1 背景及需求概述

(DataCenter),通常是(shi)指在一(yi)個物理(li)空間內(nei)實(shi)現信息(xi)的集中(zhong)(zhong)處理(li)、存儲、傳輸、交換和管理(li)。數據中(zhong)(zhong)心是(shi)一(yi)整套復雜的設(she)施,不僅包括計算機、服務器(qi)、網絡、存儲等核(he)心設(she)備,還包含供電、制冷(leng)、機柜、消防和監控系統等關鍵物理(li)基礎設(she)施。

近年來,隨著(zhu)移動互聯網、物(wu)聯網、等數(shu)據(ju)業務需(xu)求的(de)(de)爆炸式增長(chang)及(ji)IT技術的(de)(de)迅速發(fa)展,數(shu)據(ju)中(zhong)心正在發(fa)展成為一個具有戰略意義的(de)(de)新(xin)興產業,成為新(xin)一代信息產業的(de)(de)重要組成部分。在電(dian)子信息及(ji)制造技術飛速提升的(de)(de)前(qian)提下,數(shu)據(ju)中(zhong)心機(ji)房的(de)(de)建設規模及(ji)設備密度(du)都取得了長(chang)足的(de)(de)增長(chang)。

然而由于能(neng)效管理的不(bu)盡完善(shan),設備的智能(neng)化(hua)程度缺乏(fa)等(deng)原因,數(shu)據(ju)中心(xin)也正在呈現(xian)著諸如(ru)能(neng)耗過大、負載量激增、主設備運行(xing)故障等(deng)一系列問題,并且(qie)變得越來越嚴峻。

與(yu)此(ci)同時(shi),儲能(neng)(neng)式UPS的(de)(de)應(ying)運(yun)而生,表明儲能(neng)(neng)技術已從一個基本概念發展成為(wei)當(dang)前(qian)社會走向低碳經濟(ji)所不可或缺的(de)(de)技術前(qian)提,成為(wei)了推動能(neng)(neng)源(yuan)轉(zhuan)型的(de)(de)必要條(tiao)件。將儲能(neng)(neng)式產品與(yu)數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)運(yun)行現狀進(jin)行有機結合,針對數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)所存(cun)在(zai)的(de)(de)問題進(jin)行改善,最大限度地提高節能(neng)(neng)和智能(neng)(neng)化管理(li)程度,是數據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)當(dang)前(qian)迫在(zai)眉睫(jie)的(de)(de)需求。

(1)數(shu)據中心負載特(te)性(xing)

近年來,在(zai)金融、通(tong)信、電(dian)力(li)、工(gong)業自(zi)動化控制等領域,總(zong)電(dian)源(yuan)功率需求量(liang)(liang)達1200～3000kVA的(de)大型機(ji)(ji)房(fang)(fang)(fang)已屢見不鮮。多臺(tai)大型主機(ji)(ji)及大量(liang)(liang)的(de)服務器、路由器、交換機(ji)(ji)、磁盤陣列機(ji)(ji)被集中(zhong)安(an)放在(zai)同(tong)一數(shu)(shu)據中(zhong)心機(ji)(ji)房(fang)(fang)(fang)內(nei),這樣的(de)機(ji)(ji)房(fang)(fang)(fang)必(bi)須具備(bei)向用(yong)戶提供(gong)大數(shu)(shu)據吞吐量(liang)(liang)、高(gao)數(shu)(shu)據傳輸(shu)(shu)率的(de)連續(xu)工(gong)作能力(li)。顯然,穩定、可(ke)靠、純凈的(de)電(dian)源(yuan)是數(shu)(shu)據中(zhong)心各種設備(bei)連續(xu)、正常、高(gao)效運行(xing)(xing)的(de)重要(yao)(yao)前提,供(gong)電(dian)系統不僅要(yao)(yao)為(wei)機(ji)(ji)房(fang)(fang)(fang)設備(bei)提供(gong)不間(jian)斷(duan)(duan)供(gong)電(dian),還必(bi)須確保(bao)在(zai)網絡(luo)上運行(xing)(xing)的(de)數(shu)(shu)據、語音和(he)圖像等信息資源(yuan)能高(gao)效、可(ke)靠、安(an)全地進行(xing)(xing)遠(yuan)程(cheng)處理、存(cun)儲和(he)傳輸(shu)(shu),這都使(shi)得(de)不間(jian)斷(duan)(duan)的(de)供(gong)電(dian)保(bao)障系統成為(wei)數(shu)(shu)據中(zhong)心內(nei)不可(ke)或缺的(de)必(bi)要(yao)(yao)設備(bei)。

