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　　如今，UPS在工業(yè)領(lǐng)域、通信基站、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應(yīng)用，各種高端精密設(shè)備也隨之大量增加，不僅對供電質(zhì)量提出了更高的要求，同時對供電的連續(xù)性也需要更加可靠的保障。隨著UPS市場的高速發(fā)展，UPS配套的電池需求也在日益增加，長期以來，鉛酸蓄電池一直UPS電源的標配，另一方面，而鋰電池、超級電容器、飛輪等技術(shù)和產(chǎn)品也使UPS的儲能方式發(fā)生更多的改變。

　　兆瓦時分鐘的時代到來

　　行業(yè)專家最近在LinkedIn網(wǎng)站上看到一個產(chǎn)品公告，德國Piller公司推出了一個高速小型飛輪UPS，可以在長達1分鐘的時間內(nèi)提供1兆瓦的電能，專家評論說，這似乎意味進入了"兆瓦時分鐘"的時代。

　　雖然飛輪儲能對于數(shù)據(jù)中心市場來說并不陌生，但與UPS采用傳統(tǒng)的蓄電池相比，其接受度有限。最近，鋰電池正在UPS領(lǐng)域進行推廣和應(yīng)用，許多主要的UPS制造商都在證明這一點。目前，這些UPS制造商正在推廣替代傳統(tǒng)鉛酸蓄電池的鋰電池，并希望將其作為一種長期的"行業(yè)標準".

　　飛輪UPS在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中的使用分為兩大類：一類是采用電網(wǎng)供電的大型低速重型旋轉(zhuǎn)UPS，還有采用柴油機組供電的旋轉(zhuǎn)式UPS(DRUP)。第二類是用于替代UPS蓄電池的高速直流飛輪UPS.無論有用什么類型的飛輪UPS，它們通�？梢蕴峁�15到60秒的電力支持，而其使用的空間要比鉛酸蓄電池組小得多。

　　曾有一家鉛酸蓄電池供應(yīng)商宣稱他們的UPS電池可以提供5分鐘或更短時間的應(yīng)用，這似乎很奇怪。所以人們在關(guān)于UPS備用時間的思考方面似乎有一些分歧。如今只有少數(shù)企業(yè)和托管服務(wù)提供商使用，例如杜邦Fabros技術(shù)公司(現(xiàn)被DigitalRealty公司收購)為其在美國的一些數(shù)據(jù)中心設(shè)施使用了飛輪。高速飛輪的一個主要的優(yōu)點是具有更高的功率密度(在尺寸和重量方面相比)，并且可以在非常短的時間(15至60秒)內(nèi)釋放其儲存的旋轉(zhuǎn)動能。

　　功率密度VS能量密度

　　在蓄電池選用上，目前鉛蓄電池仍然是UPS市場主流。然而大多數(shù)人應(yīng)該知道鉛蓄電池的功率密度和能量密度之間的差異。功率是一個瞬時測量值(kW)，而能量代表在一段時間(kWh)內(nèi)輸送或消耗的功率。討論蓄電池特性時，這個區(qū)別特別重要。其密度通常與其物理尺寸和重量相關(guān)。根據(jù)其設(shè)計和化學性質(zhì)，蓄電池的功率密度和能量密度并不直接相關(guān)。例如，蓄電池可能能夠在很長時間(即10小時)內(nèi)輸送大量的能量，但是在非常短的時間內(nèi)輸送大量的能量時，其放電容量將會受到更多限制(5到15分鐘)。這是鉛酸蓄電池常見的非線性放電特性，蓄電池的安時額定值(AH)通�；�于10小時C10(甚至20小時C20)的放電率。

　　但是，隨著負載電流(功率)的增加，蓄電池有效的放電容量將大大降低。在典型的數(shù)據(jù)中心UPS應(yīng)用中，一組額定容量為100AH的蓄電池的任務(wù)是將其儲存的能量放電至5小時，但可能只能提供C10額定容量的25%至30%，持續(xù)放電的時間為15分鐘或更少。例如：放電電流為120A時，可以放電0.25小時;放電電流為250A時，可以放電0.1小時，其放電直至達到其低壓截止點(通常每個2V電池標稱值將下降到大約1.75V)。其結(jié)果是在UPS關(guān)機時，蓄電池組的電壓由12V降至10.5V，以避免電池損壞。

　　隨著UPS的蓄電池電壓下降，放電容量將將進一步減少。例如：由240塊電池串聯(lián)的電池組電壓為480V，在放電時其電量降低10%，降到432V(或更低)。而為負載提供恒定功率，這導致電池組的電流消耗了10%或更多。盡管這些都是簡化的例子，但是，為了確保在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的高功率放電速率下具有足夠的放電容量，這需要更大的電池容量。而鋰電池與其相反，即使在較高的放電速率下，鋰電池電壓在負載下也將保持相對恒定，直到它們接近放電曲線的末端。另外，這個比較并不考慮鉛酸蓄電池的年限和狀況。這就是為什么在很多情況下需要將鉛酸蓄電池并聯(lián)兩組或多組的原因，就是為了最大限度地降低單組蓄電池失效的風險。

