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现在是重新考虑UPS储能要求的时候吗?

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现在,UPS在工业范畴、通信基站、数据中心等范畴得到了广泛而深化的运用,各种高端精细设备也随之许多添加,不仅对供电质量提出了更高的要求,一起对供电的连续性也需求愈加牢靠的保证。跟着UPS商场的高速发展,UPS配套的电池需求也在日益添加,长时刻以来,铅酸蓄电池一向UPS电源的标配,另一方面,而锂电池、超级电容器、飞轮等技能和产品也使UPS的储能办法发作更多的改动。



兆瓦时分钟的年代到来



职业专家最近在LinkedIn网站上看到一个产品布告,德国Piller公司推出了一个高速小型飞轮UPS,能够在长达1分钟的时刻内供给1兆瓦的电能,专家评论说,这好像意味进入了"兆瓦时分钟"的年代。



尽管飞轮储能关于数据中心商场来说并不生疏,但与UPS选用传统的蓄电池比较,其承受度有限。最近,锂电池正在UPS范畴进行推行和运用,许多首要的UPS制造商都在证明这一点。现在,这些UPS制造商正在推行代替传统铅酸蓄电池的锂电池,并期望将其作为一种长时刻的"职业规范".



飞轮UPS在数据中心运用中的运用分为两大类:一类是选用电网供电的大型低速重型旋转UPS,还有选用柴油机组供电的旋转式UPS(DRUP)。第二类是用于代替UPS蓄电池的高速直流飞轮UPS.不管有用什么类型的飞轮UPS,它们一般能够供给15到60秒的电力支撑,而其运用的空间要比铅酸蓄电池组小得多。



曾有一家铅酸蓄电池供应商宣称他们的UPS电池能够供给5分钟或更短时刻的运用,这好像很古怪。所以人们在关于UPS备用时刻的考虑方面好像有一些不合。现在只要少量企业和托管效劳供给商运用,例如杜邦Fabros技能公司(现被Digital Realty公司收买)为其在美国的一些数据中心设备运用了飞轮。高速飞轮的一个首要的长处是具有更高的功率密度(在尺度和分量方面比较),并且能够在十分短的时刻(15至60秒)内开释其贮存的旋转动能。



功率密度VS能量密度



在蓄电池选用上,现在铅蓄电池仍然是UPS商场干流。可是大多数人应该知道铅蓄电池的功率密度和能量密度之间的差异。功率是一个瞬时测量值(kW),而能量代表在一段时刻(kWh)内运送或耗费的功率。评论蓄电池特性时,这个区别特别重要。其密度一般与其物理尺度和分量相关。依据其规划和化学性质,蓄电池的功率密度和能量密度并不直接相关。例如,蓄电池可能能够在很长时刻(即10小时)内运送许多的能量,可是在十分短的时刻内运送许多的能量时,其放电容量将会遭到更多约束(5到15分钟)。这是铅酸蓄电池常见的非线性放电特性,蓄电池的安时额外值(AH)一般依据10小时C10(乃至20小时C20)的放电率。



可是,跟着负载电流(功率)的添加,蓄电池有用的放电容量将大大下降。在典型的数据中心UPS运用中,一组额外容量为100 AH的蓄电池的使命是将其贮存的能量放电至5小时,但可能只能供给C10额外容量的25%至30%,持续放电的时刻为15分钟或更少。例如:放电电流为120A时,能够放电0.25小时;放电电流为250A时,能够放电0.1小时,其放电直至到达其低压截止点(一般每个2V电池标称值将下降到大约1.75V)。其结果是在UPS关机时,蓄电池组的电压由12V降至10.5V,以防止电池损坏。



跟着UPS的蓄电池电压下降,放电容量将将进一步削减。例如:由240块电池串联的电池组电压为480V,在放电时其电量下降10%,降到432V(或更低)。而为负载供给稳定功率,这导致电池组的电流耗费了10%或更多。尽管这些都是简化的例子,可是,为了保证在数据中心运用的高功率放电速率下具有足够的放电容量,这需求更大的电池容量。而锂电池与其相反,即便在较高的放电速率下,锂电池电压在负载下也将保持相对稳定,直到它们挨近放电曲线的结尾。别的,这个比较并不考虑铅酸蓄电池的年限和情况。这就是为什么在许多情况下需求将铅酸蓄电池并联两组或多组的原因,就是为了最大极限地下降单组蓄电池失效的危险。



