中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：當(dāng)下，數(shù)據(jù)中心業(yè)界對(duì)于鉛酸電池可行的替代方案的長(zhǎng)期性的追求或?qū)⒔咏溆行ЫY(jié)論了。有鑒于業(yè)界相關(guān)人士的不斷探索，發(fā)現(xiàn)鋰離子電池、飛輪、超級(jí)電容器和燃料電池都要比鉛酸電池用作數(shù)據(jù)中心不間斷電源(UPS)備用電源解決方案更具有其顯著的重要優(yōu)勢(shì)。
盡管不間斷電源(UPS)在企業(yè)的數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)過程中執(zhí)行著許多重要的功能，但事實(shí)上，絕大多數(shù)的企業(yè)用戶目前仍然將其主要的關(guān)注點(diǎn)聚焦在這些UPS設(shè)備在發(fā)生停電中斷期間為企業(yè)數(shù)據(jù)中心提供的應(yīng)急供電。通過啟動(dòng)備份發(fā)電機(jī)，有序地關(guān)閉相關(guān)系統(tǒng)，或?qū)?shù)據(jù)和處理轉(zhuǎn)移到災(zāi)難恢復(fù)站點(diǎn)，UPS可以為企業(yè)數(shù)據(jù)中心的IT管理人員們提供所需的時(shí)間，以保護(hù)敏感設(shè)備和數(shù)據(jù)免受電力服務(wù)中斷的影響。
市場(chǎng)上絕大多數(shù)的UPS產(chǎn)品所使用的都是鉛酸電池來存儲(chǔ)應(yīng)急備用電源。經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)在各種工業(yè)環(huán)境中都已經(jīng)積累了數(shù)十年的成功服務(wù)經(jīng)驗(yàn)，鉛酸電池通常是最具成本效益的能源存儲(chǔ)解決方案。
盡管其擁有上文中所介紹的這些優(yōu)點(diǎn)，但由于其本身的規(guī)格尺寸、重量、維護(hù)要求、含有毒成分和相對(duì)較短的使用壽命等等方面的問題，使得鉛酸電池在當(dāng)下的數(shù)據(jù)中心管理人員中可能并不受歡迎。因此，UPS制造商們也一直在尋找替代備用電源技術(shù)，該技術(shù)需要比鉛酸電池的規(guī)格尺寸更小、更可靠、更“綠色環(huán)保”，同時(shí)操作的成本也不昂貴。
今天，對(duì)于這一可行的替代方案的尋找或許即將結(jié)束了。幾種令人振奮的新型備用電源解決方案都快速接近主流商業(yè)的可行性需求，并且似乎較之鉛酸電池的運(yùn)行更均資金成本優(yōu)勢(shì)。在本文中，我們就將與廣大的讀者朋友們共同探討這四種此類替代技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)及其未來的發(fā)展前景，其分別是：鋰離子電池，飛輪，超級(jí)電容器和燃料電池。
傳統(tǒng)的選擇：鉛酸電池
鉛酸電池幾乎已經(jīng)稱不上是什么尖端技術(shù)了。事實(shí)上，第一款鉛酸電池是在150年前發(fā)明的。然而，它們目前仍然是UPS產(chǎn)品中備用儲(chǔ)能解決方案的首要選擇。并且其作為首要選擇仍然有著充分的理由：沒有其他主流技術(shù)可以有效或經(jīng)濟(jì)地處理當(dāng)下企業(yè)數(shù)據(jù)中心的獨(dú)特需求。
與****車或混合動(dòng)力汽車中的電池不同，該電池能夠定期和穩(wěn)定地使用，UPS中的電池大部分時(shí)間都處于閑置狀態(tài)。然后，有鑒于當(dāng)下的企業(yè)數(shù)據(jù)中心每年都有可能發(fā)生兩到三次的停電中斷事故，導(dǎo)致UPS能夠非常迅速地以高電流放電。當(dāng)數(shù)據(jù)中心的正常供電恢復(fù)之后，UPS給電池充電，隨之便進(jìn)入了另一個(gè)較長(zhǎng)的等待期。
