Батарейный шкаф UDL-R: Умная экономия энергии для дата-центров
Какие требования к аккумуляторам предъявляют современные пользователи? Независимо от того, где работает аккумулятор, в смартфоне или в массиве батарейных шкафов, резервирующих нагрузку в несколько мегаватт, пользователь заинтересован в улучшении его потребительских свойств: увеличении емкости, уменьшении веса, снижении времени заряда, увеличении срока службы, и, конечно, удешевлении. Технологическая часть этого тренда состоит в переходе от повсеместно распространенных свинцово-кислотных аккумуляторов (СКА) к литий-ионным (ЛИА). Еще в 2021 году ЛИА занимали всего 8 процентов рынка стационарных промышленных аккумуляторов в России.
Согласно обнародованным российской компанией ENERGON прогнозам рынок ЛИА будет стабильно расти, и к 2025 году их доля составит уже более 25 процентов. За счет чего это произойдет? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно разобраться в самом понятии «литий-ионные аккумуляторы», какие типы аккумуляторов оно в себя включает.
В сегменте промышленных и тяговых аккумуляторов распространенными являются литий-железо-фосфатные аккумуляторы (LFP). Плотность энергии у LFP в 3-5 раз выше (90-150 вт*ч/кг), по сравнении со СКА. Также LFP отличаются умеренной себестоимостью и высоким ресурсом. Большинство LFP поддерживают 3 тыс. циклов полного заряда-разряда и выше. LFP проще использовать для замены аккумуляторных батарей на СКА, чем литий-ионные аккумуляторы другой химии. В то же время, лидерами в сегменте литий-ионных аккумуляторов можно назвать литий-никель-марганец-кобальт-оксидные аккумуляторы (NMC), а третье место по использованию занимают продукты литий-никель-кобальт-аллюминий-оксида (NCA). Основными недостатками последней технологии является ее относительная дороговизна и сложность в производстве.
Первые промышленные литий-ионные батареи появились на российском рынке более 10 лет назад. Тем не менее, аккумуляторы на основе свинца до сих пор занимают существенно большую долю рынка, несмотря на вполне очевидные недостатки, такие как меньшую плотность энергии, и, как следствие, большее занимаемое пространство и вес.
К примеру, строительство нового дата-центра обойдется дороже, поскольку для размещения массивов СКА необходимы более прочные межэтажные перекрытия и более прочный фальшпол, чем в случае с литиевыми батареями той же емкости. Литиевые аккумуляторы экономичнее, в среднем в два раза: по весу и по занимаемой площади. Также можно сказать и о преимуществах в обслуживании. Для СКА необходимо регулярно проводить контрольно-тренировочные циклы и другие виды проверки. Как DevOps-сервис помогает «разгрузить» высоконагруженные системы BPMSoft 
В случае с ЛИА действует принцип «поставил и забыл». Контрольно-тренировочные циклы достаточно проводить всего раз в год. Всю работу по контролю состояния батарей берет на себя BMS — встроенная система управления в батарейных шкафах с ЛИА. BMS контролирует такие параметры, как напряжение и температура ячеек, обнаруживает отклонения и сообщает об ошибках.
Нужно сказать и об отличиях в скорости заряда. Если ИБП на СКА заряжается в течение 5-12 часов, то аналогичный ИБП на ЛИА — в течение одного-двух часов. Это означает, что он сможет быстрее «подхватывать» критическую нагрузку при регулярных отключениях электропитания. Наконец, отметим и более мягкие требования ЛИА в отношении температурного режима работы и наличия вентиляции. Для СКА требуются более дорогие климатические системы и промышленное кондиционирование.
Очень часто заказчики не уделяют достаточно времени подсчету и сравнению совокупной стоимости владения этих двух видов батарей. Несмотря на то, что литий-ионные аккумуляторы дороже классических свинцово-кислотных на этапе закупки, они позволяют существенно снизить операционные затраты, например, меньше потреблять электроэнергии. Благодаря встроенным средствам контроля и мониторинга батарей заказчик также оптимизирует средства на обслуживание. Литий-ионные аккумуляторы не нужно регулярно обходить и проверять вручную. В случае выхода из строя одного СКА, зачастую нужно заменять весь массив аккумуляторов. В случае с ЛИА — достаточно заменить одну вышедшую из строя ячейку. Далее встроенная система балансировки выровняет заряд между старыми и новыми ячейками. Немаловажно подчеркнуть, что средний срок службы у литиевых батарей в среднем в два раза дольше, чем у свинцовых.