當(dang)前(qian)數(shu)(shu)據中(zhong)心大多采用在線(xian)式UPS為負載(zai)(zai)提供穩(wen)定的供電保障。然而,數(shu)(shu)據中(zhong)心內除服務器、路由(you)器、交換(huan)機等關鍵負載(zai)(zai)外,還配(pei)備照明、制冷、監控、水循環系統(tong)等設備,設備情(qing)況(kuang)復雜(za),對(dui)供電保障系統(tong)的過載(zai)(zai)能力、峰值因(yin)數(shu)(shu)等指標也(ye)有(you)較高要求,常規的在線(xian)式UPS現已很難(nan)滿足(zu)當(dang)前(qian)數(shu)(shu)據中(zhong)心的需求。

(2)供電系統可靠性

從可(ke)(ke)靠(kao)(kao)性(xing)(xing)角度(du)分析,在(zai)數(shu)據中(zhong)心(xin)供電(dian)(dian)系統(tong)中(zhong),串(chuan)(chuan)聯(lian)(lian)級數(shu)越(yue)多,其故(gu)障(zhang)(zhang)節(jie)點就(jiu)會增加,供電(dian)(dian)可(ke)(ke)靠(kao)(kao)性(xing)(xing)就(jiu)會相應降(jiang)低。反之,并聯(lian)(lian)個數(shu)越(yue)多,其系統(tong)供電(dian)(dian)可(ke)(ke)靠(kao)(kao)性(xing)(xing)就(jiu)會越(yue)高。目(mu)前(qian)大多數(shu)據中(zhong)心(xin)的(de)(de)傳統(tong)在(zai)線式UPS系統(tong),采用串(chuan)(chuan)聯(lian)(lian)式結構(見圖1),故(gu)障(zhang)(zhang)節(jie)點較多,因(yin)而具(ju)有(you)較高的(de)(de)故(gu)障(zhang)(zhang)率和(he)相對較低的(de)(de)可(ke)(ke)靠(kao)(kao)性(xing)(xing)。

因(yin)此,要(yao)保(bao)持供電(dian)系(xi)統(tong)的(de)供電(dian)可(ke)(ke)靠(kao)(kao)性,除(chu)了保(bao)證供電(dian)系(xi)統(tong)自身(shen)的(de)可(ke)(ke)靠(kao)(kao)性指(zhi)標外,還需要(yao)簡(jian)化(hua)系(xi)統(tong)串聯級數。儲能(neng)式UPS的(de)誕生,則成為了改善(shan)數據中心供電(dian)系(xi)統(tong)可(ke)(ke)靠(kao)(kao)性的(de)關鍵。采用并聯式結(jie)構,可(ke)(ke)以從根本(ben)上減少設備的(de)故(gu)障(zhang)節點和故(gu)障(zhang)率(lv),使得儲能(neng)設備向(xiang)著(zhu)高(gao)穩定(ding)性、智(zhi)能(neng)化(hua)方向(xiang)發展,設備運(yun)行安全可(ke)(ke)靠(kao)(kao),在線維護更加(jia)方便。

(3)數據中(zhong)心運營成(cheng)本

隨(sui)著云計(ji)算的(de)發展,數據中心(xin)的(de)建設呈現(xian)向大型化發展的(de)趨勢。超過100個機架(jia)的(de)數據中心(xin)比例逐年上升,2016年預計(ji)達(da)到61%。同時(shi),大型數據中心(xin)的(de)電(dian)力(li)消耗(hao)也是(shi)相當驚人,對企業來說,數據中心(xin)電(dian)費已(yi)成(cheng)為很大一(yi)筆開支(zhi),大幅侵蝕著企業的(de)經營利潤。

以一個(ge)建設(she)規模為(wei)(wei)1000個(ge)機(ji)架的(de)數(shu)據中(zhong)心為(wei)(wei)例,假設(she)每(mei)個(ge)機(ji)架功率平均為(wei)(wei)3kW,1000個(ge)機(ji)架最(zui)終負荷(he)為(wei)(wei)3000kW,每(mei)個(ge)小時(shi)耗電(dian)(dian)3000kWh,則(ze)全年(nian)電(dian)(dian)力(li)能(neng)耗為(wei)(wei):3000kW 24h 365天=26280000(kWh),按(an)照1元(yuan)/kWh計算,全年(nian)需花電(dian)(dian)費2628萬(wan)元(yuan),加上UPS供電(dian)(dian)設(she)備、空調、照明(ming)、其他(ta)電(dian)(dian)力(li)能(neng)耗等,對一個(ge)PUE值為(wei)(wei)2的(de)數(shu)據中(zhong)心而言,每(mei)年(nian)僅電(dian)(dian)費就高(gao)達5256萬(wan)元(yuan)。

