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数据中心使用锂电池的优缺点

新一代IDC数据中心,锂电池备源系统

 

传统IDC数据中心,一般采用集中式UPS搭载铅酸蓄电池作为备源系统。铅酸电池,由于重量与尺寸的缘故,数据中心通常需具备强化的承载结构。同时,铅酸电池的性能特性会受温度影响,进而增加空调系统的负载。另外,铅酸电池需定期巡检以及保养更换操作,造成营运成本的增加。

近年来,分布式电源系统的出现以及锂电池备源材料不断普及,为新一代IDC数据中心备源系统提出更加安全可靠、绿色环保和智能管理的全新解决方案,在价格、能源、容量、安全与可靠性之间趋向合理平衡。根据 Bloomberg New Energy Finance 报导,截至 2025 年,锂电池解决方案将占IDC数据中心使用 UPS 市场的 40%。

 

锂电池备源系统的优势

 

锂电池具备更高的能量密度 (Wh/kg) 与更高的输出功率密度 (W/kg)。同等的能量储存容量情况下,锂电池的重量和体积为铅酸电池的三分之一左右,此优点有助于降低系统的总质量达 60-80%,降低IDC数据中心楼宇对于承重的要求。

近年来,IDC数据中心因空间限制与更高效率营运的需求,皆以增加其功率密度为主要目标。增加有效业务机柜数量,提高空间利用率也是运营人员的迫切需求。体积小巧的锂电池能减少不间断电源系统的占用空间达 50-80%。此类电池的充电时间更少且自行放电的速率更佳,可以在市电计划外中断时可扮演重要的角色。闲置时,锂电池每月只会损失约 1-2% 的电量。最重要的优势为其长效的使用寿命。铅酸电池的使用寿命只有 3 至 6 年。而锂电池能持续使用约 10 年。根据不同的化学、技术与温度,锂电池的充电效率可长达 5,000 次生命周期且免维护,而铅酸电池的平均充电效率则只有 700 次生命周期。

锂电池的整体拥有成本为10 年(数据中心 UPS 的平均使用寿命),相比之下铅酸电池少了 39%左右。分布式电源系统搭载锂电池备源,可以降低整体拥有成本,而非短期获利,可以根据客户的实际需求,按需部署,分步投资。另外,通过BMS的有效管理,能确保备源系统更优异的安全及稳定的性能。锂电池运行温度范围为-5至45摄氏度,不会损失容量,可降低冷却系统的负荷,应用场景灵活广泛。

在数据中心中一般 UPS 系统的预期寿命通常为 10-15 年。铅酸电池可使用 3-6 年,而锂电池可使用长达 10 年或甚至更久。在 UPS 系统(低于 5 年)的使用初期,大量更换为铅酸电池可证明其实用性。不过换成锂电池后,极可能到 UPS 系统使用寿命结束时锂电池还能使用。若您的不间断电源系统使用寿命接近中期,电池使用寿命可能更长,因此在大多数情况下更换电池根本毫无意义。在其使用寿命结束时,应考虑将您整套的 UPS 系统换为全新的锂电池解决方案。分布式电源系统+锂电池备源的特性,决定其方便更换,支持热插拔,能够保证在电源不间断的情况下进行系统升级。

 

 

预测及展望

 

锂电池供电的分布式电源系统,能持续降低营运成本及整体拥有成本,将逐渐成为新一代数据中心的首选备源系统。

首先,锂电池较铅酸电池来说,生命周期长期优势显著,同时,锂电池系统更加节能环保、安全可靠,针对多种应用场景,能够更加快速灵活的安装部署,满足客户各类实际需求。其次,模块化设计、分布式部署、安全可靠、提高系统寿命和空间利用率、维护升级改造简单易行也是分布式电源系统与锂电池备源的主要优势。

随着新解决方案和技术的时间出现,锂电池的材料价格也将逐渐降低,分布式电源系统以及锂电池在新一代数据中心的应用将成为未来不间断电源系统的方向和趋势。