Важливість вибору правильної батареї для систем безперебійного живлення

Лютий 2020 від Enersys

Сучасні центри обробки даних залежать від систем безперебійного живлення (ДБЖ), щоб забезпечити чисте, безперервне живлення протягом усього терміну експлуатації сайту. Поки мережеве живлення доступне, ASI захищає конфіденційну інформаційно-комунікаційну технологію (ІКТ) в центрах обробки даних від електричних шумів та інших збоїв живлення, які можуть статися на вхідному потоці. У разі виходу з ладу акумулятор ДБЖ негайно бере на себе та використовує накопичену енергію для задоволення споживання, доки відновлюється електропостачання, не запускається генераторна установка або центральні системи. Дані можна безпечно деактивувати.

Здатність акумулятора ДБЖ ефективно та надійно накопичувати енергію під час нормальної роботи, щоб вона була негайно доступною у випадку відключення живлення, є критично важливою для безпеки центрів обробки даних. Марк Кофлін, менеджер із застосувань стаціонарних акумуляторів в EnerSys®, пропонує оновлення про ключові технології акумуляторів, доступні в даний час для інформування ділових та технічних спеціалістів, відповідальних за вибір акумуляторів.

Стаття починається з вивчення впливу розвитку центрів обробки даних на батареї. Потім він проводить порівняння між свинцево-кислотними акумуляторами, які в основному використовуються в центрах обробки даних, та альтернативними технологіями, зокрема іон-літієм (Li-ion), який останніми роками привертає все більший інтерес. Нарешті, досліджується, чому операторам центрів обробки даних слід розглянути найсучаснішу технологію Thine Plate Pure Lead (TPPL) для оптимізації роботи своїх ДБЖ та систем живлення.

Еволюція центрів обробки даних

Сучасні дата-центри стикаються зі збільшенням відключень електроенергії та коливаннями мережі через посилену урбанізацію та попит. У той же час вони стають все більш затребуваними завдяки переходу на багатокористувацькі послуги хостингу та збільшенню вимог до ємності. Ці фактори збільшують потребу в передових технологіях та надійному електроживленні.

На акумулятори ДБЖ також безпосередньо впливає скорочений час роботи, який зазвичай становить від 30 секунд до 5 хвилин, порівняно з історичним середнім значенням, яке становить приблизно 15 хвилин. Це зменшення пояснюється меншим часом, необхідним для запуску генераторів та перемикання навантажень. Також бажаний швидший час зарядки, щоб батареї могли краще справлятися з перебоями в електромережі.

Енергоефективність стала основною проблемою для всіх центрів обробки даних не тільки через фінансові наслідки масштабних операцій та зростання енергетичних витрат, але також через тиск з боку зацікавлених сторін та законодавство на користь ефективної політики щодо зменшення вуглецю слід. Занепокоєння щодо енергетичних витрат та доступності енергоресурсів стимулює все більший інтерес до використання акумуляторів ДБЖ для накопичення енергії з метою отримання додаткового доходу. Наприклад, у програмах твердотільної частотної відповіді центри обробки даних у Великобританії можуть перерозподіляти заряд акумулятора в національній мережі. Також можна використовувати акумулятори для відсікання, що зменшує витрати енергії на центр обробки даних, підтримуючи навантаження, коли ціна на електроенергію висока, а потім підзаряджаючи акумулятор, коли електроенергія дешевша.

Такі стратегії можуть забезпечити значну економію витрат і принести гроші шляхом перерозподілу електроенергії по всій мережі. Однак, батареї повинні працювати довше п'яти хвилин, як правило, необхідних для ДБЖ. В даний час лише кілька сайтів застосовують цю стратегію. Однак такі виробники, як EnerSys®, провели тести на батареях, які підтримують ці програми.