PUE是(shi)評價數據中心能(neng)源(yuan)(yuan)效(xiao)(xiao)率(lv)的(de)(de)(de)指(zhi)標,是(shi)指(zhi)數據中心消耗的(de)(de)(de)所有能(neng)源(yuan)(yuan)與IT負載消耗的(de)(de)(de)能(neng)源(yuan)(yuan)之比,其越(yue)接近于(yu)1,表示一個數據中心的(de)(de)(de)綠色化程度越(yue)高,越(yue)符合(he)低碳、節能(neng)的(de)(de)(de)標準(zhun)。而(er)降(jiang)低數據中心PUE的(de)(de)(de)最有效(xiao)(xiao)手段就是(shi)壓縮(suo)非IT設備的(de)(de)(de)能(neng)耗。

傳統數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)通常采(cai)用(yong)在線式(shi)UPS作為關鍵負載不間(jian)斷供(gong)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)保障(zhang),在線式(shi)UPS的(de)(de)(de)運行效(xiao)率(lv)(lv)較低,在85%～95%之(zhi)間(jian),長期(qi)運行所(suo)帶來的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)力損耗驚人(ren),運行成(cheng)本很高(gao)(gao)。因此(ci),優化數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)基礎設施,在數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)實現(xian)真(zhen)正的(de)(de)(de)綠色(se)節(jie)能,進一(yi)步降低能耗、提升數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)運營效(xiao)率(lv)(lv)就是十分必要和緊迫的(de)(de)(de)。儲(chu)能式(shi)UPS在效(xiao)率(lv)(lv)上實現(xian)了這一(yi)突(tu)破(po),其效(xiao)率(lv)(lv)高(gao)(gao)達98%,比傳統在線式(shi)UPS高(gao)(gao)出5%～10%,這使得運營成(cheng)本大(da)大(da)降低。對于上述3MW的(de)(de)(de)數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)來說,供(gong)電(dian)(dian)(dian)效(xiao)率(lv)(lv)每提高(gao)(gao)1%,一(yi)年節(jie)省電(dian)(dian)(dian)費就超過100萬元。儲(chu)能式(shi)UPS的(de)(de)(de)跨越式(shi)突(tu)破(po),將(jiang)大(da)大(da)減少數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)的(de)(de)(de)運營成(cheng)本,為企業大(da)幅(fu)度節(jie)省用(yong)電(dian)(dian)(dian)開支,也將(jiang)成(cheng)為未(wei)來數(shu)(shu)據(ju)中(zhong)(zhong)心(xin)供(gong)電(dian)(dian)(dian)系(xi)統發展中(zhong)(zhong)最為重(zhong)要的(de)(de)(de)一(yi)環。

(4)后備時間保障

在數據中(zhong)心建(jian)造(zao)過程中(zhong),后備供電時(shi)間的選(xuan)擇問題正面臨兩難。若需保障較(jiao)長的后備時(shi)間,則蓄電池首次投(tou)資(zi)成(cheng)本很高,并且由(you)于電池生(sheng)命周期較(jiao)短,每(mei)個周期都需進行再投(tou)資(zi),是一筆不小的花費。若只(zhi)保障較(jiao)短的后備時(shi)間,電池投(tou)資(zi)成(cheng)本可(ke)適當降低,但市電中(zhong)斷(duan)時(shi)可(ke)能會因未及(ji)時(shi)處(chu)理保存而導(dao)致關鍵數據丟失損(sun)毀等(deng)嚴重后果。

此外,如(ru)圖2所示(shi),數據中(zhong)心(xin)通(tong)常采用(yong)可靠的(de)2N供(gong)電(dian)體系(xi),大(da)(da)多情況下電(dian)網(wang)穩定性良好,加之數據中(zhong)心(xin)的(de)雙路供(gong)電(dian)保障,電(dian)池則長(chang)期備(bei)用(yong),利用(yong)率(lv)很低,造成很大(da)(da)一部分投資浪費(fei),且電(dian)池長(chang)期處于(yu)浮充狀(zhuang)態,會產生(sheng)發(fa)熱(re)和效(xiao)率(lv)損耗,影響電(dian)池的(de)使用(yong)性能和壽命。據統計(ji),2014年,中(zhong)國鉛酸蓄電(dian)池產量(liang)22069.77萬(wan)千伏安時,同比2013年增長(chang)4.58%。而這些(xie)電(dian)池大(da)(da)多都未被很好的(de)利用(yong),是一種巨大(da)(da)的(de)能源浪費(fei)。

用(yong)戶(hu)在(zai)(zai)配置供電(dian)(dian)(dian)系統時(shi),既希(xi)望關鍵(jian)負(fu)載可以保持較長的(de)(de)后備時(shi)間(jian),也希(xi)望降低(di)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)成本,減(jian)少投資(zi)(zi)浪(lang)(lang)費,而由于傳統電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)后備供電(dian)(dian)(dian)時(shi)間(jian)和(he)成本之(zhi)間(jian)的(de)(de)矛盾(dun)問題,用(yong)戶(hu)在(zai)(zai)投資(zi)(zi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)時(shi)也一直持審慎態度。儲能式UPS化被動為主動,通過應用(yong)新型儲能電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi),對其(qi)進行(xing)充(chong)分調動,使(shi)得設備和(he)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)充(chong)放電(dian)(dian)(dian)行(xing)為成為工作常態,從而避免了(le)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)閑(xian)置,也解決了(le)用(yong)戶(hu)因擔心投資(zi)(zi)浪(lang)(lang)費而導致的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)配備容量小、設備后備時(shi)間(jian)過短的(de)(de)問題。

