科華FR-UK1110長效機工頻機10KVA
信息時代的來臨,數據 大規模的建設,計算機和大量通信設備飛速發展,不間斷電源系統作為滿足數據 供電質量的 部分被用戶重點關注。其中蓄電池又是整個供電系統中 重要的組成之一,是整個供電系統的“ 后一道屏障”。但是目前數據中 備用電池普遍選用浮充備用型電池,電池容量與體積大、功率低、成本高、一致性差、壽命短,已成為制約綠色數據 發展的一大障礙。
調峰系統每天完成1個充放電循環,即完成在低電價區蓄電(電池充電)、高電價區放電的過程;可通過電價差實現盈利。
鉛酸蓄電池是工業化 早的二次電池，自1859年發明至今已經有150多年的歷史，但是該產業的發展仍然方興未艾。鉛酸蓄電池是化學電池中市場份額 大、使用范圍 廣的電池，特別是在起動和大型儲能等應用領域，在較長時間尚難以被其他新型電池替代。鉛酸蓄電池價格較低，具有技術成熟、高低溫性能優異、穩定可靠、 資源再利用性好等比較優勢，市場競爭優勢明顯。相對于其他電池金屬材料，鉛資源比較豐富，鉛儲量和再生鉛保證鉛酸蓄電池產業可持續發展的年限相對較長，鉛酸蓄電池大量應用，較長時間內不會造成鉛資源短缺。鉛酸蓄電池不足之處在于：能量密度偏低、循環壽命偏短，主要原材料鉛是一類有毒物質，電池生產和再生鉛加工過程中存在鉛污染風險，管理不善可能會對環境和人體 造成危害。隨著新技術的突破和新結構的應用，鉛碳電池、雙極性電池、非鉛板柵電池等先進鉛酸蓄電池的不斷問世，改變了質量能量比偏低、循環壽命較短等不足，并且隨著法規制度的逐步健全和管理水平的提升，鉛污染的風險也可防可控。為鉛酸蓄電池產業的持續發展注入了新的活力。在未來，鉛酸蓄電池仍將在備用電源、儲能、起動、動力等應用領域發揮重要的作用。
(1)鉛酸蓄電池的比較優勢
①性能比較優勢目前，大規模產業化的二次電池主要有鉛酸蓄電池、鎘鎳電池、氫鎳電池和鋰離子電池。鎘鎳電池含有劇毒元素鎘，已逐步被其他電池所替代。目前，市場上應用 廣泛的電池為鉛酸蓄電池、鋰離子電池和氫鎳電池。相較于其他二次電池，鉛酸蓄電池主要有以下性能比較優勢：A、實現工業化生產的時間 長、技術 成熟的電池，性能穩定、可靠，適用性好;B、采用稀 酸作電解液，無可燃性，電池采用常壓或低壓設計，安全 好;C、工作電壓較高、工作溫度范圍較寬，適用于混合電動車(HEV)等高倍率放電應用;D、能浮充電使用，淺充淺放電性能優異，適用于不間斷電源(UPS)、新能源儲能、電網削峰填谷等領域;E、大容量電池技術成熟，能制成數千安時的電池，為大規模儲能提供了便利。
②成本比較優勢鉛酸蓄電池是 廉價的二次電池，單位能量的價格是鋰離子電池或氫鎳電池的1/3左右。此外，鉛酸蓄電池的主要成分為鉛和鉛的化合物，鉛含量高達電池總質量的60%以上，廢舊電池的殘值較高，回收價格超過新電池的30%，因此鉛酸蓄電池的綜合成本更低。
③再生利用比較優勢鉛酸蓄電池組成簡單，再生技術成熟，回收價值高，是 容易實現回收和再生利用的電池。全球再生鉛產量已經超過原生鉛產量，美國廢鉛酸蓄電池鉛的再利用率已超過98.5%， 廢鉛酸蓄電池的再利用率也達到90%以上。鎘鎳電池、氫鎳電池、鋰離子電池多為小型電池，且組成復雜，再生成本高，回收難度大，再生產業難以實現市場化運營。目前，前述電池全球的平均回收比例不足20%，特別是鋰離子電池，多數 尚未實現有效回收和再生。
(2)鉛酸蓄電池的不足
①能量密度偏低傳統的鉛酸蓄電池質量和體積能量密度偏低，能量密度只有為鋰離子電池的1/3左右，氫鎳電池的1/2左右，并且體積較大，不適宜在質量輕、體積小的場合使用。未來，鉛酸蓄電池能量密度仍有較大的提高空間，尤其是泡沫碳等采用新材料、新技術的鉛酸蓄電池。
