В рубрику "Решения корпоративного класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Современные тенденции в области энергоснабжения: интенсивное развитие IT влечет повышение требований ЦОД к надежности электропитания; ИБП по-прежнему является ключевым синонимом энергобезопасности; "похороны" свинцово-кислотных АКБ снова откладываются.
Current trends in energy efficiency: IT intensive development implies DPC requirements to energy reliability; UPS is still a key synonym of energy security; "funeral" of lead/acid battery is delayed again.
В современных реалиях роста высокотехнологичных систем/бизнесов, повсеместного использования IT-технологий, в свете увеличивающегося спроса на облачные технологии требования ЦОД к надежности электроснабжения растут наряду с требованиями к надежности IT-транспорта, предоставляемого операторами. В таких условиях системы бесперебойного питания как переменного, так и постоянного тока становятся неотъемлемой частью локальных энергосистем.
Источники бесперебойного питания (ИБП) являются синонимом энергобезопасности, уменьшающей риски потерь данных серверных и ЦОД большой мощности, трафика у операторов связи, остановки работы производств и офисов. Основной составляющей любой системы бесперебойного питания является система накопления электроэнергии, которой традиционно являются аккумуляторные батареи (АКБ).
Современная тенденция импорта ИБП показывает, что вендоры и дистрибьюторы, которые, бесспорно, великолепно умеют считать деньги, все чаще склоняются к тому, что ввоз источников более рационален без АКБ. Аккумуляторы приобретаются у поставщиков уже на территории РФ, что позволяет сократить накладные расходы, увеличить гибкость систем и упростить адаптацию под нужды потребителя, особенно при работе со склада. Помимо этого, не происходит столь длительное "замораживание" оборотных средств под вторичный продукт. И как следствие отказа от "катания" АКБ через границу появляется возможность на 30% увеличить объем складских запасов основного продукта (ИБП) при тех же капиталовложениях.
Также одним из интересных трендов стало наращивание присутствия литиевых АКБ на рынке. С развитием технологии и ростом объемов производства литиевых аккумуляторных батарей ряд экспертов прогнозирует скорое вытеснение свинцово-кислотных батарей из традиционных сфер применения, включая бесперебойное питание потребителей. Но как показывает история, это не первые "похороны" свинцовых батарей, гибель технологии пророчили еще с появлением щелочных аккумуляторов, но и по сей день она живет и здравствует. Попытки литиевых аккумуляторов пошатнуть позиции свинцовых батарей на российском рынке активно начались с внедрением в бизнес тезисов первых лиц государства об "инновациях и энергоэффективности" и строительстве в Новосибирске РОСНАНО завода по выпуску литиевых АКБ.
На текущий момент каждая технология используется в своей нише и существует сравнительно небольшое количество сегментов, в которых присутствует конкуренция технологий. Выбор типа АКБ зависит от ряда ключевых параметров: режим эксплуатации, время автономии, температурный диапазон, токовая нагрузка, режим заряда, допустимый регламент обслуживания, срок эксплуатации, габариты, форм-фактор и, конечно же, стоимость. Баланс совокупности тех или иных параметров определяет выбор типа АКБ в зависимости от поставленной задачи. В большинстве случаев выбор падает на свинцово-кислотные аккумуляторы как технологию, и уже далее определяется тип: AGM, GEL, OPzV, OPzS, GroE, стартерные, тяговые и т.д.
Применительно к мобильным устройствам и системам, требовательным к массе и габаритам носителей энергии, а также к плотности энергии, безусловное лидерство занимают литиевые аккумуляторы, постепенно вытесняя более привычные никель-кадмиевые (Ni-Cd) и никель-металло-гидридные (Ni-MH) батареи. Чрезвычайно емким и перспективным направлением применения литиевых АКБ является гибридный и полностью экологичный электрический транспорт от частных автомобилей до городского общественного транспорта.
Самым спорным "притязанием" литиевых технологий является сегмент бесперебойного энергоснабжения. Одной из попыток входа в сектор стал предпринятый шаг в сторону одного из самых динамичных сегментов – в телекоммуникации – использование в качестве накопителей в системах бесперебойного питания постоянного тока на базовых станциях сетей мобильных операторов связи. На сегодняшний день проводятся тестирования в реальных условиях. Результатом тестирования будет являться заключение о возможности применения литиевых аккумуляторных батарей на сети. Успешное прохождение испытаний откроет перспективы внедрения данного типа АКБ не только на телеком-рынке, но и в любых системах бесперебойного питания. Но на данный момент это только мечты производителей литиевых аккумуляторных батарей.
И все же каковы реальные перспективы повсеместного внедрения литиевых АКБ в сегменты, традиционно занимаемые свинцово-кислотными аккумуляторными батареями? Сконцентрируем внимание на системах бесперебойного питания.
Для начала разберемся, в чем отличие характеристик этих двух типов аккумуляторных батарей.
Сразу хочется отметить, что типов литиевых АКБ существует немало, но применительно к ИБП речь пойдет о литий-железо-фосфатных аккумуляторах (LiFePO4, LFP) – сравнительно молодой, но перспективной технологии (см. таблицу).
