Преимущества аккумуляторов Ni-Zn в сравнении с VRLA и Li-ion
ИБП и никель-цинковые аккумуляторы
Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи (VRLA) были рабочей лошадкой для ИБП в ЦОД долгие годы и продолжают использоваться до сих пор. Но сегодня появились технологии, которые открывают новые возможности для увеличения производительности и безопасности ЦОД и позволяют снизить совокупную стоимость владения системами резервного электропитания.
Речь идет о литий-ионных (Li-ion) и никель-цинковых (Ni-Zn) аккумуляторах. На сегодня это главные конкуренты, вытесняющие с рынка громоздкие VRLA. Аккумуляторы Li-ion широко распространены, и их плюсы известны многим. В этой статье мы поговорим о технологии Ni-Zn, которая имеет ряд преимуществ по надежности и безопасности в сравнении с VRLA и Li-ion и потенциально может стать новой «рабочей лошадкой».
Использование ИБП с никель-цинковыми батареями потенциально может снизить стоимость владения ИБП для операторов ЦОД
Преимущества аккумуляторов Ni-Zn
- Высокая плотность мощности при небольших габаритах
Использование батарей Ni-Zn позволяет существенно сэкономить площадь ЦОД – устройства имеют значительно меньший размер и вес, чем традиционные аккумуляторы VRLA. Были выполнены замеры ИБП с батареями Ni-Zn мощностью 50 кВт и сопоставимой системы с VRLA. Результаты говорят сами за себя:
- До 63 % меньше занимаемая площадь.
- До 60 % меньше нагрузка на пол.
- До 197 % выше удельная мощность по весу.
- До 194 % выше удельная мощность по объему.
- Более надежная работа
Главное требование для резервного аккумулятора в ЦОД – высокая надежность. Выход из строя аккумуляторного элемента Li-ion или VRLA приводит к разрыву цепи, из-за чего работа останавливается. А при использовании Ni-Zn слабая или истощенная ячейка батареи остается проводящей, благодаря чему система может продолжить работу.
Это превращает аварийную ситуацию в штатную замену батареи в плановом цикле обслуживания ИБП, не повлечет больших затрат и каких-либо последствий для эксплуатации. Другими словами, колонны Ni-Zn более устойчивы к дисбалансу цепей, чем другие виды аккумуляторов.
Надежность Ni-Zn также проявляется в их способности быстро заряжаться и разряжаться с сохранением термической стабильности. Это имеет большое значение для критически важных приложений, таких как резервное копирование данных в ЦОД. Для поддержания производительности Ni-Zn не требуется капельная подзарядка, что упрощает конструкцию системы и повышает энергоэффективность.
В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, батареи Ni-Zn – щелочные. Со временем они не сульфатируются – служат долго при минимальных затратах на обслуживание.
В общей сложности эти характеристики надежности снижают совокупную стоимость владения ИБП.
- Высокий уровень безопасности
Операторы ЦОД отвечают за безопасность оборудования и персонала. В отличие от VRLA никель-цинковые аккумуляторы не предполагают использование едких химикатов и не требуют регулярного технического обслуживания для поддержания работоспособности. К тому же при нормальной работе они не выделяют газ, что свойственно VRLA.
Еще один плюс в копилку аккумуляторов Ni-Zn – в отличие от конкурентов они не загораются, что подтверждено испытаниями UL 9540 Energy Storage System.
Батареи эффективно работают в широком диапазоне температур: от -40 до +43 °C. Именно поэтому операторы ЦОД, стремящиеся снизить риски возникновения пожара, переходят на Ni-Zn. Кроме того, это избавляет их от необходимости устанавливать дополнительные дорогостоящие системы вентилирования и кондиционирования воздуха, а также противопожарные решения в помещениях с ИБП.
- Экологичность
Учитывая быстрый рост числа и размеров ЦОД по всему миру, операторы вынуждены минимизировать воздействие на окружающую среду. Это причина, по которой отказываются от батарей VRLA, содержащих множество опасных материалов. При переработке VRLA степень выбросов настолько высока, что процесс их утилизации уже отнесен к одной из главных проблем загрязнения окружающей среды.
Утилизация батарей Li-ion тоже сопряжена с риском для экологии. Кроме того, они требуют дополнительных мер безопасности при транспортировке. С ними нужно обращаться осторожно, чтобы предотвратить возгорание, связанное с выделением токсичных газов.
Аккумулятор Ni-Zn экологичны, так как в их составе нет опасных кислот и газов. По данным исследования Boundless Impact Research and Analytics, они имеют самые высокие показатели безопасности с точки зрения объема выделяемых парниковых газов: 9,4 из 10.
- Снижение совокупной стоимости владения (ТСО)
Показатель ТСО для ИБП с Ni-Zn значительно ниже, чем у VRLA, за счет более длительного срока службы и упрощенного обслуживания. Преимущества по размерам и весу снижают вложения на строительство ЦОД. Из-за широкого диапазона рабочих температур ИПБ можно располагать ближе к нагрузке, одновременно снижая затраты на систему охлаждения.
По приблизительным подсчетам эти факторы снижают ТСО до 28 % в плане общего срока службы ИБП.
Недостатки
Ранее недостатком Ni-Zn считалось образование дендритов, которые в конечном счете могут повлечь короткое замыкание элемента. В последние годы эта проблема решается, в том числе, за счет использования фосфатов в электролите.
Значимым недостатком остается повышенная скорость саморазряда аккумуляторов на Ni-Zn после 30–50 циклов: такие батареи, бывшие в эксплуатации, не держат заряд так долго, как новые.
Подведем итог
Батареи Ni-Zn пока не используются в ИБП и их разработка может занять некоторое время. По всей видимости, первое время они будут дороже, чем привычные свинцово-кислотные и Li-ion аккумуляторы, хотя относительно невысокая цена на никель и цинк должна быстро сделать технологию доступной.
Потенциально они могут стать хорошим выбором для замены свинцово-кислотных и Li-ion аккумуляторов в ИБП для ЦОД. Их главные преимущества – высокая удельная мощность, меньший размер и вес, длительный срок службы и возможность работать при повышенных температурах.
Кроме того, эти батареи более безопасны при эксплуатации и экологичны. Переход на них позволит ЦОД снизить в будущем совокупную стоимость владения системами резервного электропитания.