②循環壽命偏短傳統鉛酸蓄電池循環壽命較短，理論循環次數為鋰離子電池1/3左右。鉛酸蓄電池的循環壽命提高的空間仍然比較大，特別是新材料、新結構和新技術的鉛酸蓄電池，如雙極性鉛酸蓄電池、鉛碳電池等。
③產業鏈存在鉛污染風險鉛是鉛酸蓄電池的主要原材料，鉛占電池質量的60%以上，全球鉛酸蓄電池的用鉛量占總用鉛量的80%以上。鉛為重金屬，鉛酸蓄電池制造產業鏈(包括原生鉛冶煉、電池制造、電池回收、再生鉛冶煉)存在較高的鉛污染風險，管理不善會對環境造成污染和對人體 產生危害。
4、鉛酸蓄電池與環保鉛酸蓄電池制造是用鉛的主要行業，其產業鏈在原生鉛冶煉、蓄電池生產、廢舊蓄電池回收、再生鉛冶煉存在鉛污染風險，但是該產業鏈全過程的鉛污染可以實現有效控制。鉛污染防治的技術較為成熟，國外已有成套有關原生鉛和再生鉛冶煉的技術和設備可以提供，國內的鉛冶煉技術基本成熟，包括鉛酸蓄電池制造在內，只要按規范配置先進的環保設備，環保設備正常運行，基本不會造成鉛污染事件的發生。在鉛酸蓄電池制造領域，先進的清潔化、自動化、機械化生產裝備，以及先進的環保技術與裝備，得到了廣泛的應用，使得鉛煙鉛塵、水中鉛化合物得到有效處理，鉛污染得到有效控制。先進生產工藝有：一爐多機板柵鑄造工藝、鉛錠冷切技術、自動化包片與刷片、內化成工藝等。先進環保工藝有：高效脈沖式鉛塵處理器、多級濕式鉛煙處理器、堿霧噴淋式酸霧處理器、廢水中水回用系統等。過去 頻繁發生的鉛污染事件主要是由于相關法規、政策不夠完善和全過程管理不足造成的。主要表現在五個方面：一是冶煉廠之間的無序競爭，特別是小冶煉、非法冶煉廠為了以低價爭奪市場，采用土法冶煉的方法，無環保設施或設施運行不正常;甚至也有一些大冶煉廠為了降低成本，存在環保治理不規范的現象，造成原生鉛企業污染事件的發生。二是鉛酸蓄電池制造業小廠數量眾多，其生產裝備落后，無法配置齊全和先進的環保設備和衛生防護設施，不利于環境保護和資源利用。三是鉛酸蓄電池回收 處于無組織回收狀態，這是造成鉛、酸污染的重要環節。四是廢舊蓄電池大量流向小型再生鉛廠，因環節管理失控，造成經常性環境污染事件的發生。五是動力鉛酸蓄電池存在鎘污染風險。美國也是 鉛酸蓄電池生產大國之一，年用鉛200多萬噸，由于法規健全、控制鉛污染的措施得力，實現了鉛使用的閉路循環，從原生鉛冶煉、電池制造、再生鉛冶煉實施“從生到死”的跟蹤，生產者、運輸者、運營者、產品擁有者以及各級政府“共同各自承擔責任”，使鉛酸蓄電池產業鏈的鉛污染得到了有效控制。近年來，隨著國內相關法規和行業政策規范的逐步頒布和嚴格執行，鉛酸蓄電池企業環保意識的逐漸增強，污染治理技術的不斷進步，行業主要企業的鉛污染也已得到有效防治。
1 數據 備電解決方案
(1)數據 高倍率電池的應用
數據 用蓄電池同傳統通信類電池相比,更加側重于大倍率短時間放電,行業內數據 產品主要圍繞備電時間由小時級向分鐘級發展,備電產品具有以下特點:
①高功率:同倍率可以放出更多的容量,短時間功率性能更出色。15分鐘率可以放出50%以上的電量,相當于普通電池1小時率放出的電量。這類電池設計時,主要通過降低電池內阻、減小各環節壓降、減緩電池極化、提高活性物質利用率。其中電池內阻包括板柵內阻、鉛膏內阻、板柵與鉛膏的界面阻抗、隔膜電阻、電解液電阻等;電池極化與極板表面積、隔板厚度、極群極間距等因素相關;活性物質利用率與極板厚度、電解液濃度等因素有關。