(5)峰谷用電現狀

為(wei)鼓(gu)勵錯峰(feng)用電(dian)(dian),我國自(zi)1993年在上海市(shi)實(shi)行峰(feng)谷分時電(dian)(dian)價,引(yin)導用戶(hu)錯峰(feng)用電(dian)(dian),以均衡電(dian)(dian)力負荷(he),實(shi)現供(gong)需平衡,優(you)化資源配置,并(bing)產生錯峰(feng)價值,提(ti)高整體經(jing)濟(ji)效益(yi)。儲(chu)(chu)能(neng)(neng)式(shi)UPS的(de)應用,能(neng)(neng)對電(dian)(dian)網的(de)合(he)理使用起(qi) 削峰(feng)填谷 作用,即(ji)通過(guo)儲(chu)(chu)存電(dian)(dian)網夜(ye)間用電(dian)(dian)低谷時充足(zu)的(de)閑余電(dian)(dian)能(neng)(neng),到白天用電(dian)(dian)高峰(feng)時反饋輸出,對于電(dian)(dian)量消耗很大的(de)數(shu)據中心來(lai)說,通過(guo)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)式(shi)UPS,合(he)理利用峰(feng)谷差價,可以節約巨(ju)額的(de)電(dian)(dian)費開銷(xiao)。

一天(tian)的(de)用電(dian)(dian)高(gao)峰多分(fen)布于8時(shi)(shi)至22時(shi)(shi),而(er)用電(dian)(dian)低谷則(ze)集中在23時(shi)(shi)至次日7時(shi)(shi)。電(dian)(dian)力生產的(de)穩定性(xing)(xing)與(yu)需求(qiu)波動(dong)性(xing)(xing)矛盾決定了實施(shi)分(fen)時(shi)(shi)電(dian)(dian)價(jia)(jia)成為最佳的(de)選擇,通過(guo)分(fen)時(shi)(shi)電(dian)(dian)價(jia)(jia)調(diao)節需求(qiu),實現供求(qiu)平(ping)衡。

以河北省南部為例,一般(ban)工商業及其他用電(dian)(電(dian)壓等(deng)級:不滿1kV)分時電(dian)價情況為尖峰時段(8～11時、16～21時):1.1213元/kWh;

峰時(shi)段(8～11時(shi)、16～21時(shi)):0.9863元/kWh;

平時(shi)段(6～8時(shi)、11～16時(shi)、21～22時(shi)):0.7162元(yuan)/kWh;

谷時(shi)段(22時(shi)～次(ci)日6時(shi)):0.4461元/kWh

注:每年7月1日至9月30日期間(jian)執(zhi)行(xing)尖(jian)峰時段電(dian)價

簡單算一筆賬,從電(dian)(dian)價角度來看,每度電(dian)(dian)峰谷(gu)(gu)電(dian)(dian)價差為0.7元(yuan)左右,假設一個(ge)數據中(zhong)心配備了600kWh的(de)儲能(neng)電(dian)(dian)池(chi),每天在電(dian)(dian)價低谷(gu)(gu)時(shi)段儲存電(dian)(dian)量(liang),高峰時(shi)段放(fang)出(chu)供負載(zai)使用(yong),電(dian)(dian)池(chi)的(de)生(sheng)命(ming)周期為8～10年,則兩個(ge)生(sheng)命(ming)周期內,僅通過(guo)儲能(neng)設備削峰填(tian)谷(gu)(gu)節省的(de)電(dian)(dian)費支出(chu)就(jiu)可達將近200萬元(yuan)。

2 儲能式UPS

儲(chu)能(neng)(neng)式(shi)UPS(又稱(cheng)SPS,儲(chu)能(neng)(neng)式(shi)不間(jian)斷電(dian)(dian)源),是先控(kong)電(dian)(dian)氣遵循 節能(neng)(neng)、綠色、環保(bao) 理念(nian)而(er)推出的(de)(de)一款產品,其(qi)不僅具備在(zai)線式(shi)UPS的(de)(de)全部功能(neng)(neng),為關鍵負載提(ti)供(gong)穩定的(de)(de)電(dian)(dian)力保(bao)障,還(huan)可(ke)優化UPS性能(neng)(neng),節省油機、無功補(bu)償設(she)備和(he)穩壓設(she)備的(de)(de)投入。同時還(huan)可(ke)通(tong)(tong)過儲(chu)能(neng)(neng)電(dian)(dian)池,對(dui)電(dian)(dian)網削(xue)峰(feng)填谷(gu),利(li)用(yong)峰(feng)谷(gu)電(dian)(dian)價(jia)為企業(ye)創收,實(shi)現整套系統的(de)(de)主(zhu)動式(shi)工作,并可(ke)實(shi)現對(dui)新能(neng)(neng)源的(de)(de)綜合利(li)用(yong)。廣泛適用(yong)于數據中(zhong)心、交(jiao)通(tong)(tong)、金(jin)融、醫療、通(tong)(tong)信等行業(ye)。