Ориентируясь на данные, приведенные в таблице, проведем небольшой сравнительный анализ двух типов АКБ. Начнем с показателя, благодаря которому LFP-батареи рассматриваются как преимущественный тип АКБ для мобильных устройств и транспорта – это энергоемкость (стоит сразу оговориться, что у Li-ion-аккумуляторов энергоемкость выше до 20%, но потенциально LFP-батареи способны вытеснить их из сегмента). Данный параметр отражает отношение запасаемой энергии в АКБ на 1 кг массы изделия. Как можно судить по приведенным данным, значения, демонстрируемые литиевыми батареями, от 2 до 3,5 раза выше, чем у свинцово-кислотных. А это значит, что литиевые аккумуляторы значительно легче свинцовых аналогов. Также стоит отметить, что по не отраженному в данной таблице параметру – плотности энергии, то есть количеству энергии, отнесенному к объему изделия, LFP АКБ также показывают великолепные результаты. Аккумуляторные шкафы и стеллажи при использовании литиевых АКБ будут занимать значительно меньше места, а в ряде случаев позволят обойтись без мероприятий по созданию разгрузочных конструкций во избежание превышения веса на межэтажные перекрытия.
Количество циклов разряд-заряд у литиевых аккумуляторов, безусловно, выше, чем у свинцовых. Но, к сожалению, нет достоверных данных, какова остаточная емкость у АКБ после такого количества циклов, поэтому в отсутствие таковых нет базы для сравнения и получения объективных значений отношения этих показателей у рассматриваемых типов АКБ. Учитывая примечание 2, условно примем превосходство литиевых АКБ в 3–3,5 раза над свинцово-кислотными.
Ток заряда, а следовательно, и скорость заряда у LFP-батарей значительно выше. Это, конечно, неоспоримое преимущество при форсированном заряде, когда нет времени и необходимо быстро подзарядить батарею автомобиля, чтобы не провести у "электрозаправки" весь день, но для использования в ИБП это очень сомнительное преимущество. Увеличение тока заряда влечет за собой увеличение мощности зарядного устройства или количества выпрямителей в системах постоянного тока, что сказывается на стоимости и размере системы далеко не в лучшую сторону. Таким образом, для рассматриваемой нами сферы применения этот параметр как преимущество рассматривать нельзя. А вот показатель по току разряда у литиевых аккумуляторов уступает свинцово-кислотным. Для обеспечения непродолжительного времени автономии ИБП необходимы значения тока разряда около 4С, и тем более не приходится говорить о пусковых токах потребителей. Для того чтобы литиевые аккумуляторы могли выдерживать данные токовые нагрузки, их придется устанавливать с пропорциональным запасом емкости, а это необоснованные затраты.
Следующий параметр – саморазряд. Он практически одинаков для обоих типов АКБ, и для обоих типов батарей обязательно строгое соблюдение условий хранения для недопущения сокращения емкости. На температурном диапазоне отдельно останавливаться не будем, так как ИБП и переменного и постоянного тока в нормальных режимах эксплуатируются в условиях стабильного поддержания диапазона рабочих температур.
И остается один из главных, если не самый главный и решающий показатель – стоимость. И вот тут начинается наибольшее количество спекуляций и представление цены в разных "ракурсах и разрезах" для того, чтобы показать колоссальное превосходство литиевых батарей над конкурентами.
Стоимость LFP АКБ объективно выше. Причем очень значительно. Это можно оценить по приведенным в таблице данным. В таблице отражена удельная стоимость АКБ для всего диапазона емкостей и типов. Применительно к бесперебойному электроснабжению показатель для литиевых батарей останется практически неизменным, а для свинцово-кислотных сузится до диапазона 0,25–0,3 $/Вт·ч. Таким образом, в среднем свинцово-кислотные дешевле в 3,5 раза, чем литиевые. Многие сразу бросаются делать выводы, обращаясь к данным по количеству циклов, ведь циклов чуть ли не в 4 раза больше при цене в 3,5 раза выше – значит литий лучше. Ничего подобного, параметр количества циклов необходим далеко не для всех отраслей и уж тем более не является решающим для бесперебойного питания, где классические АКБ работают в буферном режиме и полное количество циклов за средний срок службы ИБП 10 лет не вырабатывают.
Возможно, литиевые аккумуляторы окажутся востребованы для электропогрузчиков, может быть, найдут свое применение в альтернативной энергетике (если, конечно, получится увеличить разрядный ток), но пока что реалии таковы – литиевые АкБ в традиционных для свинцовых батарей отраслях чувствуют себя неуверенно.
Исходя из всего вышесказанного, становится очевидно, что у литиевых батарей есть перспективы завоевания рынка и вытеснения традиционных технологий, но не повсеместно, не из всех сфер и не в полном объеме, а главное, не в ближайшие несколько лет. Основным условием более широкого распространения LFP-аккумуляторов является снижение стоимости минимум на 35%, тогда литиевые батареи станут конкурентоспособны и их параметры будут востребованы.
Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #6, 2013
Посещений: 6457
Статьи по теме
Автор
| |||
В рубрику "Решения корпоративного класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
