中國儲能網(wǎng)訊：當(dāng)下，數(shù)據(jù)中心業(yè)界對于鉛酸電池可行的替代方案的長期性的追求或?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。
盡管不間斷電源(UPS)在企業(yè)的數(shù)據(jù)中心運營過程中執(zhí)行著許多重要的功能，但事實上，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。通過啟動備份發(fā)電機，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，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間，以保護敏感設(shè)備和數(shù)據(jù)免受電力服務(wù)中斷的影響。
市場上絕大多數(shù)的UPS產(chǎn)品所使用的都是鉛酸電池來存儲應(yīng)急備用電源。經(jīng)過驗證的技術(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，鉛酸電池通常是最具成本效益的能源存儲解決方案。
盡管其擁有上文中所介紹的這些優(yōu)點，但由于其本身的規(guī)格尺寸、重量、維護要求、含有毒成分和相對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)?！保瑫r操作的成本也不昂貴。
今天，對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行更均資金成本優(yōu)勢。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、劣勢及其未來的發(fā)展前景，其分別是：鋰離子電池，飛輪，超級電容器和燃料電池。
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)濟地處理當(dāng)下企業(yè)數(shù)據(jù)中心的獨特需求。
與****車或混合動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，隨之便進入了另一個較長的等待期。
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
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)測且不一致的IT環(huán)境，因為它們的內(nèi)部成分的化學(xué)特性使其能夠在短時間內(nèi)提供大量電流，同時仍然能夠在浮置或空閑模式下提供合理的使用壽命。
2、備份時間
鉛酸電池可提供相對較長的備份時間，通常為5到15分鐘。
3、價格優(yōu)勢
鉛酸電池的價格相對較低，使其成為目前市場上可用的最具成本效益的備用電源存儲解決方案。但這一優(yōu)勢現(xiàn)在正在迅速變化，因為其他技術(shù)目前已經(jīng)符合企業(yè)數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)能力了。其僅在目前是具有競爭力的價格選擇。
4、電池監(jiān)控系統(tǒng)
有幾種商業(yè)系統(tǒng)可以持續(xù)測量單個電池的性能，并在需要對其實施關(guān)注或更換電池時提供實時的報告和警報。較新的鉛酸電池可以主動檢測并減輕熱失控。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別的電池。正確使用電池監(jiān)控系統(tǒng)有助于延長密封鉛酸電池的使用壽命，并防止單個電池發(fā)生故障時的中斷，從而縮短備份時間。
2、缺點
1、規(guī)格因素
鉛酸電池體積龐大，且重量極重。實際上，典型的中型UPS電池重達五到八噸。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、更換和報廢處置的過程中，鉛酸電池的壽命周期成本要高得多。
維護：當(dāng)今市場上的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”。然而，實際上，企業(yè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)每年至少對其檢查兩次，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)中心需要聘請相關(guān)的專家來執(zhí)行此類工作，而這可能每年需要花費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)備的報廢處置：通常，典型的UPS設(shè)備中的電池可能含有高達數(shù)百加侖的劇毒稀硫酸。因此，對于達到使用壽命的舊設(shè)備的報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回制造商，以便進行回收再利用，但這需要為幾噸極其危險的貨物支付運費。其處置成本應(yīng)始終包含在對電池更換的成本估算中，并特別需要根據(jù)國家相關(guān)監(jiān)管政府機構(gòu)對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行測試放電。然而，不幸的是，每次當(dāng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心對鉛酸電池進行測試時，都會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)置了電池測試程序，可以減少對于電池的磨損，但上述劣勢畢竟并沒有完全消除。
替代選項一：鋰離子電池
當(dāng)前，絕大多數(shù)的手機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，同時還提供了極其顯著的附加優(yōu)勢。
1、優(yōu)點
1、緊湊的外形
目前，市場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、備份時間獲得改善
鋰離子電池不僅更輕，更小，而且還將備份時間縮短了30%。
3、使用壽命長
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)中心運營商們所考慮。
4、電池監(jiān)控系統(tǒng)
領(lǐng)先的鋰離子電池具有一個內(nèi)置的電池管理系統(tǒng)，為溫度，電壓等級和電流問題提供自動平衡，優(yōu)化和保護。
2、缺點
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，鋰離子電池會被點燃爆炸，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)生危險情況之前就早已經(jīng)斷開了故障電池的主動管理系統(tǒng)。
3、未來的市場發(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)勢使其成為了混合動力車和插入式電動車的最佳選擇。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，更實惠的車型。
