся общей стоимости владения (TCO), теперь начали перевешивать опасения по поводу первоначальных инвестиций. Десятилетний срок службы Свинцово-кислотные батареи обычно заменяются каждые семь или восемь лет. С Li-ion это 13-15 лет.
В прошлом были проблемы с безопасностью, связанные с литий-ионными батареями, и было несколько опубликованных историй о риске пожара от литий-ионной технологии за эти годы. Однако любая технология, которая не управляется правильно, потенциально опасна. Если надлежащие процедуры не соблюдаются, опасно водить транспортное средство, летать на самолете или даже просто переходить дорогу!
Управление литий-ионными батареями и их тестирование осуществляются в соответствии со стандартом IEC62619, который был введен на международном уровне в прошлом году и относится конкретно к системам управления в промышленных батареях. Литий-ионные аккумуляторы более чувствительны к тому, как они заряжаются и разряжаются, и поэтому согласно IEC62619 все они должны иметь внутреннюю систему управления батареями (BMS). Это предотвращает перегрев органического жидкого электролита из-за чрезмерной или недостаточной зарядки. BMS выдает предупреждение, если диапазон напряжения безопасной оболочки превышен, и совместимый ИБП может ответить. Если это игнорируется, аварийный сигнал второго уровня связан с автоматическим выключателем, чтобы предотвратить дальнейшую зарядку или разрядку элемента. Этот двойной уровень защиты должен быть внедрен и протестирован в соответствии с нормами IEC62619.
Каждая батарея, включая свинцово-кислотные батареи, представляет потенциальную опасность, но при правильном управлении литий-ионная технология в настоящее время разработана для безопасного использования в центрах обработки данных и других объектах, требующих критической защиты питания.
Существуют различные типы литий-ионных батарей. Тип, наиболее подходящий для применения, зависит от проекта, и это обычно связано с требуемым напряжением. Для литий-ионной батареи 12 В для замены свинцово-кислотного элемента на 12 В подходит литий-фосфат, так как напряжение совместимо. Обратите внимание, что в целях безопасности и в соответствии со стандартом IEC62619: для литий-ионной батареи 12 В все равно потребуется BMS, как и для любой другой литий-ионной батареи.
Высоковольтный ИБП, скажем, 500 В должен поддерживать баланс батарей. Напряжение в каждой ячейке должно быть измерено, чтобы указать состояние заряда. Здесь смешанные металлооксидные литий-ионные аккумуляторы являются наиболее подходящими, поскольку, в отличие от Li-фосфата, оставшуюся автономию легче всего оценить и контролировать по всему диапазону ячеек.
Будущее, несомненно, увидит распространение Li-ion в индустрии ИБП. Однако внедрение в отрасли центров обработки данных не произойдет в одночасье. Не все системы готовы к работе с литий-ионными батареями. Производители оборудования ИБП должны убедиться, что их технология совместима и может «общаться» с системой мониторинга литий-ионных аккумуляторов.
Интересно отметить, что внедрение Li-ion в системах ИБП до сих пор было более распространенным в развивающихся странах Африки и Ближнего Востока, где главная энергосистема менее надежна, чем в России, и частые проблемы с электричеством встречаются чаще. В этих случаях системы ИБП и аккумуляторы должны быть задействованы несколько раз в день. Это большее поглощение связано, прежде всего, с более длительным циклом работы Li-ion: обычно 2500 циклов включения и выключения по сравнению с примерно 300 для технологии VRLA.
Это может указывать на другое потенциальное применение литий-иона в будущем. С ростом давления на энергоснабжение наших городов, управление энергопотреблением со стороны спроса может привести к тому, что центрам обработки данных будут платить за их избыток энергии. Точно так же, как потребительские солнечные батареи, накопленная энергия может быть возвращена обратно в сеть во время простоя, и ИБП может перейти от центра резервного копирования данных к банковскому счету, получая доход за счет использования спроса и использования электроэнергии. Возможность литий-ионного включения и выключения потенциально может предложить интересные приложения в этой области в будущем.