锂电池的运用寿数也比传统的阀控密封铅酸蓄电池更长,并且运用温度规划更高,长时刻总具有本钱(TCO)更低,但与铅酸蓄电池比较,其布置的前期本钱更高。可是,锂电池关于数据中心的运用来说是相对较新,人们一向在等待选用锂电池的UPS在实践的数据中心运转条件下具有更长时刻作业的功能。



超级电容器(Super-Cap)



尽管超级电容器技能现已推出了很长一段时刻,可是关于数据中心运用来说还没有给予太多的注重,因为像飞轮UPS相同,它只供给了相对较短的供电时刻。可是,有一些全球首要UPS出产厂商供给超级电容作为传统蓄电池的代替品。他们推出的超级电容器模块的体积大约是7×7×35英寸。额外电压为62V,重35磅,但能够供给高达2000A的电流。它能够在比铅酸蓄电池和锂电池更高的温度规划(-40°F至+ 150°F)下作业,估计运用寿数超越15年,简直不需求人工保护。



尽管没有进行本钱预算,可是出产厂商宣称,与相同放电容量的飞轮比较,它具有更低的长时刻总具有本钱(TCO)。比较之下,传统铅酸蓄电池需求供给5分钟的最小运转时刻,至少有两组,以保证它牢靠地支撑100千瓦的负载,特别是当蓄电池挨近其4到5年的运用寿数周期时。超级电容器和飞轮的出产厂商也许诺在15年内下降TCO,因为铅酸蓄电池在这段时刻内需求替换和收回三次或更多次。此外,超级电容器的理念与飞轮类似,能够为备用发电机在30秒或更短的时刻内启动负载供给电力支撑。超级电容和飞轮UPS也能够用来延长运用寿数,应对任何短期的电力异常中止。而这些电力中止一般会导致UPS电源频频切换到电池,严峻缩短电池寿数。



边际数据中心的电源



曩昔一年,微型数据中心和边际数据中心得到了许多关注。估计这两种数据中心将满意优化物联网设备预期的本地化网络流量,以及早期布置5G网络的需求,此外,还需求在紧凑的布局中选用某种方式的备用电源,这将获益于更新的储能技能。



电网级的能量存储



尽管职业中一向在评论短时刻的供电能够应对电网停电,直到备用发电机起动开端为数据中心负荷供电,可是这种办法也能够运用在电网级储能方面,其布置将进步电网的峰值容量和整体牢靠性。此外,这样的办法还能够进步将太阳能和风能可持续但间歇性的动力归入其间的才能。



在曩昔的一年里,现已有多个运用锂电池的兆瓦级电网储能的布告,以支撑峰值负荷,然后最大极限地削减了天然气发电厂的需求。



通用电气公司最近宣告了一个协作项目:南加州爱迪生公司(SCE)和通用电气公司选用了电网边际的概念,将天然气燃气涡轮机和电池进行整合。SCE公司开端运转两个新的混合动力电动燃气涡轮(EGT)机组,这两个机组选用的是通用电气公司装置的涡轮机、电池和电力控制器的组合。每个机组的功率都在50兆瓦规划内,并装备了一组能够供给10兆瓦时和4兆瓦时功率的蓄电池。



另一种正在布置的电网规划储能技能是钒氧化还原液流电池,其能量贮存在流体(在两个储罐之间活动)中进行充电和放电。



我国一家公司正在运用这项技能建造一座200兆瓦的电厂。尽管这个例子是关于电网级能量存储,可是在100英亩的土地上建造100MW的主机托管和网络规划的数据中心,这好像并不是很勉强,因而可能缩短了UPS的续航时刻(或许没有运用UPS)。这个数据中心具有自己的多兆瓦储能体系,或通过动力供应商的协作,选用其专用资源。



因而,尽管牢靠性和可用性以及估测的"9"数量现已成为数据中心文明的根底,但跟着新式储能技能的布置变得愈加牢靠和普遍,数据中心关于UPS电源的短暂运转将会变得愈加能够承受。

本文关键字: UPS电源 
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