事實上，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，甚至鹽水電池進行測試。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)勢使其成為了混合動力車和插入式電動車的最佳選擇。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，更實惠的車型。
事實上，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，甚至鹽水電池進行測試。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。
替代選項二：飛輪
飛輪通常是圍繞大型金屬磁盤構(gòu)建的機械裝置。在正常的運行過程中，電源會迅速旋轉(zhuǎn)磁盤。當(dāng)發(fā)生停電事故時，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，磁盤逐漸失去動力，產(chǎn)生越來越少的能量，直到最終完全停止移動。
1、優(yōu)點
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，飛輪不含危險和對生態(tài)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。
3、使用壽命長
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，電池會稍微變?nèi)跻恍?，但您企業(yè)可以使用飛輪數(shù)百次甚至數(shù)千次，而不會影響其性能或使用壽命。
4、降低維護成本，并降低總體擁有成本
飛輪是機械的，需要更少的預(yù)防性維護，以及更便宜的化學(xué)存儲系統(tǒng)。
2、缺點
1、有限的備份時間
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秒的時間待機能量。企業(yè)可以選擇安裝多個飛輪，但這仍然將備用能量的時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的成本仍然很昂貴。實際上，基于飛輪的待機系統(tǒng)的平均采購價格可能是普通鉛酸蓄電池系統(tǒng)的前期價格的兩倍。飛輪較低的維護成本和較高的耐久性可以縮短這段方面的差距，但這一差距不會被抹去。
3、需要特別的維護
飛輪可能含有軸承，真空泵或需要根據(jù)制造商建議的時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、未來的市場發(fā)展前景展望
雖然飛輪技術(shù)正在逐步的獲得改進，但其進展緩慢。因此，實際飛輪能夠產(chǎn)生超過30秒的功率的目標(biāo)不會很快就能實現(xiàn)。對于大多數(shù)的企業(yè)組織來說，僅僅以30秒的時間來準(zhǔn)備好關(guān)鍵IT系統(tǒng)，以應(yīng)對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)中心備用電源的獨占來源可能會受到限制。
但是，飛輪的使用可能會在適合的特定情況下得到擴展。例如，大多數(shù)的醫(yī)院都有發(fā)電機，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)常會使用飛輪來作為補充電池，而不是將其作為替換品。95%以上的停電事故實際只持續(xù)幾秒鐘，而更嚴(yán)重的故障通常每年會發(fā)生幾次。混合解決方案中，飛輪在發(fā)生短暫的停電事故期間提供備用電源，電池可處理更長的停電事故，可延長電池的使用壽命，這也可能會減少UPS設(shè)備使用壽命期間內(nèi)的電池更換次數(shù)。
替代選項三：超級電容器
超級電容器(ultracapacitor)也被稱為supercapacitors。其是專用的，密度極高，高速的能量存儲選項。它們是非機械的替代方案，通常含有無毒的碳基材料，如活性炭和石墨烯。他們是一個非機械的選擇替代方案。
1、優(yōu)點
1、緊湊的外形
像飛輪一樣，超級電容器比鉛酸電池更小更輕。
2、低環(huán)境影響
超級電容器(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，隨時放電并再充電。
4、無需維護
超級電容器是一種沒有移動部件的固態(tài)器件，因此不需要維護。
2、缺點
1、有限的備份時間
像飛輪一樣，超級電容器在極短的時間內(nèi)提供電力。直到最近超級電容器也僅僅只提供了十秒鐘的待機能量?，F(xiàn)代化的超級電容器系統(tǒng)現(xiàn)在可以提供長達30秒的備份時間，使其成為飛輪的非機械替代品。
2、成本較高
超級電容器的成本也比鉛酸電池高。平均而言，超級電容器的前期成本大約是鉛酸電池的兩倍。
3、未來的市場發(fā)展前景展望
未來三到五年內(nèi)，價格將繼續(xù)下降。而隨著用戶對較短的備份時間的適應(yīng)，用戶對其的需求將會增加。
替代選項四：燃料電池
與電池不同，燃料電池發(fā)電而不是儲存電源。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)燃機不同，氫動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
1、環(huán)保
與鉛酸電池不同，燃料電池對環(huán)境幾乎沒有危險。
2、長備份時間
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能量。
2、缺點
1、成本較高
盡管近年來價格大幅下降，但燃料電池仍然比鉛酸電池昂貴得多。電力成本是一個重要的考慮因素，因為典型的燃料電池只有85%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、延遲開始時間
通常需要大約30秒才能使燃料電池啟動并以全功率運行。因此，基于燃料電池的UPS設(shè)備通常會使用小型電池在啟動期間提供備用電源。
3、未來的市場發(fā)展前景展望
燃料電池制造商們正在試驗氫氣的替代品，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，并且可能會持續(xù)一段時間。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)界對于鉛酸電池可行的替代方案的長期性的追求或?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。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，以及對于環(huán)境負(fù)責(zé)任的能源存儲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。
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。存儲技術(shù)的下一個突破可能即將到來。
（來源：機房360）