SPS儲(chu)能(neng)式(shi)不間斷電源系(xi)(xi)統采用并聯式(shi)結構,可實現AC/AC和DC/AC的(de)并行(xing)輸(shu)出,如圖3所示,因此某一線路中單個(ge)(ge)部件損壞并不會(hui)影響(xiang)整個(ge)(ge)系(xi)(xi)統的(de)正(zheng)常運行(xing),相比于(yu)傳統UPS的(de)串聯式(shi)結構,其線路中任一處(chu)故障都會(hui)影響(xiang)系(xi)(xi)統的(de)正(zheng)常輸(shu)出,儲(chu)能(neng)式(shi)UPS具備了更高的(de)可靠性。

此外,系(xi)統還采用模(mo)(mo)塊化的(de)結構(gou)方式,模(mo)(mo)塊的(de)電子件(jian)置于模(mo)(mo)塊內(nei)部(bu),配合系(xi)統上的(de)定(ding)位(wei)銷,使(shi)(shi)得各(ge)模(mo)(mo)塊均(jun)可實現在線熱插拔(ba)(ba),用戶可根(gen)據實際(ji)需(xu)要配置模(mo)(mo)塊數量,無需(xu)一次性完(wan)全投資,節省設備初期投資,可實現隨需(xu)擴展、動(dong)態成長。此外,各(ge)模(mo)(mo)塊之間具有故(gu)障(zhang)隔離功能,使(shi)(shi)得單個模(mo)(mo)塊損壞(huai)不(bu)會影響其(qi)他模(mo)(mo)塊的(de)正(zheng)常工作(zuo),出現問題的(de)模(mo)(mo)塊會自動(dong)退出系(xi)統,并可通過(guo)在線熱插拔(ba)(ba)迅速交付于維修人員進(jin)行檢(jian)修,最(zui)大限度確保了設備的(de)可靠性和使(shi)(shi)用便捷性。

主要特點:

完整的UPS功(gong)能:SPS相當于完整的UPS,具備在線式UPS的功(gong)能,市電(dian)與(yu)電(dian)池工作相互切換時間(jian)0ms,輸出穩壓精度小于1%,全面保障(zhang)負載(zai)不(bu)間(jian)斷供電(dian);

雙倍額定功(gong)率輸出(chu):SPS可與電網(wang)并(bing)行輸出(chu),在市電供電狀態(tai)下,SPS可達到2倍的(de)額定負載功(gong)率輸出(chu),并(bing)長期穩定運行;

削峰填(tian)谷(gu)(gu)、創造價(jia)值(zhi):可在任(ren)意時(shi)(shi)間對電池進行(xing)充放(fang)電,放(fang)電時(shi)(shi)間和放(fang)電深度可通過系統(tong)進行(xing)設定,系統(tong)可利(li)用峰谷(gu)(gu)差價(jia),對電網進行(xing)削峰填(tian)谷(gu)(gu),以進一(yi)步降低用電成本(ben);

減少(shao)油機(ji)污染和(he)設(she)備(bei)(bei)投資(zi)(zi):減少(shao)油機(ji)設(she)備(bei)(bei)、無功補償設(she)備(bei)(bei)、穩(wen)壓設(she)備(bei)(bei)的(de)投入,降低因油機(ji)所產生(sheng)的(de)噪音污染、廢氣(qi)污染和(he)燃油浪(lang)費,并可(ke)將油機(ji)的(de)投資(zi)(zi)轉移到(dao)電池(chi)上,在(zai)延長關鍵負(fu)載后(hou)備(bei)(bei)時間(jian)的(de)同時,通過儲(chu)能電池(chi)存儲(chu)電量增(zeng)加更(geng)多收益;

優異的性(xing)能參數:AC/AC轉換(huan)效率(lv)98%以(yi)上(節(jie)能模式轉換(huan)效率(lv)可達(da)到99%以(yi)上),DC/AC轉換(huan)效率(lv)98%以(yi)上;系(xi)統負載功率(lv)因數為1,峰值(zhi)系(xi)數為5:1,可滿足電(dian)機、電(dian)感、電(dian)容等(deng)多(duo)諧波、非(fei)線性(xing)負載的應用(yong);