Литий-ионное решение Centiel уже устанавливается нашими самыми дальновидными клиентами, которые стремятся извлечь выгоду из преимуществ, которые Li-ion имеет по сравнению со свинцово-кислотными батареями, а именно: они меньше по размеру, легче, имеют большую плотность емкости, длительный срок службы и работают при более высоких температурах. В течение следующих пяти лет мы ожидаем, что произойдет значительный переход отрасли на литий-ионный. Хорошая новость заключается в том, что технология Centiel уже готова к использованию Li-ion, поэтому существующие установки свинцово-кислотных аккумуляторов будут иметь возможность в будущем перейти на Li-ion без необходимости замены ИБП.
Свинцово-кислотные аккумуляторы Valve Regulated Lead (VRLA), которые мы использовали для резервирования систем ИБП в течение 30 лет, все еще выполняют свою работу, и они делают это хорошо: так зачем менять? Одной из областей, которая может способствовать широкому внедрению Li-ion в центры обработки данных, является необходимость управления энергией. В отличие от свинцово-кислотных, литий-ионные аккумуляторы отлично работают при температуре двадцать и тридцать градусов по Цельсию. Точно так же большинство ИТ-систем работают при> 25 C, а сама технология ИБП может работать до 40 C. Для сравнения: стандартная оценка состоит в том, что на каждые 10 градусов выше 20 C срок службы батареи VRLA уменьшается вдвое. Во многих европейских странах это означает, что в будущем охлаждение может обеспечиваться естественной температурой воздуха, если охлаждение вообще необходимо. Это приведет к значительной экономии на эксплуатационных расходах центра обработки данных и уменьшит выбросы углерода.
Экономия места также является потенциальным преимуществом. Многие дата-центры имеют достаточно места для размещения свинцово-кислотных батарей без проблем. Тем не менее, если пространство ограничено, для литий-ионных батарей обычно требуется меньше половины физического пространства эквивалентных свинцово-кислотных блоков и они составляют менее 25% веса.
В связи с быстрым увеличением объема генерируемых данных, которые вскоре будут поддерживаться Интернетом вещей (IoT), в облачные хранилища нужно будет переносить только важные данные и хранить их в больших центрах обработки данных. В будущем, вероятно, будет обрабатываться и накапливать менее важную информацию гораздо больше, гораздо меньших по размеру, региональных центров обработки данных. Например они могут быть расположены в полукилометре или около того в большом городе. Или мы сможем иметь мини-дата-центры, прикрепленные к нашим офисам и домам. Здесь, безусловно, будет больше места, и литий-ионные аккумуляторы предложат практическую альтернативу, обеспечив значительную экономию пространства по сравнению с свинцово-кислотными элементами.
Одним из недостатков перехода на Li-ion до сих пор была стоимость. Тем не менее, цены на автомобили все больше снижаются автомобильной промышленностью и значительно снизились за последние десять лет. Нас все чаще просят предоставить сравнительные цены на свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы для установок ИБП. В зависимости от проекта, мы обычно находим, что первоначальная стоимость CAPEX для покупки Li-ion по сравнению со свинцово-кислотными батареями примерно вдвое дороже.
Тем не менее, Li-Ion работает в два раза дольше, и поэтому соображения, касающиеся общей стоимости владения (TCO), теперь начали перевешивать опасения по поводу первоначальных инвестиций. Десятилетний срок службы Свинцово-кислотные батареи обычно заменяются каждые семь или восемь лет. С Li-ion это 13-15 лет.
В прошлом были проблемы с безопасностью, связанные с литий-ионными батареями, и было несколько опубликованных историй о риске пожара от литий-ионной технологии за эти годы. Однако любая технология, которая не управляется правильно, потенциально опасна. Если надлежащие процедуры не соблюдаются, опасно водить транспортное средство, летать на самолете или даже просто переходить дорогу!
