储能式UPS在数据中心的应用探讨

俗话说,“鱼和熊掌不可兼得”。这句话“落”到UPS上,意思是你必须在安全可靠性和高效率中“二选一”。如今,一款UPS新品面世,破除了这句定论。

(2)锂电池

近年来,雄韬股份产品多元化发展,进入UPS行业二十年以来,雄韬股份自主研发一系列高品质UPS电池产品供电解决方案,同时进军锂电解决方案。雄韬股份锂电解决方案,采用Vision
特有技术,专为低电压、低功率和长时间运行的应用领域而设计,在安全性、使用寿命、备电时间等方面都有极佳的表现,并且能用标准铅蓄电池充电方法进行充电。

施耐德电气独创的E变换模式,相当于将这两种方式完美地融合在一起,既保证安全可靠性,满足一类供电标准,又可以把整个设备的效率提升到99%。

与此同时,储能式UPS的应运而生,表明储能技术已从一个基本概念发展成为当前社会走向低碳经济所不可或缺的技术前提,成为了推动能源转型的必要条件。将储能式产品与数据中心的运行现状进行有机结合,针对数据中心所存在的问题进行改善,最大限度地提高节能和智能化管理程度,是数据中心当前迫在眉睫的需求。

2016年,施耐德电气宣布在数据中心锂电池应用中,布局了如Galaxy
7000、Galaxy VM 、Galaxy VX、Symmetra
MW等四个中大功率UPS产品系列,称2017年后上市的UPS新品,将全面兼容锂电池方案。

第五.数字化管理。

在数据中心建造过程中,后备供电时间的选择问题正面临两难。若需保障较长的后备时间,则蓄电池首次投资成本很高,并且由于电池生命周期较短,每个周期都需进行再投资,是一笔不小的花费。若只保障较短的后备时间,电池投资成本可适当降低,但市电中断时可能会因未及时处理保存而导致关键数据丢失损毁等严重后果。

在电池选用上,目前铅蓄电池仍然是UPS市场主流,另一方面,锂电池技术研究也在不断突破更新。近些年来包括雄韬股份、双登集团、艾默生、施耐德电气、及伊顿电能等国内外大型企业开始布局UPS锂离子蓄电池。

Galaxy
VS既能使用铅酸电池,又可用锂电池。连博称,“这给客户提供了更多的储能选择。如果铅酸电池无法满足用户要求,那可以用锂电池替换现有的储能方式,这样占地空间会更小、重量会更轻。”

3、储能电池

目前最常用的铅蓄电池为阀控式铅酸免维护蓄电池,电解液主要由铅和硫酸构成,特点是使用时不需要加水加酸,密封性能好,体积相对较小,作为UPS蓄电池使用性价比高。

第二.Galaxy VS重塑基拓扑架构,使用创新性技术。

关于微控新能源

IDC市场是目前对UPS需求最为旺盛的领域之一。据相关机构数据统计,过去8年国内IDC市场复合增长率达到42.3%,其中,2009-2011年间IDC市场处于高速增长期,每年增速都维持在40%以上;2012年和2013年受宏观经济下滑影响,整体市场增速下降到
25%以下;此后,一方面政府加强政策引导,逐步开放了IDC牌照申请,另一方面大数据、云计算等产业兴起,数据中心的市场需求不断增多。2014年
IDC市场增速再次超过40%,2015年市场增速为39.3%,2016年市场增速也达到了38.1%。据预测,今明两年市场增长率将继续在40%左右,明年IDC市场规模有望接近1400亿元,将明显拉动UPS的需求。

第四.兼容锂电池。

主要特点:

2015年年底双登集团推出通信用锂离子电池,电池正极采用磷酸亚铁锂材料制作,安全性能好、循环寿命长;
电池系统采用高性能的专用BMS电池管理模块,该BMS具备电压、电流、温度等保护功能,并使用系统与主机良好通讯;监控单元自动测量电池的充放电电流、充放电电压、单体电芯表面温度和环境温度。

施耐德电气业务遍及全球10多个国家,是能源管理(包括中压、低压和关键电源)以及自动化系统领域无可争议的领先企业。我们能够为用户提供融合能源、自动化以及软件的整体能效解决方案。

(1)数据中心负载特性

可见,目前国内外已有多家大型企业开始布局UPS锂电市场,虽然目前锂电池较铅蓄电池价格要贵2-3倍,但随着锂电技术的不断发展,它的成本也将大幅下降,目前这两种电池的价格差正在以每年20%的速率缩小,预计两到三年内,锂电池的价格将会逐渐与铅蓄电池价格趋同。而锂电池的优势在于,对温度波动不太敏感,并且可以接受温度的变化,这可以让客户减少他们的冷却能力,降低能耗,以及减少占地面积。在国内市场中,上海地铁等UPS应用领域已经开始部分使用锂电池代替铅蓄电池。不难看出,锂电池正在逐步改变铅蓄电池独霸UPS的历史。

