best365体育网站 电工电气 储能式UPS在数据中心的应用探讨

储能式UPS在数据中心的应用探讨



连博表示,“Galaxy
VS既可以适用于各个行业的应用,也可以满足用户的一些特殊需求”。

传统数据中心后备电池的应用,以铅酸蓄电池最为突出,其结构简单、价格低廉,性价比高,但由于循环寿命较短,使用过程受到一定限制。铅碳电池从传统的铅酸电池演化而来,是铅酸电池和超级电容器的结合体,拥有非常好的充放电性能,和数倍于铅酸电池的循环寿命。锂电池同样很好地弥补了铅酸电池的不足,不仅具有优异的循环使用寿命指标,还具有很高的能量密度和功率密度。而全钒液流电池在使用寿命上较锂电池又有更新的突破,循环充放电次数可达锂电池的双倍。钠硫电池则在比能量方面具有突出贡献。

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。

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。

(1)铅碳电池

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。

近日,施耐德电气推出全新的Galaxy VS
UPS,这是一款高效、模块化设计、易于部署的10-100kW三相不断电系统,可以满足IT、商业和工业设施的关键电力需求。更重要的是,与传统UPS不同,Galaxy
VS实现了“鱼和熊掌兼得”,既安全可靠,又能实现高效率。

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。

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图片 1关于施耐德电气

此外,如图2所示,数据中心通常采用可靠的2N供电体系,大多情况下电网稳定性良好,加之数据中心的双路供电保障,电池则长期备用,利用率很低,造成很大一部分投资浪费,且电池长期处于浮充状态,会产生发热和效率损耗,影响电池的使用性能和寿命。据统计,2014年,中国铅酸蓄电池产量22069.77万千伏安时,同比2013年增长4.58%。而这些电池大多都未被很好的利用,是一种巨大的能源浪费。

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。

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”。

储能式UPS可配套采用集装箱式一体化解决方案(见图4),将储能设施、消防设施、监控以及温控系统集成于集装箱内,保证整套系统的功能完整性及适用性。同时,标准化、模块化、集成化的系统,可有效地保证工程一致性,不由施工团队的技术水平决定项目质量。建设周期短,安装施工过程简单,后期维护方便,产品生产成本低,供货周期短,具有高可靠性、高安全性、高集成度、低成本、低能耗的特点,可实现快速灵活部署,是一套标准的、集成的一体化解决方案。

伊顿电能:

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。

面向未来能源“更清洁、高密度、数字化”的三大趋势,公司持续致力于为战略性新兴产业提供能源运输、储存、回收、数据化管理提供系统解决方案。

施耐德电气:

在施耐德电气关键电源业务部产品经理连博看来,与之前的Galaxy VM、Galaxy
VX相比,Galaxy VS采用了一些颠覆性技术,实现了诸多创新。

2、储能式UPS

除了免维护铅蓄电池,还有开放式液体铅蓄电池,需要定期测量比重,加水加酸,若使用这类电池,安装环境需要铺设防腐蚀砖。

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。

峰时段(8~11时、16~21时):0.9863元/kWh;

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。

正所谓“百闻不如一见”。天极网记者到施耐德电气开关设备有限公司,实地体验Galaxy
VS新品,并进行现场评测。

以一个建设规模为1000个机架的数据中心为例,假设每个机架功率平均为3kW,1000个机架最终负荷为3000kW,每个小时耗电3000kWh,则全年电力能耗为:3000kW×24h×365天=26280000(kWh),按照1元/kWh计算,全年需花电费2628万元,加上UPS供电设备、空调、照明、其他电力能耗等,对一个PUE值为2的数据中心而言,每年仅电费就高达5256万元。

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。

第三.更高效的E变换。

传统数据中心通常采用在线式UPS作为关键负载不间断供电的保障,在线式UPS的运行效率较低,在85%~95%之间,长期运行所带来的电力损耗惊人,运行成本很高。因此,优化数据中心的基础设施,在数据中心实现真正的绿色节能,进一步降低能耗、提升数据中心运营效率就是十分必要和紧迫的。储能式UPS在效率上实现了这一突破,其效率高达98%,比传统在线式UPS高出5%~10%,这使得运营成本大大降低。对于上述3MW的数据中心来说,供电效率每提高1%,一年节省电费就超过100万元。储能式UPS的跨越式突破,将大大减少数据中心的运营成本,为企业大幅度节省用电开支,也将成为未来数据中心供电系统发展中最为重要的一环。

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。

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。”

(1)数据中心负载特性

3.锂电池

第二.Galaxy VS重塑基拓扑架构,使用创新性技术。

(2)锂电池

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。

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。

储能式UPS(又称SPS,储能式不间断电源),是先控电气遵循“节能、绿色、环保”理念而推出的一款产品,其不仅具备在线式UPS的全部功能,为关键负载提供稳定的电力保障,还可优化UPS性能,节省油机、无功补偿设备和稳压设备的投入。同时还可通过储能电池,对电网削峰填谷,利用峰谷电价为企业创收,实现整套系统的主动式工作,并可实现对新能源的综合利用。广泛适用于数据中心、交通、金融、医疗、通信等行业。

双登集团:

第一.Galaxy VS基于模块化设计,机身设计紧凑,结构灵活

近年来,在金融、通信、电力、工业自动化控制等领域,总电源功率需求量达1200~3000kVA的大型机房已屡见不鲜。多台大型主机及大量的服务器、路由器、交换机、磁盘阵列机被集中安放在同一数据中心机房内,这样的机房必须具备向用户提供大数据吞吐量、高数据传输率的连续工作能力。显然,稳定、可靠、纯净的电源是数据中心各种设备连续、正常、高效运行的重要前提,供电系统不仅要为机房设备提供不间断供电,还必须确保在网络上运行的数据、语音和图像等信息资源能高效、可靠、安全地进行远程处理、存储和传输,这都使得不间断的供电保障系统成为数据中心内不可或缺的必要设备。

雄韬股份:

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。

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。

2.胶体蓄电池

产品实测

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池是电池中比能量最高的实用型电池,有多种材料可用于它的正极和负极(钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、钛酸锂等)。锂电池的效率可达95%以上,放电时间达数小时,在50%浅度放电情况下,循环使用寿命可达6000次以上,响应快速,是电池中能量最高的实用性电池。近年来技术也在不断地升级,正负极材料也有多种应用。

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。

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。

因此,要保持供电系统的供电可靠性,除了保证供电系统自身的可靠性指标外,还需要简化系统串联级数。储能式UPS的诞生,则成为了改善数据中心供电系统可靠性的关键。采用并联式结构,可以从根本上减少设备的故障节点和故障率,使得储能设备向着高稳定性、智能化方向发展,设备运行安全可靠,在线维护更加方便。

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。

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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。

艾默生网络能源:

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。

(2)供电系统可靠性

近年企业布局情况:

“原来的UPS相当于是一个黑盒子,客户完全不知道机器内部信息,只有设备出现损坏或报警时,用户才得知要去维修。”
连博说,“EcoStruxure的最大好处是把黑盒子变成白盒子。在UPS发生故障前,它通过数据分析,即可预判UPS未来可能出现什么样的问题。”

•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;

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。

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