　　鋰電池的使用壽命也比傳統(tǒng)的閥控密封鉛酸蓄電池更長，而且使用溫度范圍更高，長期總擁有成本(TCO)更低，但與鉛酸蓄電池相比，其部署的前期成本更高。然而，鋰電池對于數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用來說是相對較新，人們一直在期待采用鋰電池的UPS在實際的數(shù)據(jù)中心運行條件下具備更長時間工作的性能。

　　超級電容器(Super-Cap)

　　雖然超級電容器技術(shù)已經(jīng)推出了很長一段時間，但是對于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用來說還沒有給予太多的重視，因為像飛輪UPS一樣，它只提供了相對較短的供電時間。但是，有一些全球主要UPS生產(chǎn)廠商提供超級電容作為傳統(tǒng)蓄電池的替代品。他們推出的超級電容器模塊的體積大約是7×7×35英寸。額定電壓為62V，重35*，但可以提供高達2000A的電流。它可以在比鉛酸蓄電池和鋰電池更高的溫度范圍(-40°F至+150°F)下工作，預計使用壽命超過15年，幾乎不需要人工維護。

　　盡管沒有進行成本估算，但是生產(chǎn)廠商聲稱，與相同放電容量的飛輪相比，它擁有更低的長期總擁有成本(TCO)。相比之下，傳統(tǒng)鉛酸蓄電池需要提供5分鐘的最小運行時間，至少有兩組，以確保它可靠地支持100千瓦的負載，特別是當蓄電池接近其4到5年的使用壽命周期時。超級電容器和飛輪的生產(chǎn)廠商也承諾在15年內(nèi)降低TCO，因為鉛酸蓄電池在這段時間內(nèi)需要更換和回收三次或更多次。此外，超級電容器的理念與飛輪相似，可以為備用發(fā)電機在30秒或更短的時間內(nèi)啟動負載提供電力支持。超級電容和飛輪UPS也可以用來延長使用壽命，應(yīng)對任何短期的電力異常中斷。而這些電力中斷通常會導致UPS電源頻繁切換到電池，嚴重縮短電池壽命。

　　邊緣數(shù)據(jù)中心的電源

　　過去一年，微型數(shù)據(jù)中心和邊緣數(shù)據(jù)中心得到了很多關(guān)注。預計這兩種數(shù)據(jù)中心將滿足優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備預期的本地化網(wǎng)絡(luò)流量，以及早期部署5G網(wǎng)絡(luò)的需求，此外，還需要在緊湊的布局中采用某種形式的備用電源，這將受益于更新的儲能技術(shù)。

　　電網(wǎng)級的能量存儲

　　雖然行業(yè)中一直在討論短時間的供電可以應(yīng)對電網(wǎng)停電，直到備用發(fā)電機起動開始為數(shù)據(jù)中心負荷供電，但是這種方法也可以應(yīng)用在電網(wǎng)級儲能方面，其部署將提高電網(wǎng)的峰值容量和總體可靠性。此外，這樣的方法還可以提高將太陽能和風能可持續(xù)但間歇性的能源納入其中的能力。

　　在過去的一年里，已經(jīng)有多個使用鋰電池的兆瓦級電網(wǎng)儲能的公告，以支持峰值負荷，從而最大限度地減少了天然氣發(fā)電廠的需求。

　　通用電氣公司最近宣布了一個合作項目：南加州愛迪生公司(SCE)和通用電氣公司采用了電網(wǎng)邊緣的概念，將天然氣燃氣渦輪機和電池進行整合。SCE公司開始運行兩個新的混合動力電動燃氣渦輪(EGT)機組，這兩個機組采用的是通用電氣公司安裝的渦輪機、電池和電力控制器的組合。每個機組的功率都在50兆瓦范圍內(nèi)，并配備了一組能夠提供10兆瓦時和4兆瓦時功率的蓄電池。

　　另一種正在部署的電網(wǎng)規(guī)模儲能技術(shù)是釩氧化還原液流電池，其能量儲存在流體(在兩個儲罐之間流動)中進行充電和放電。

　　中國一家公司正在使用這項技術(shù)建設(shè)一座200兆瓦的電廠。雖然這個例子是關(guān)于電網(wǎng)級能量存儲，但是在100英畝的土地上建設(shè)100MW的主機托管和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，這似乎并不是很牽強，因此可能縮短了UPS的續(xù)航時間(或者沒有使用UPS)。這個數(shù)據(jù)中心擁有自己的多兆瓦儲能系統(tǒng)，或通過能源供應(yīng)商的合作，采用其專用資源。

　　因此，雖然可靠性和可用性以及推測的"9"數(shù)量已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心文化的基礎(chǔ)，但隨著新型儲能技術(shù)的部署變得更加可靠和普遍，數(shù)據(jù)中心對于UPS的短暫運行將會變得更加可以接受。

　　結(jié)語

　　專家對2018年的數(shù)據(jù)中心預測很簡單：似乎有一些組織正在爭奪數(shù)據(jù)中心的可用性標準。因此，雖然并非所有的數(shù)據(jù)中心運營商都在為其UPS備份時間達到"兆瓦時分鐘"做好準備，但每個組織都需要根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求來提出他們的數(shù)據(jù)中心對"適用性"的要求。