因此，盡管企業(yè)數(shù)據(jù)中心的UPS電池并不經(jīng)常使用，但其一旦需要使用，通常就需要很快響應(yīng)，并且處理起來很難。
1、優(yōu)點(diǎn)
1、內(nèi)部成分的化學(xué)特性
鉛酸電池幾乎適用于不可預(yù)測(cè)且不一致的IT環(huán)境，因?yàn)樗鼈兊膬?nèi)部成分的化學(xué)特性使其能夠在短時(shí)間內(nèi)提供大量電流，同時(shí)仍然能夠在浮置或空閑模式下提供合理的使用壽命。
2、備份時(shí)間
鉛酸電池可提供相對(duì)較長(zhǎng)的備份時(shí)間，通常為5到15分鐘。
3、價(jià)格優(yōu)勢(shì)
鉛酸電池的價(jià)格相對(duì)較低，使其成為目前市場(chǎng)上可用的最具成本效益的備用電源存儲(chǔ)解決方案。但這一優(yōu)勢(shì)現(xiàn)在正在迅速變化，因?yàn)槠渌夹g(shù)目前已經(jīng)符合企業(yè)數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)能力了。其僅在目前是具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格選擇。
4、電池監(jiān)控系統(tǒng)
有幾種商業(yè)系統(tǒng)可以持續(xù)測(cè)量單個(gè)電池的性能，并在需要對(duì)其實(shí)施關(guān)注或更換電池時(shí)提供實(shí)時(shí)的報(bào)告和警報(bào)。較新的鉛酸電池可以主動(dòng)檢測(cè)并減輕熱失控。這些都是相當(dāng)復(fù)雜的工具，而且成本較高，需要用戶解釋信息并嚴(yán)格按照合格供應(yīng)商的安排來檢查或更換已識(shí)別的電池。正確使用電池監(jiān)控系統(tǒng)有助于延長(zhǎng)密封鉛酸電池的使用壽命，并防止單個(gè)電池發(fā)生故障時(shí)的中斷，從而縮短備份時(shí)間。
2、缺點(diǎn)
1、規(guī)格因素
鉛酸電池體積龐大，且重量極重。實(shí)際上，典型的中型UPS電池重達(dá)五到八噸。因此，較之其他一些電池類型，鉛酸電池所提供的能量重量比(energy-to-weightratio)和能量體積比(energy-to-volumeratio)更低。
2、成本：在其維護(hù)、更換和報(bào)廢處置的過程中，鉛酸電池的壽命周期成本要高得多。
維護(hù)：當(dāng)今市場(chǎng)上的UPS設(shè)備產(chǎn)品中通常所使用的密封鉛酸蓄電池通常被稱為“免維護(hù)”。然而，實(shí)際上，企業(yè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)每年至少對(duì)其檢查兩次，以確保它們緊密連接，無腐蝕，并處于良好的工作狀態(tài)。企業(yè)數(shù)據(jù)中心需要聘請(qǐng)相關(guān)的專家來執(zhí)行此類工作，而這可能每年需要花費(fèi)2000美元或更多，具體的開銷則將取決于電池的規(guī)格大小。
更換：密封的鉛酸電池通常具有5至6年的使用壽命。這意味著數(shù)據(jù)中心必須進(jìn)行預(yù)算，以便在典型UPS設(shè)備的使用壽命內(nèi)將其更換兩到三次。