②高安全 :安全 是數據 不容忽視的問題,整個供電系統要求蓄電池大電流充放電使用時,電池模塊不能過熱,不得出現端子過熱、塌陷和密封膠融化現象,電池內部連接件需經過驗證測試,確保滿足載流量要求。另外,一般蓄電池容易出現的殼體鼓脹、漏液等問題,該場景產品需有針對性解決措施應對,防止漏液現象,實現高安全 、高穩定性。
③長壽命:普通蓄電池壽命短,失效過快,高倍率電池產品在板柵合金、鉛膏配方、高性能隔膜、高強度殼體材料、電池結構等方面技術手段優化,蓄電池設計壽命提升至15年以上。
④高一致性:數據 供電系統一般電壓等級均在240V以上,如此高的電壓需要多節蓄電池串聯來實現,高倍率電池的性能除了由設計因素決定外,還與制造過程一致性控制有較大關系,高倍率電池產品的自動化程度高于普通產品,各環節實現機械化、精細化生產,產品的各部件的精度得到大幅度的提升,產品的一致性可提高50%以上。
(2)鋰電高壓直流系統的應用
隨著技術的不斷改進,鋰離子電池的安全 不斷提高,成本不斷的下降,可用性及經濟性不斷地增強,鋰離子電池備電系統正在迅速成為解決數據 備電問題的常用方案,其特點包括:
①智能化 控
BMS系統統一管理,實現智能化電池管理;
②能量轉化率高
采用小容量系統即可滿足大電流放電需求;
③節能減排
同樣的負載,該系統可有效降低系統容量配置;
④安裝維護方便
采用并聯的接線方式,系統擴容方便,無需單獨建設電池房,與主設備零距離接觸,節約綜合建設運營成本20%以上。
(3)儲能+備電服務的應用
中國數據 節能技術委員會數據顯示,2016年中國數據 總耗電量超過1108億千瓦時,2017年達到1200～1300億千瓦時,這個數字超過了三峽大壩2017年全年發電量(976.05億千瓦時)和葛洲壩電廠發電量(2017年葛洲壩電廠發電量190.5億千瓦時)之和。IDC業務成本中,電費成本占到約50%,逐年折舊后依舊約占總成本的30%。降低運營電費是降低IDC年運營成本的關鍵。數據中心采用儲能+備電服務的運行方案,以數據 用鉛炭電池組作為儲能電源,由單純地提供產品向提供儲能+備電服務轉變,實現了IDC領域的削峰填谷儲能應用,可以實現節能減排、降低企業電力生產費用的目的,開辟了一個穩健和更富有潛力的市場。
圖1給出了配置儲能系統與不配置儲能系統的電網電力需求。
以江蘇省為例,儲能系統的充放電時段:在谷區時段利用低電價充電,而在峰區(或尖峰)時段儲能系統放電,減少其間的電網用電量,不僅可以降低電網在高峰時段的用電壓力,而且企業可以利用峰谷電價差降低電費支出,從而獲得收益,收回儲能系統的項目投資。表1為江蘇省工業用電峰谷分時銷售電價表。圖2為系統運行階段峰谷電價示意圖。表2進一步給出了備電系統運行模式,利用谷電、平電和峰電時段的電價差,設置備電系統的運行模式,以取得更大的經濟效益。
儲能+備電方式同傳統備電相比,初始投入略高。但從投資回報角度考慮,采用數據中心儲能+備電的方式,利用削峰填谷可實現壽命期內盈利的目的。儲能系統服務年限越長,經濟效益越可觀。
2 結束語
互聯網技術的應用與快速發展,云計算、云存儲、大數據等相關新型互聯網業務規模與日俱增,數據 進入規模化建設階段。需要我們積極探索,發現不斷增長的能源新世界。本文分別介紹了數據 高倍率鉛酸蓄性能特點、數據 高壓直流鋰電的應用、數據 儲能+備電的應用模式。基于以上產品具備的高倍率、高安全 、高一致性、長壽命、智能化集中 控、安裝維護方便、高性價比、節能減排,必將成為未來IDC、UPS系統后備電源的主要解決方案之一。