Акумуляторні технології та тенденції

Однак порівняння літій-іонних акумуляторів із традиційними VRLA підкреслює деякі проблеми на додаток до їх переваг. Тому ми показуємо, як технологія TPPL, передова техніка в свинцево-кислотній хімії, пропонує ряд переваг перед традиційними батареями VRLA. Незважаючи на історичне зниження вартості, ціна літій-іонних акумуляторів залишається бар'єром для багатьох користувачів. Враховуючи ціни, що залежать від багатьох факторів, включаючи обсяги закупівлі та точну хімію, яка використовується, літій-іон в даний час набагато дорожчий, ніж свинцево-кислотний. Крім того, хоча економія місця може бути значною в центрах обробки даних, пропозиція літій-іонних батарей із меншою вагою рідко є критичним фактором. Подібним чином, висока циклічна ємність Li-ion не є визначальним фактором у програмах ДБЖ, де акумулятори плавають більшу частину часу майже у повному стані заряду.

Хоча будь-який літій-іонний розчин, на відміну від свинцево-кислотного, вважається безпечною технологією, повинен включати систему управління акумулятором (BMS), що забезпечує безпечну зарядку та розрядку. Це ускладнює ситуацію та вимагає від користувачів широких знань літій-іонної технології. Однак система BMS забезпечує вбудовану діагностику, яка визначає більшість проблем і дозволяє мінімальне технічне обслуговування.

Крім того, повинен бути врахований MTBF (середній час між відмовами) електронних компонентів, який враховується при розрахунку тривалості життя літій-іонних акумуляторів. Хоча рекламований термін служби становить 15 років, термін корисного використання в галузі не доведений. Для порівняння, вдосконалена технологія TPPL з номінальним терміном служби понад 12 років забезпечує реальний термін служби від восьми до десяти років, тоді як традиційні батареї VRLA з номінальним терміном служби 10 років забезпечують фактичний термін служби від п’яти до шести років.

Крім того, вдосконалена технологія TPPL зменшує вразливість центрів обробки даних до багаторазових відключень електроенергії, з дуже коротким часом перезарядки та скороченням часу, необхідного для наступного циклу. Наприклад, при струмі заряду 0,4C10 A за допомогою методу швидкого заряду, TPPL можна повністю зарядити, після однохвилинного розряду при 1,6 В/елемент, за 2,5 години, і готовий до наступного циклу за 22 хвилини.

Витрати на заміну батареї також зменшуються через низькі показники внутрішньої корозії, що може збільшити час автономної роботи на 25% порівняно з традиційними VRLA. Крім того, час зберігання збільшується з шести до 24 місяців завдяки низькій швидкості саморозряду. Сьогодні передова технологія TPPL використовується у багатьох складних критичних програмах. Користувачі ЦОД можуть скористатися технологією TPPL з батареями XE DataSafe®, спеціально розробленими для додатків ДБЖ. Вони підтримують резервне копіювання менше п’яти хвилин, пропонуючи всі функції TPPL, згадані вище.

А як щодо майбутнього ?

Очікується, що свинцево-кислотна технологія буде домінувати на ринку протягом найближчих кількох років, хоча проекти попиту та ніші, придатні для Li-ion, будуть продовжувати зростати. Зокрема, додатки, що вимагають великої їзди на велосипеді, будуть шукати вдосконалені рішення TPPL або Li-ion.

Залежно від програми, Li-ion може бути найкращим типом акумулятора. Однак перед тим, як вибрати технологію Li-ion для конкретного застосування, слід повністю врахувати вимоги. Ми повинні оцінити загальну вартість володіння, з перевагами та недоліками Li-ion порівняно з іншими доступними технологіями, включаючи TPPL.

Незалежно від обраної технології, системи моніторингу батареї стануть дедалі популярнішими завдяки видимості стану батареї та передбачуваним можливостям технічного обслуговування, які вони надають. Програми ДБЖ також будуть інтегровані у все більш поширене середовище Інтернету речей (IoT), що зробить їх помітними у більшій інфраструктурі ЦОД.

Важливість вибору правильної батареї для систем безперебійного живлення -