舊設(shè)備的報(bào)廢處置：通常，典型的UPS設(shè)備中的電池可能含有高達(dá)數(shù)百加侖的劇毒稀硫酸。因此，對(duì)于達(dá)到使用壽命的舊設(shè)備的報(bào)廢處理必須是合法的、經(jīng)過嚴(yán)格管理的過程，其成本必然是相當(dāng)昂貴的。大多數(shù)的企業(yè)UPS設(shè)備所有者都是選擇將其廢舊的電池運(yùn)回制造商，以便進(jìn)行回收再利用，但這需要為幾噸極其危險(xiǎn)的貨物支付運(yùn)費(fèi)。其處置成本應(yīng)始終包含在對(duì)電池更換的成本估算中，并特別需要根據(jù)國(guó)家相關(guān)監(jiān)管政府機(jī)構(gòu)對(duì)電池處置和回收的要求執(zhí)行適當(dāng)?shù)奶幚磉^程。
3、可靠性
確認(rèn)鉛酸電池是否能夠提供緊急備用電源的唯一可靠的方法是進(jìn)行測(cè)試放電。然而，不幸的是，每次當(dāng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心對(duì)鉛酸電池進(jìn)行測(cè)試時(shí)，都會(huì)永久性的降低其容量，并略微縮短其使用壽命。雖然大多數(shù)現(xiàn)代UPS設(shè)備均內(nèi)置了電池測(cè)試程序，可以減少對(duì)于電池的磨損，但上述劣勢(shì)畢竟并沒有完全消除。
替代選項(xiàng)一：鋰離子電池
當(dāng)前，絕大多數(shù)的手機(jī)和筆記本電腦都使用的是鋰離子電池。而在過去的十年中，鋰離子電池的規(guī)格尺寸越來越小，越來越輕，越來越密集。在工業(yè)環(huán)境或數(shù)據(jù)中心中，鋰離子電池能夠執(zhí)行與鉛酸電池相同的功能，同時(shí)還提供了極其顯著的附加優(yōu)勢(shì)。
1、優(yōu)點(diǎn)
1、緊湊的外形
目前，市場(chǎng)上可用的最佳鋰離子電池與鉛酸電池相比，可節(jié)省60%的重量和40%的占位面積。
2、備份時(shí)間獲得改善
鋰離子電池不僅更輕，更小，而且還將備份時(shí)間縮短了30%。
3、使用壽命長(zhǎng)
鋰離子電池具有10年的使用壽命和更高的循環(huán)壽命，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，這將為您企業(yè)數(shù)據(jù)中心節(jié)省更多的資金。進(jìn)而使得鋰離子電池成為了電網(wǎng)共享應(yīng)用出現(xiàn)的理想選擇，并被當(dāng)前的一些數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商們所考慮。
4、電池監(jiān)控系統(tǒng)
領(lǐng)先的鋰離子電池具有一個(gè)內(nèi)置的電池管理系統(tǒng)，為溫度，電壓等級(jí)和電流問題提供自動(dòng)平衡，優(yōu)化和保護(hù)。
2、缺點(diǎn)
1、成本更高
直到最近，鋰離子電池的成本幾乎是前期可比鉛酸電池的幾倍。
2、安全問題
安全性是鋰離子電池的一大問題。如果過熱或過度充電，鋰離子電池會(huì)被點(diǎn)燃爆炸，并大量燃燒。然而，當(dāng)下UPS設(shè)備所應(yīng)用的鋰化學(xué)物質(zhì)使用的是更安全的化學(xué)物質(zhì)，其具備了在發(fā)生危險(xiǎn)情況之前就早已經(jīng)斷開了故障電池的主動(dòng)管理系統(tǒng)。
3、未來的市場(chǎng)發(fā)展前景展望
現(xiàn)在的鋰離子電池現(xiàn)在可以作為鉛酸UPS電池的有吸引力的替代品。鋰離子電池所具備的小規(guī)格尺寸和高密度等優(yōu)勢(shì)使其成為了混合動(dòng)力車和插入式電動(dòng)車的最佳選擇。因此，汽車制造商們正在積極的與供應(yīng)商合作開發(fā)更安全，更緊湊，更實(shí)惠的車型。