儲(chu)能式UPS可(ke)(ke)配套采用集(ji)(ji)裝(zhuang)(zhuang)箱(xiang)式一(yi)(yi)體化解(jie)決方(fang)案(an)(見圖4),將(jiang)儲(chu)能設施(shi)、消防(fang)設施(shi)、監控以及(ji)溫控系統集(ji)(ji)成于集(ji)(ji)裝(zhuang)(zhuang)箱(xiang)內,保證整套系統的(de)功能完整性及(ji)適(shi)用性。同(tong)時,標準化、模(mo)塊(kuai)化、集(ji)(ji)成化的(de)系統,可(ke)(ke)有效地保證工程一(yi)(yi)致性,不由施(shi)工團隊的(de)技術水平決定項目質量。建設周期短(duan),安(an)裝(zhuang)(zhuang)施(shi)工過程簡單,后期維護方(fang)便,產(chan)品生(sheng)產(chan)成本低(di)(di),供貨周期短(duan),具(ju)有高(gao)可(ke)(ke)靠性、高(gao)安(an)全(quan)性、高(gao)集(ji)(ji)成度、低(di)(di)成本、低(di)(di)能耗的(de)特點(dian),可(ke)(ke)實現快(kuai)速靈活(huo)部署,是一(yi)(yi)套標準的(de)、集(ji)(ji)成的(de)一(yi)(yi)體化解(jie)決方(fang)案(an)。

3 儲能電池

傳統(tong)數據中心(xin)后備電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)應用,以鉛(qian)酸蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)最為突出,其(qi)結(jie)構簡單、價格低(di)廉,性價比高,但由于循(xun)(xun)環壽命(ming)較短(duan),使用過(guo)程受到一定限制(zhi)。鉛(qian)碳電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)從傳統(tong)的(de)(de)(de)鉛(qian)酸電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)演(yan)化(hua)而來,是鉛(qian)酸電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)和(he)超級電(dian)(dian)(dian)(dian)容器的(de)(de)(de)結(jie)合體,擁有(you)非常好的(de)(de)(de)充(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)性能(neng),和(he)數倍于鉛(qian)酸電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)循(xun)(xun)環壽命(ming)。鋰(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)同樣很好地彌補了鉛(qian)酸電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)不足,不僅具有(you)優異(yi)的(de)(de)(de)循(xun)(xun)環使用壽命(ming)指標,還(huan)具有(you)很高的(de)(de)(de)能(neng)量密(mi)度(du)和(he)功率密(mi)度(du)。而全釩(fan)液流電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)在使用壽命(ming)上較鋰(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)又有(you)更新的(de)(de)(de)突破,循(xun)(xun)環充(chong)放電(dian)(dian)(dian)(dian)次數可達鋰(li)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)雙倍。鈉硫電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)則在比能(neng)量方面(mian)具有(you)突出貢(gong)獻。

儲(chu)能(neng)式(shi)UPS主要采用鉛碳電(dian)池(chi)和鋰電(dian)池(chi)作為(wei)儲(chu)能(neng)電(dian)池(chi),現將兩種電(dian)池(chi)的優缺(que)點詳述如下:

(1)鉛碳電池

鉛(qian)碳電(dian)(dian)池(chi)(chi)是(shi)一(yi)種(zhong)新型的(de)(de)超級電(dian)(dian)池(chi)(chi),從傳(chuan)統的(de)(de)鉛(qian)酸(suan)電(dian)(dian)池(chi)(chi)演變而來。鉛(qian)酸(suan)電(dian)(dian)池(chi)(chi)是(shi)指以鉛(qian)及其(qi)氧化物(wu)為電(dian)(dian)極、硫酸(suan)溶液(ye)為電(dian)(dian)解液(ye)的(de)(de)一(yi)種(zhong)二(er)次(ci)電(dian)(dian)池(chi)(chi),發(fa)(fa)展(zhan)至今(jin)已有(you)150多(duo)年歷史,是(shi)最早規(gui)模化使用(yong)的(de)(de)二(er)次(ci)電(dian)(dian)池(chi)(chi)。鉛(qian)酸(suan)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)技術很成熟(shu),結構簡單、儲(chu)能成本低(di),但(dan)由(you)于鉛(qian)酸(suan)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)循(xun)環壽命短(150～300次(ci)),能量密度低(di)(30～50Wh/kg),使用(yong)溫度范圍(wei)窄(zhai),使其(qi)后(hou)期的(de)(de)應用(yong)和發(fa)(fa)展(zhan)受到了很大的(de)(de)限(xian)制。