Приведем конкретный пример экономии нагрузки и пространства, которую получает заказчик при использовании ЛИА. При нагрузке 300 кВт и требовании по автономии 30 минут необходимы три стеллажа СКА, либо четыре батарейных шкафа DELTA UDL-R от ENERGON. Стеллажи СКА занимают существенно большую площадь чем литий-ионные батарейные шкафы, выполненные в форм-факторе телекоммуникационных стоек. Экономия занимаемой площади при этом составит 64 процента, а веса — 65 процентов.
Расскажем поподробнее о новинке DELTA UDL-R от ENERGON. Это выпускаемый с 2022 года российский накопитель электроэнергии на базе LFP, рассчитанный на время автономии от 30 минут. Он совместим с любыми трехфазными ИБП и может выступать в качестве замены любых свинцовых аккумуляторов. BMS в UDL-R также имеет российское происхождение. UDL-R могут быть размещены на таких объектах, как предприятия первой категории надежности электроснабжения, медицинские учреждения (резервирование томографов, систем жизнеобеспечения, реанимационного оборудования), государственные и муниципальные структуры, коммерческие объекты с большим числом потребителей электроэнергии. Особая категория, где также найдут применение UDL-R — это солнечные электростанции.
Накопители DELTA UDL-R поддерживают до 512 В постоянного тока. Энергоемкость шкафа на 512 В составляет до 50 кВт*ч, и этот объем UDL-R отдает за 30 минут. Максимальная постоянная разрядная мощность составляет 100 кВт. Количество циклов заряда-разряда при глубине разряда более 100 процентов составляет 3 тысячи, что равноценно 15-летней службе.
При разработке UDL-R специалисты ENERGON особое внимание уделили безопасности. В нем имеется встроенный автоматический выключатель постоянного тока. Автомат защищает силовую часть от короткого замыкания, а защиту от перегрева и глубокого разряда осуществляет BMS. Для построения самых энергоемких решений (до 400 кВт), можно объединять до восьми UDL-R в одну параллель. Для мониторинга работы таких массивов применяется встроенный инструмент с веб-интерфейсом, а все, что необходимо для его работы — это Wi-Fi соединение. Если потребуется полноценная диагностика, ее также можно провести беспроводным способом с помощью специального бесплатного ПО.
Скажем несколько слов о конструкции DELTA UDL-R. Устройство представляет собой батарейный шкаф, оформленный в виде стандартной 19-дюймовой стойки. Внутри шкафа находятся батарейные модули с литий-ионными ячейками, 16 ячеек в каждом. Емкость одного батарейного модуля 100 А*ч/5 кВт*ч, напряжение 51,2 В. Внутри каждого модуля имеется собственная BMS, которая собирает данные о его работе и передает в управляющую CBMS. Последняя представляет собой встроенный модуль, который следит уже за состоянием всего шкафа. При построении массивов используется один шкаф типа master, в нем дополнительно имеется BMS верхнего уровня — управляющий GBMS-модуль с дисплеем. Модуль GBMS также выводит информацию во внешние SCADA-системы.
Нахождение ЛИА в режиме постоянного заряда пагубно влияет на литий, в отличие от свинца. Поэтому управляющая система UDL-R не позволяет батареям находиться в таком состоянии в режиме 24/7. Но при этом постоянного контакта с зарядным устройством не требуется. Поэтому UDL-R способны заменить любые свинцово-кислотные решения и совместимы с любыми ИБП. В этом случае можно ограничиться шкафами типа slave, что позволит существенно оптимизировать бюджет. Разумеется, доступен и активный режим, когда шкафом UDL-R управляет источник бесперебойного питания по коммуникационному протоколу.
В заключение следует отметить, что DELTA UDL-R — полностью российское решение, которое производится на территории нашей страны. Разработчик (ENERGON) предоставляет набор всех необходимых комплектующих и запчастей. Срок поставки UDL-R «под ключ», по словам разработчиков, составляет 12 недель.