事實(shí)上，現(xiàn)在，有業(yè)界的相關(guān)專家們認(rèn)為，鋰離子電池比鉛酸電池的總擁有成本更低。許多觀察人士認(rèn)為鋰離子電池很可能成為UPS備用電源的首選技術(shù)。
值得一提的是，鋰離子電池不是UPS應(yīng)用中唯一的新電池化學(xué)品。UPS系統(tǒng)目前正在使用鎳鋅、鈉硫，甚至鹽水電池進(jìn)行測(cè)試。與鉛酸或鋰離子電池相比，這些化學(xué)品具有出色的性能和更好的安全性。
3、未來的市場(chǎng)發(fā)展前景展望
現(xiàn)在的鋰離子電池現(xiàn)在可以作為鉛酸UPS電池的有吸引力的替代品。鋰離子電池所具備的小規(guī)格尺寸和高密度等優(yōu)勢(shì)使其成為了混合動(dòng)力車和插入式電動(dòng)車的最佳選擇。因此，汽車制造商們正在積極的與供應(yīng)商合作開發(fā)更安全，更緊湊，更實(shí)惠的車型。
事實(shí)上，現(xiàn)在，有業(yè)界的相關(guān)專家們認(rèn)為，鋰離子電池比鉛酸電池的總擁有成本更低。許多觀察人士認(rèn)為鋰離子電池很可能成為UPS備用電源的首選技術(shù)。
值得一提的是，鋰離子電池不是UPS應(yīng)用中唯一的新電池化學(xué)品。UPS系統(tǒng)目前正在使用鎳鋅、鈉硫，甚至鹽水電池進(jìn)行測(cè)試。與鉛酸或鋰離子電池相比，這些化學(xué)品具有出色的性能和更好的安全性。
替代選項(xiàng)二：飛輪
飛輪通常是圍繞大型金屬磁盤構(gòu)建的機(jī)械裝置。在正常的運(yùn)行過程中，電源會(huì)迅速旋轉(zhuǎn)磁盤。當(dāng)發(fā)生停電事故時(shí)，磁盤繼續(xù)自行旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生直流電，UPS設(shè)備可以將其用作緊急電源。隨著UPS設(shè)備消耗該電力，磁盤逐漸失去動(dòng)力，產(chǎn)生越來越少的能量，直到最終完全停止移動(dòng)。
1、優(yōu)點(diǎn)
1、緊湊的外形
飛輪比鉛酸UPS電池小得多，重量輕。
2、低環(huán)境影響
與鉛酸電池不同，飛輪不含危險(xiǎn)和對(duì)生態(tài)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。
3、使用壽命長(zhǎng)
飛輪通常有十年的使用壽命，而大多數(shù)鉛酸電池的使用壽命大約為五年。此外，每次卸下電池時(shí)，電池會(huì)稍微變?nèi)跻恍?，但您企業(yè)可以使用飛輪數(shù)百次甚至數(shù)千次，而不會(huì)影響其性能或使用壽命。
4、降低維護(hù)成本，并降低總體擁有成本
飛輪是機(jī)械的，需要更少的預(yù)防性維護(hù)，以及更便宜的化學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)。
2、缺點(diǎn)
1、有限的備份時(shí)間
典型的鉛酸UPS電池提供3至15分鐘的應(yīng)急電源。而典型的飛輪僅提供15到30秒的時(shí)間待機(jī)能量。企業(yè)可以選擇安裝多個(gè)飛輪，但這仍然將備用能量的時(shí)間限制到了幾分鐘之內(nèi)。
2、成本較高
大多數(shù)大飛輪核心處的金屬磁盤通常位于成本非常昂貴的軸承上，并且必須每五年更換一次。采用磁懸浮技術(shù)而非軸承的高速輕量型磁盤的型號(hào)的成本仍然很昂貴。實(shí)際上，基于飛輪的待機(jī)系統(tǒng)的平均采購價(jià)格可能是普通鉛酸蓄電池系統(tǒng)的前期價(jià)格的兩倍。飛輪較低的維護(hù)成本和較高的耐久性可以縮短這段方面的差距，但這一差距不會(huì)被抹去。