近年來,全(quan)球很多企(qi)業致(zhi)力于開發(fa)性能(neng)更加(jia)優良、能(neng)滿足各(ge)種(zhong)使用要求(qiu)的(de)(de)(de)(de)改性鉛(qian)酸(suan)電(dian)池,其中(zhong)值得強調的(de)(de)(de)(de)就是鉛(qian)碳電(dian)池。其以常用的(de)(de)(de)(de)超級電(dian)容器(qi)(qi)碳電(dian)極材料部分或全(quan)部取(qu)代鉛(qian)陽極,是鉛(qian)酸(suan)電(dian)池和超級電(dian)容器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)結合(he)體,既(ji)發(fa)揮(hui)了(le)超級電(dian)容瞬間大容量充電(dian)的(de)(de)(de)(de)特點,也(ye)發(fa)揮(hui)了(le)鉛(qian)酸(suan)電(dian)池的(de)(de)(de)(de)比(bi)能(neng)量優勢,且(qie)擁有非常好的(de)(de)(de)(de)充放電(dian)性能(neng)。而且(qie)由于加(jia)了(le)碳(石墨烯(xi)),阻止了(le)負極硫(liu)酸(suan)鹽化現(xian)象,改善了(le)過去電(dian)池失效的(de)(de)(de)(de)一個(ge)因素,更延長了(le)電(dian)池壽(shou)命,在(zai)50%～80%的(de)(de)(de)(de)放電(dian)率情況下,充放電(dian)壽(shou)命可達3000～5000次。

鉛(qian)碳(tan)電池作為新(xin)型的(de)鉛(qian)酸(suan)電池,由于(yu)(yu)使用(yong)(yong)了鉛(qian)碳(tan)技術,其性能(neng)(neng)(neng)遠遠優于(yu)(yu)傳統的(de)鉛(qian)酸(suan)蓄電池,具有與傳統鉛(qian)酸(suan)電池相近(jin)的(de)低廉價格(ge)優勢及成熟的(de)工(gong)業制(zhi)造基(ji)礎(chu),同(tong)時自(zi)(zi)身具有高使用(yong)(yong)壽(shou)命和高能(neng)(neng)(neng)量密度比,在(zai)各種(zhong)應(ying)用(yong)(yong)領(ling)(ling)域(yu)都有著極強的(de)競爭力優勢,已(yi)是當(dang)前儲(chu)能(neng)(neng)(neng)設備的(de)首選(xuan),可應(ying)用(yong)(yong)于(yu)(yu)新(xin)能(neng)(neng)(neng)源車(che)輛中,如(ru)混合動力汽(qi)車(che)、電動自(zi)(zi)行車(che)等領(ling)(ling)域(yu),也可用(yong)(yong)于(yu)(yu)儲(chu)能(neng)(neng)(neng)領(ling)(ling)域(yu),如(ru)削峰填(tian)谷儲(chu)能(neng)(neng)(neng)、風(feng)光(guang)發電儲(chu)能(neng)(neng)(neng)等。

(2)鋰電池

鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)是(shi)一類由鋰(li)(li)(li)金屬或鋰(li)(li)(li)合(he)金為(wei)負極(ji)(ji)材料(liao)、使(shi)用(yong)非水電(dian)(dian)(dian)解質溶液的電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)。鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)是(shi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中比(bi)能(neng)量最(zui)高的實用(yong)型電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi),有(you)多種材料(liao)可用(yong)于它的正極(ji)(ji)和負極(ji)(ji)(鈷酸鋰(li)(li)(li)、錳(meng)酸鋰(li)(li)(li)、磷酸鐵(tie)鋰(li)(li)(li)、鈦(tai)酸鋰(li)(li)(li)等)。鋰(li)(li)(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的效(xiao)率可達95%以(yi)上,放電(dian)(dian)(dian)時間達數小時,在50%淺度放電(dian)(dian)(dian)情(qing)況下,循環使(shi)用(yong)壽命可達6000次以(yi)上,響應快速,是(shi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中能(neng)量最(zui)高的實用(yong)性電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)。近年來(lai)技術也在不斷地(di)升級,正負極(ji)(ji)材料(liao)也有(you)多種應用(yong)。

但(dan)由于其價(jia)格依(yi)然偏高,有(you)(you)時會因(yin)過(guo)充電(dian)而(er)導致發熱、燃燒等安全(quan)問(wen)題,有(you)(you)一定(ding)的(de)(de)風險,所以使(shi)用過(guo)程仍(reng)有(you)(you)一定(ding)限制,需要通過(guo)過(guo)充電(dian)保護來解決。鋰電(dian)池技術仍(reng)然在不(bu)斷(duan)地(di)開(kai)發中(zhong),目(mu)前的(de)(de)研究(jiu)主要集(ji)中(zhong)在進一步提高它的(de)(de)使(shi)用壽命和安全(quan)性,降(jiang)低(di)成本(ben)以及新(xin)的(de)(de)正、負極(ji)材料的(de)(de)開(kai)發上(shang)。

