数据中心在中国的扩张速度可谓惊人,在其成为互联网经济发展重要基础设施的同时,“高密高电”的特性也让其获得了“吞能巨兽”的称号。这让北京,上海,广州和深圳等国内一线城市不堪重负。最终不得不通过行政命令的手段,对数据中心PUE实施严控。从1.5到1,4,再到1.3,层层加码。这一方面催生了环一线城市数据中心产业带的形成,另一方面,也使得数据中心节能技术必须有所突破。电力系统,则是其中重要的一环......那么,数据中心机房供电未来有什么新的趋势呢?

要说趋势,其实会有很多。但今天我们主要讲的是锂电池对数据中心的价值。

铅酸电池性能已不堪重负

虽然科技的进步日新月异,但是UPS作为数据中心供电稳定的最后防线,因为电池能量密度,以及成本等多方面原因,变化却不像其他硬件那样更迭迅速,材料至今都是以1859年法国人普兰特发明的铅酸为主。随着数据中心业务压力的增大,UPS可用性降低的问题日益凸显。有相关数据显示,目前数据中心负载掉电事故中,有将近30%和电池失效有关。

铅酸电池可以说是数据中心运维人员头痛又无奈的存在,其对应用场景的运营要求近乎苛刻,温度必须保持稳定;支持充放电次数少,大约只有500次左右,但必须定期放电,关键是电池的整体寿命还很短,基本上只有6年左右;充放电的速度必须适度;安全性也有要求,必须有单独的电池存放间,否则酸雾会对其他设备产生腐蚀;最后,由于体积庞大,数据中心在设计之初还必须考虑占地空间和楼板承重力。

但是随着数据中心建设的规范化,目前市电直供的稳定性已经很高,再加上数据中心本身供电系统在设计的时候也充分考虑到了冗余的问题。UPS蓄电池的使用次数逐年减少。但铅酸电池的上述特性,还必须要求运维人员定期维护,以及进行必要的充放电以激活其性能。甚至很多数据中心还为此配置了在线监测装置,以保证蓄电池组的工作状态稳定。虽然未雨绸缪值得倡导,但是因此付出的成本确实太高了。

锂电池性价比日趋上升

在这种情况下,铅酸电池已经成为了数据中心电源系统的“软肋”。具有体积小,重量轻,密度高和易用性强等特点的锂电池则逐渐走上前台。基本上,相比铅酸电池,采用锂电池的UPS能减少占用空间达50-80%,而使用寿命则长达15年以上。虽然行业内一直有观点认为,部署加入了锂电池的电源系统,建设成本会大幅度提高。但近些年来,随着锂电池在消费电子领域的快速发展,以及电动汽车行业的应用普及。其成本和5年前相比,下降了将近70%。另外,随着技术进步和国家对环保要求的提高,全国80%的中小规模铅酸蓄电池工厂关闭,而铅酸电池的必备原材料铅,价格更是一路走高。虽然目前锂电池的价格仍然是铅酸电池的2倍左右,但考虑到技术优势以及全生命周期价值,锂电池的优势仍然十分明显。且两者的价差在未来会越来越小。

更关键的是,数据中心的成本核算,不应该从单纯的建设成本出发,而更应该考虑全生命周期成本。因为建设成本往往只占系统全生命周期成本的30%,剩下的70%是运营和管理成本。施耐德电气关键电源业务部首席技术顾问石葆春认为,以铅酸电池里性能较好的胶体电池为例,目前这类电池在金融,通讯等高端用户当中应用较为广泛。备电15分钟的胶体电池,实际上和锂电池在成本上差距并不大。但锂电池可以达到8000次以上的充放电,同时还能够储能。另外,锂电池在出厂以后会自带管理系统,不需要后期人为干预维护。反观铅酸电池,在这些方面则完全处于空白。

所谓储能,其实是借助锂电池可多次快速充放电,以及高密度的特性,在市政用电波谷时段进行储电,当用电波峰来临,则将储存的电力传输给数据中心,从而降低电网的波峰压力。这一功能,无论对绿色节能还是PUE都将有较大贡献,能够同时满足政府和数据中心用户对于PUE和TCO的双重要求,相对来说,算是一个多赢局面。具体来说,储能式锂电池UPS的效率高达98%,比传统在线式UPS高出5%~10%,这使得运营成本大大降低。以一座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。

综上所述,锂电池的储能优势在消费电子和电动汽车领域已经得到了很好的验证。数据中心的高负载特性,运营成本以及可靠性需求,都给储能式锂电池UPS带来了新的发展机遇。最关键的是,国家和行业在近些年来加大了对锂电池UPS储能电源市场的投入,无论是在技术层面还是产品层面都进步显著。可以预见,锂电池在未来数据中心的发展过程当中必将一骑绝尘。

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