我们相信,优秀的人才与合作伙伴使施耐德电气成为伟大的企业。与此同时,施耐德电气对创新、多元化与可持续发展的承诺,也将确保每一个人,在任何时间,在任何地方都能尽享Life
Is On。

数据中心的负载特性、运营成本、可靠性等,都给储能式UPS带来了新的发展机遇。储能技术是一项将会对未来能源系统发展及运行带来革命性变化的技术。新型高效的储能装置及配套设备、关键材料,特别是大容量储能技术与动力电池产业化,降低成本等方面,仍在不断加大研制力度和示范应用。

随着近些年来信息产业在国民经济中的地位越来越重要,我国将进一步加大在各行业特别是信息、通信、电力、金融、政府、制造业、交通运输、医疗卫生、公共安全等领域的信息化建设投资。应用领域信息化建设步伐的加快,必然带动市场对UPS不间断电源更大的需求。

众所周知,在线双变换模式,虽具有安全性、可靠性和稳定性的特点,但其相对效率是偏低的。而ECO模式虽有很高的效率,但因切换时有时间间隔,无法满足IEC62040-3一类供电标准。

•完整的UPS功能:SPS相当于完整的UPS,具备在线式UPS的功能,市电与电池工作相互切换时间0ms,输出稳压精度小于1%,全面保障负载不间断供电;

伊顿电能:

从行业来看,Galaxy
VS产品线会不断完善,最终覆盖10-150kVA。这样的功率容量其实涵盖了中小行业的各方面应用。对客户来说,其不同业务负载安全程度要求是不同的,一般类型的负载可以选用施耐德电气“Esay”系列UPS即可,既可靠又实惠,但是对最核心、安全等级要求高的负载,外加环境的要求和某些地方的场地限制,通用的UPS无法满足要求,这时Galaxy
VS就能“大显身手”。

铅碳电池是一种新型的超级电池,从传统的铅酸电池演变而来。铅酸电池是指以铅及其氧化物为电极、硫酸溶液为电解液的一种二次电池,发展至今已有150多年历史,是最早规模化使用的二次电池。铅酸电池的技术很成熟,结构简单、储能成本低,但由于铅酸电池的循环寿命短(150~300次),能量密度低(30~50Wh/kg),使用温度范围窄,使其后期的应用和发展受到了很大的限制。

雄韬股份:

此外,相比传统的UPS,Galaxy
VS有着更宽泛的工作温度范围。目前,市面上几乎所有的UPS,其工作温度都在0-40℃,但Galaxy
VS可以在50℃的情况下继续工作,这意味着它可以去适应更多条件恶劣的应用环境。

•削峰填谷、创造价值:可在任意时间对电池进行充放电,放电时间和放电深度可通过系统进行设定,系统可利用峰谷差价,对电网进行削峰填谷,以进一步降低用电成本;

1.铅蓄电池

电工电气网】讯

铅碳电池作为新型的铅酸电池,由于使用了铅碳技术,其性能远远优于传统的铅酸蓄电池,具有与传统铅酸电池相近的低廉价格优势及成熟的工业制造基础,同时自身具有高使用寿命和高能量密度比,在各种应用领域都有着极强的竞争力优势,已是当前储能设备的首选,可应用于新能源车辆中,如混合动力汽车、电动自行车等领域,也可用于储能领域,如削峰填谷储能、风光发电储能等。

艾默生网络能源公司内部消息称,目前Vertiv的锂电池方案已经落地于IDC,产品路线图则正按部就班地推进中。

在我们的全球生态系统中,施耐德电气正在自己的开放平台上与众多优秀的合作伙伴、集成商和开发者社区展开协作,共同为用户提供实时控制,提升运营效率。

在众多储能技术中,作为技术进步最快、投资收益比最高,以铅碳电池、锂电池等为主导的电化学储能技术,在安全性、能量转换效率和经济性等方面也均在不断研发并取得重大突破,极具产业化应用前景。储能式UPS作为电化学储能技术的代表产品,具备在线式UPS的全部功能,并有着在线式UPS难以比拟的高效率、高可靠性和低运营成本等优势,已成为当前数据中心的不二选择。随着各种技术不断发展进步,一些高性能的储能电池还将不断涌现,储能式设备也会在数据中心及其他领域得到更广泛的应用。