3、需要特別的維護(hù)
飛輪可能含有軸承，真空泵或需要根據(jù)制造商建議的時(shí)間間隔更換占空比的特殊組件。而制造商的這些建議各不相同，因此年度服務(wù)成本將在產(chǎn)品的整個(gè)使用期限內(nèi)有所不同。如果您企業(yè)數(shù)據(jù)中心執(zhí)行總擁有成本估算，請(qǐng)使用15年的期限來完全捕獲這些特殊的經(jīng)常性成本。
3、未來的市場(chǎng)發(fā)展前景展望
雖然飛輪技術(shù)正在逐步的獲得改進(jìn)，但其進(jìn)展緩慢。因此，實(shí)際飛輪能夠產(chǎn)生超過30秒的功率的目標(biāo)不會(huì)很快就能實(shí)現(xiàn)。對(duì)于大多數(shù)的企業(yè)組織來說，僅僅以30秒的時(shí)間來準(zhǔn)備好關(guān)鍵IT系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)重大停電的影響是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，在近期內(nèi)廣泛采用飛輪作為企業(yè)數(shù)據(jù)中心備用電源的獨(dú)占來源可能會(huì)受到限制。
但是，飛輪的使用可能會(huì)在適合的特定情況下得到擴(kuò)展。例如，大多數(shù)的醫(yī)院都有發(fā)電機(jī)，可以在發(fā)生停電后的十秒鐘內(nèi)準(zhǔn)備好使用。在這樣的設(shè)置下，30秒的待機(jī)功率完全足夠，使得飛輪成為鉛酸電池的有吸引力的替代品。
另外，企業(yè)經(jīng)常會(huì)使用飛輪來作為補(bǔ)充電池，而不是將其作為替換品。95%以上的停電事故實(shí)際只持續(xù)幾秒鐘，而更嚴(yán)重的故障通常每年會(huì)發(fā)生幾次?；旌辖鉀Q方案中，飛輪在發(fā)生短暫的停電事故期間提供備用電源，電池可處理更長(zhǎng)的停電事故，可延長(zhǎng)電池的使用壽命，這也可能會(huì)減少UPS設(shè)備使用壽命期間內(nèi)的電池更換次數(shù)。
替代選項(xiàng)三：超級(jí)電容器
超級(jí)電容器(ultracapacitor)也被稱為supercapacitors。其是專用的，密度極高，高速的能量存儲(chǔ)選項(xiàng)。它們是非機(jī)械的替代方案，通常含有無毒的碳基材料，如活性炭和石墨烯。他們是一個(gè)非機(jī)械的選擇替代方案。
1、優(yōu)點(diǎn)
1、緊湊的外形
像飛輪一樣，超級(jí)電容器比鉛酸電池更小更輕。
2、低環(huán)境影響
超級(jí)電容器(以及飛輪)不含硫酸，從而緩解了處理有毒化學(xué)品的擔(dān)憂。
3、充電不會(huì)影響其使用壽命
您企業(yè)數(shù)據(jù)中心也可以在不影響容量、性能或使用壽命的情況下，隨時(shí)放電并再充電。
4、無需維護(hù)
超級(jí)電容器是一種沒有移動(dòng)部件的固態(tài)器件，因此不需要維護(hù)。
2、缺點(diǎn)
1、有限的備份時(shí)間
像飛輪一樣，超級(jí)電容器在極短的時(shí)間內(nèi)提供電力。直到最近超級(jí)電容器也僅僅只提供了十秒鐘的待機(jī)能量?，F(xiàn)代化的超級(jí)電容器系統(tǒng)現(xiàn)在可以提供長(zhǎng)達(dá)30秒的備份時(shí)間，使其成為飛輪的非機(jī)械替代品。
2、成本較高
超級(jí)電容器的成本也比鉛酸電池高。平均而言，超級(jí)電容器的前期成本大約是鉛酸電池的兩倍。
3、未來的市場(chǎng)發(fā)展前景展望
未來三到五年內(nèi)，價(jià)格將繼續(xù)下降。而隨著用戶對(duì)較短的備份時(shí)間的適應(yīng)，用戶對(duì)其的需求將會(huì)增加。
