Использование литий-ионных аккумуляторов для защиты электропитания центров обработки данных

Технологический прогресс, достигнутый за последние годы, означает, что эффективность ИБП последнего поколения достигает около 97%. Тем не менее, мы продолжаем пользоваться свинцово-кислотными батареями в качестве резервного источника питания ИБП на протяжении 30 лет! И они по-прежнему делают свою работу, и делают это хорошо: так зачем же что-то менять?

Проблема со свинцовыми аккумуляторами VRLA заключается в том, что им по-прежнему требуется поддерживать температуру окружающей среды около 20 ° C, чтобы оптимизировать срок их службы. Согласно отраслевым стандартам, на каждые 10 градусов выше 20 C срок службы свинцовой батареи VRLA сокращается вдвое. Следовательно, одной из областей, которая может способствовать широкому распространению альтернативы, например, литий-ионные батареи, в центрах обработки данных, является необходимость управления энергией.

Литий-ионные батареи предлагают альтернативу свинцовым батареям, поскольку они могут работать при гораздо более высоких температурах: до тридцати градусов по Цельсию. Большинство ИТ-систем также работают при температуре выше 25 ° C, а сам ИБП может работать при температуре до 40 ° C. Конечно, во многих европейских странах это может означать, что естественная температура воздуха (которая в среднем составляет 20-22 ° 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. Однако там, где пространство ограничено, литий-ионные батареи обычно занимают треть физического пространства эквивалентных блоков VRLA и достигают менее четверти веса свинцовых батарей. 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 на литий, и за последнее десятилетие они значительно снизились. Вначале мы обнаруживаем, что первоначальные капитальные затраты на покупку литий-ионных аккумуляторов в два раза дороже, чем для свинцово-кислотных аккумуляторов. Однако Li-ion работает вдвое дольше. Расчетный срок службы десять лет. Свинцово-кислотные батареи обычно заменяют каждые семь или восемь лет. С Li-ion этот показатель 13-15 лет.

Таким образом, если это и расчет общего энергосбережения сложить, то литий-ионные батареи могут в итоге снизить общую стоимость владения (TCO), перевесив опасения относительно первоначальных инвестиций.

В прошлом в отношении литий-ионных батарей высказывались опасения по поводу безопасности. Однако технология не стоит на месте и двигается вперед. Управление и тестирование литий-ионных аккумуляторов регулируется стандартом IEC62619, который был введен на международном уровне более двух лет назад и относится конкретно к системам управления в промышленных аккумуляторных батареях. Литий-ионные аккумуляторы более чувствительны к тому, как они заряжаются и разряжаются, поскольку некоторые литий-ионные материалы выделяют кислород при высоких температурах в условиях перезаряда или просто от теплового воздействия, 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 безопасный диапазон напряжения превышен, и тогда ИБП, совместимый с литиевыми батареями, может правильно 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 безопасности 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 кислород, что резко снижает риск взрыва.

Несомненно, в будущем будет все больше и больше использоваться литий-ионные батареи в индустрии ИБП. Однако сами системы ИБП 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 стабильность электросетей менее надежна, чем скажем в Великобритании, и частые проблемы с питанием более распространены. 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 это 3000 циклов включения и выключения по сравнению с примерно 300 циклами для технологии свинцовых VRLA батарей.

Это может указывать на еще одно возможное применение литий-ионных аккумуляторов в будущем. С увеличением давления на энергоснабжение наших городов, управление спросом на электроэнергию может привести к тому, что центры обработки данных будут платить за избыточное потребление энергии.

Подобно солнечным панелям, накопленная энергия может быть возвращена в сеть во время простоя, и ИБП может превратится из центра резервного копирования данных в банковский счет, с получением дохода за счет использования спроса на энергию. Возможность включения и выключения литий-ионных аккумуляторов потенциально может предложить интересные приложения в этой области в будущем.

Литий-ионные аккумуляторы CENTIEL уже устанавливаются нашими наиболее дальновидными клиентами, которые стремятся извлечь выгоду из преимуществ. 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. Хорошая новость заключается в том, что технология CENTIEL уже готова к использованию литий-ионных аккумуляторов, существующие свинцово-кислотные аккумуляторные батареи имеют возможность в будущем перейти на литий-ионные без необходимости замены ИБП.