Управление литий-ионными батареями и их тестирование осуществляются в соответствии со стандартом IEC62619, который был введен на международном уровне в прошлом году и относится конкретно к системам управления в промышленных батареях. Литий-ионные аккумуляторы более чувствительны к тому, как они заряжаются и разряжаются, и поэтому согласно IEC62619 все они должны иметь внутреннюю систему управления батареями (BMS). Это предотвращает перегрев органического жидкого электролита из-за чрезмерной или недостаточной зарядки. BMS выдает предупреждение, если диапазон напряжения безопасной оболочки превышен, и совместимый ИБП может ответить. Если это игнорируется, аварийный сигнал второго уровня связан с автоматическим выключателем, чтобы предотвратить дальнейшую зарядку или разрядку элемента. Этот двойной уровень защиты должен быть внедрен и протестирован в соответствии с нормами IEC62619.
Каждая батарея, включая свинцово-кислотные батареи, представляет потенциальную опасность, но при правильном управлении литий-ионная технология в настоящее время разработана для безопасного использования в центрах обработки данных и других объектах, требующих критической защиты питания.
Существуют различные типы литий-ионных батарей. Тип, наиболее подходящий для применения, зависит от проекта, и это обычно связано с требуемым напряжением. Для литий-ионной батареи 12 В для замены свинцово-кислотного элемента на 12 В подходит литий-фосфат, так как напряжение совместимо. Обратите внимание, что в целях безопасности и в соответствии со стандартом IEC62619: для литий-ионной батареи 12 В все равно потребуется BMS, как и для любой другой литий-ионной батареи.
Высоковольтный ИБП, скажем, 500 В должен поддерживать баланс батарей. Напряжение в каждой ячейке должно быть измерено, чтобы указать состояние заряда. Здесь смешанные металлооксидные литий-ионные аккумуляторы являются наиболее подходящими, поскольку, в отличие от Li-фосфата, оставшуюся автономию легче всего оценить и контролировать по всему диапазону ячеек.
Будущее, несомненно, увидит распространение Li-ion в индустрии ИБП. Однако внедрение в отрасли центров обработки данных не произойдет в одночасье. Не все системы готовы к работе с литий-ионными батареями. Производители оборудования ИБП должны убедиться, что их технология совместима и может «общаться» с системой мониторинга литий-ионных аккумуляторов.
Интересно отметить, что внедрение Li-ion в системах ИБП до сих пор было более распространенным в развивающихся странах Африки и Ближнего Востока, где главная энергосистема менее надежна, чем в России, и частые проблемы с электричеством встречаются чаще. В этих случаях системы ИБП и аккумуляторы должны быть задействованы несколько раз в день. Это большее поглощение связано, прежде всего, с более длительным циклом работы Li-ion: обычно 2500 циклов включения и выключения по сравнению с примерно 300 для технологии VRLA.
Это может указывать на другое потенциальное применение литий-иона в будущем. С ростом давления на энергоснабжение наших городов, управление энергопотреблением со стороны спроса может привести к тому, что центрам обработки данных будут платить за их избыток энергии. Точно так же, как потребительские солнечные батареи, накопленная энергия может быть возвращена обратно в сеть во время простоя, и ИБП может перейти от центра резервного копирования данных к банковскому счету, получая доход за счет использования спроса и использования электроэнергии. Возможность литий-ионного включения и выключения потенциально может предложить интересные приложения в этой области в будущем.
Литий-ионное решение Centiel уже устанавливается нашими самыми дальновидными клиентами, которые стремятся извлечь выгоду из преимуществ, которые Li-ion имеет по сравнению со свинцово-кислотными батареями, а именно: они меньше по размеру, легче, имеют большую плотность емкости, длительный срок службы и работают при более высоких температурах. В течение следующих пяти лет мы ожидаем, что произойдет значительный переход отрасли на литий-ионный. Хорошая новость заключается в том, что технология Centiel уже готова к использованию Li-ion, поэтому существующие установки свинцово-кислотных аккумуляторов будут иметь возможность в будущем перейти на Li-ion без необходимости замены ИБП.