替代選項(xiàng)四：燃料電池
與電池不同，燃料電池發(fā)電而不是儲(chǔ)存電源。燃料電池基本上是一種將燃料(通常是氫氣或天然氣)轉(zhuǎn)化為能量的電化學(xué)裝置。然而，與也將燃料轉(zhuǎn)化為能量的內(nèi)燃機(jī)不同，氫動(dòng)力燃料電池的唯一排出的燃燒產(chǎn)物是水。
因此，從汽車制造商到電力公司，再到UPS制造商，每家企業(yè)都在測(cè)試其應(yīng)用中的燃料電池，或者調(diào)查其使用情況。一些更先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心客戶使用燃料電池與2N或雙總線配置中的公用電源相結(jié)合。
1、優(yōu)點(diǎn)
1、環(huán)保
與鉛酸電池不同，燃料電池對(duì)環(huán)境幾乎沒有危險(xiǎn)。
2、長(zhǎng)備份時(shí)間
只要您企業(yè)數(shù)據(jù)中心具有足夠的燃料，燃料電池就會(huì)持續(xù)供應(yīng)緊急電力。這意味著平均燃料電池能夠比鉛酸電池或本文中所討論的其他三種備用電源中的任何一種提供更多的待機(jī)能量。
2、缺點(diǎn)
1、成本較高
盡管近年來價(jià)格大幅下降，但燃料電池仍然比鉛酸電池昂貴得多。電力成本是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)榈湫偷娜剂想姵刂挥?5%的效率。
2、安全問題
燃料源是易燃的，因此企業(yè)數(shù)據(jù)中心對(duì)于燃料電池必須非常小心地安裝、存放和提供支持。
3、延遲開始時(shí)間
通常需要大約30秒才能使燃料電池啟動(dòng)并以全功率運(yùn)行。因此，基于燃料電池的UPS設(shè)備通常會(huì)使用小型電池在啟動(dòng)期間提供備用電源。
3、未來的市場(chǎng)發(fā)展前景展望
燃料電池制造商們正在試驗(yàn)氫氣的替代品，這樣可以提高安全性，并提高采用率。然而，盡管燃料電池成本在下降，但它們?nèi)匀贿h(yuǎn)高于鉛酸電池，并且可能會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。因此，燃料電池在未來幾年可能只能看作是UPS備用電源的有限部署，但可能會(huì)在分布式能源環(huán)境中看到更多的部署，成為這些環(huán)境的主要電源。
結(jié)論
當(dāng)下，數(shù)據(jù)中心業(yè)界對(duì)于鉛酸電池可行的替代方案的長(zhǎng)期性的追求或?qū)⒔咏溆行ЫY(jié)論了。有鑒于業(yè)界相關(guān)人士的不斷探索，發(fā)現(xiàn)鋰離子電池、飛輪、超級(jí)電容器和燃料電池都要比鉛酸電池用作數(shù)據(jù)中心不間斷電源(UPS)備用電源解決方案更具有其顯著的重要優(yōu)勢(shì)。然而，其中一些替代方案仍然較之鉛酸技術(shù)具有更高的成本，而成本因素是絕大多數(shù)UPS企業(yè)買主的首要考慮因素。但是，這種狀況正在迅速變化。鋰離子和飛輪技術(shù)已經(jīng)在有限的一系列情況下開始使用，具有成本效益。隨著需求的不斷增長(zhǎng)，以及對(duì)于環(huán)境負(fù)責(zé)任的能源存儲(chǔ)解決方案的需求提升，制造商們正在努力縮減成本，并解決本文中所討論的備用技術(shù)的缺點(diǎn)。
因此，如果備用電源領(lǐng)域有一件事是值得肯定的話，那就是新技術(shù)看起來不同，運(yùn)行更可靠，并且比現(xiàn)在的系統(tǒng)擁有更低的擁有成本。存儲(chǔ)技術(shù)的下一個(gè)突破可能即將到來。
（來源：機(jī)房360）