(3)小結

儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)是儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)系(xi)統(tong)中至關(guan)重要的(de)(de)(de)環節(jie),占據了(le)整套儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)系(xi)統(tong)投(tou)(tou)資的(de)(de)(de)三分之(zhi)二以上。儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)運(yun)(yun)行效率、可靠度(du)(du)、可用性、易維護性等,很大(da)程度(du)(du)上影響著儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)高效運(yun)(yun)行。從投(tou)(tou)資者角度(du)(du)來看(kan),作(zuo)為儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)式UPS的(de)(de)(de)關(guan)鍵環節(jie),儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)循環使用壽命(ming)和(he)投(tou)(tou)資成本(ben)成為選擇過程中最受關(guan)注的(de)(de)(de)層面。當(dang)前儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)式UPS多以鉛(qian)碳電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)和(he)鋰電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)為主,二者在使用壽命(ming)和(he)投(tou)(tou)資成本(ben)方(fang)面各(ge)有優(you)劣,實(shi)際應(ying)用情(qing)況還有待評估(gu)。與此同(tong)時,更(geng)(geng)多先進的(de)(de)(de)技(ji)術和(he)新型電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)也(ye)在不(bu)斷投(tou)(tou)入研發,用以更(geng)(geng)好的(de)(de)(de)匹配(pei)儲(chu)(chu)能(neng)(neng)(neng)式設備,輔助(zhu)數據中心朝更(geng)(geng)加高效、節(jie)能(neng)(neng)(neng)、智能(neng)(neng)(neng)化的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)發展。

4 結束語

數據中心(xin)的負(fu)載(zai)特性、運營成本、可靠性等,都給儲能(neng)(neng)式UPS帶來了(le)新的發展機遇。儲能(neng)(neng)技(ji)(ji)術是(shi)一項(xiang)將會對未來能(neng)(neng)源系統發展及(ji)運行(xing)帶來革命(ming)性變(bian)化(hua)的技(ji)(ji)術。新型高(gao)效的儲能(neng)(neng)裝置及(ji)配套設備(bei)、關鍵(jian)材料,特別是(shi)大(da)容量(liang)儲能(neng)(neng)技(ji)(ji)術與動力電池產業(ye)化(hua),降低成本等方(fang)面,仍在不(bu)斷加大(da)研制力度和示范應(ying)用。

在(zai)眾多(duo)儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)技(ji)(ji)術(shu)中,作(zuo)為(wei)技(ji)(ji)術(shu)進步最快、投資(zi)收益比最高,以鉛碳電(dian)(dian)(dian)池(chi)、鋰(li)電(dian)(dian)(dian)池(chi)等(deng)為(wei)主(zhu)導的(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)技(ji)(ji)術(shu),在(zai)安全性(xing)、能(neng)(neng)量(liang)轉換(huan)效率和經濟(ji)性(xing)等(deng)方面也(ye)(ye)均在(zai)不(bu)斷研發并(bing)取得重(zhong)大(da)突破,極具產業化(hua)應用(yong)前(qian)景。儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)式(shi)UPS作(zuo)為(wei)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)技(ji)(ji)術(shu)的(de)代(dai)表產品,具備在(zai)線(xian)(xian)式(shi)UPS的(de)全部功能(neng)(neng),并(bing)有著在(zai)線(xian)(xian)式(shi)UPS難以比擬的(de)高效率、高可靠性(xing)和低運營成本等(deng)優勢,已成為(wei)當前(qian)數(shu)據(ju)中心(xin)的(de)不(bu)二選擇。隨著各種技(ji)(ji)術(shu)不(bu)斷發展進步,一(yi)些高性(xing)能(neng)(neng)的(de)儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)還將不(bu)斷涌現,儲(chu)(chu)(chu)(chu)能(neng)(neng)式(shi)設備也(ye)(ye)會在(zai)數(shu)據(ju)中心(xin)及(ji)其(qi)他(ta)領域得到(dao)更廣(guang)泛的(de)應用(yong)。

與此(ci)同時,先控電(dian)氣也秉承綠色、節(jie)能(neng)、環保(bao)的(de)(de)(de)(de)產品理念,秉承專(zhuan)注領先的(de)(de)(de)(de)精(jing)神,以(yi)前沿的(de)(de)(de)(de)電(dian)子電(dian)路技術和放眼未來的(de)(de)(de)(de)眼光(guang),不(bu)斷地研發新型的(de)(de)(de)(de)智能(neng)節(jie)能(neng)化的(de)(de)(de)(de)儲能(neng)式產品,為用戶(hu)提供更安全、更便(bian)捷(jie)、更經濟的(de)(de)(de)(de)供電(dian)解決方案,用更優質的(de)(de)(de)(de)產品和服務來回饋客戶(hu),回饋社會!

文章編輯：CobiNet(寧波)  
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