2017年4月,伊顿电能推出具有突破性的基于锂电池的UPS产品,该产品计划在今年第三季度开始发货。伊顿电能三年前开始研发1500VA锂电池UPS系列,着力于获得相关认证和专业知识以解决锂电池的风险性问题。目前已经取得了处理这些电池所需的全部认证。

第三.更高效的E变换。

储能电池是储能系统中至关重要的环节,占据了整套储能系统投资的三分之二以上。储能电池的运行效率、可靠度、可用性、易维护性等,很大程度上影响着储能系统的高效运行。从投资者角度来看,作为储能式UPS的关键环节,储能电池的循环使用寿命和投资成本成为选择过程中最受关注的层面。当前储能式UPS多以铅碳电池和锂电池为主,二者在使用寿命和投资成本方面各有优劣,实际应用情况还有待评估。与此同时,更多先进的技术和新型电池也在不断投入研发,用以更好的匹配储能式设备,辅助数据中心朝更加高效、节能、智能化的方向发展。

锂电池则是绿色环保的首选,锂电池不含铅、镍、铬等重金属,相对普通的铅蓄电池而言,锂电池具有重量轻、储能高并且自放电低的特点,但价格也相对较高。

施耐德电气正在引领住宅、楼宇、数据中心、基础设施及工业领域的能效管理与自动化的数字化转型。

•减少油机污染和设备投资:减少油机设备、无功补偿设备、稳压设备的投入,降低因油机所产生的噪音污染、废气污染和燃油浪费,并可将油机的投资转移到电池上,在延长关键负载后备时间的同时,通过储能电池存储电量增加更多收益;

施耐德电气:

图片 1关于施耐德电气

但由于其价格依然偏高,有时会因过充电而导致发热、燃烧等安全问题,有一定的风险,所以使用过程仍有一定限制,需要通过过充电保护来解决。锂电池技术仍然在不断地开发中,目前的研究主要集中在进一步提高它的使用寿命和安全性,降低成本以及新的正、负极材料的开发上。

电工电气网】讯

对施耐德电气而言,Galaxy
VS是一款非常重要的产品,可以用“承上启下”来形容它。“承上”,是因为Galaxy
VS会替换之前的Galaxy
5500;“启下”,这款产品被视为“未来施耐德三相完整的大平台”。

储能式UPS主要采用铅碳电池和锂电池作为储能电池,现将两种电池的优缺点详述如下:

胶体蓄电池作为UPS蓄电池另一种常用种类,其电解液呈胶态而被称为胶体蓄电池,胶体蓄电池的设计使用寿命比普通的铅蓄电池要长,并且性能更加稳定,因而价格也相对较高。

目前,市面上的UPS依然使用传统的拓扑架构,但施耐德电气投入巨大研发力量,重塑拓扑架构,研发出软开关混合逆变技术。这个技术最直观的优点是在双变换的情况下,最高能达到97%的效率。

然而由于能效管理的不尽完善,设备的智能化程度缺乏等原因,数据中心也正在呈现着诸如能耗过大、负载量激增、主设备运行故障等一系列问题,并且变得越来越严峻。

除此之外,UPS在工业领域、通信基站等领域得到了广泛而深入的应用,各种高端、精密设备也随之大量增加,不仅对供电质量提出了更高的要求,同时供电的连续性也要得到可靠保障。随着UPS市场的高速发展,UPS电池需求也在日益增加。电池作为UPS系统的重要组成部分,有许多规格种类,而不同应用领域要选择相应的电池种类。UPS常用电池种类如下:

Galaxy VS虽是塔式机,但又非传统意义上的塔式机。因采用模块化设计,Galaxy
VS是一台具备部分模块化功能的塔式机。这个模块化是完全意义上的模块化,即里面的功率模块、静态旁路和控制回路等,所有这些都是模块化设计。”连博表示。

•双倍额定功率输出:SPS可与电网并行输出,在市电供电状态下,SPS可达到2倍的额定负载功率输出,并长期稳定运行;

铅蓄电池中还有一种高温铅蓄电池,主要适用于常年环境温度 35℃
以上的地区高温基站、停电频繁基站、环境恶劣基站和偏远基站在内的通信基站、太阳能/风能储能电站等诸多领域。

模块化的最大好处是实现后期的维护可靠性,提高设备的可用性。传统塔式机,后期维护比较复杂,耗时长,一般需要几小时甚至数天。但模块化设计,缩短了维护时间,用5-10分钟,即可把UPS中所有核心的、最易损器件全部换掉。

(5)峰谷用电现状

艾默生网络能源:

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