精卫蓄电池6-GFM-65-YT参考配置规格
产生上面问题的原因是电池以前是处于一种被动工作的后备的角色和定位,如果换一种思路,将电池定位成主动工作的储能的角色,Zui终发现情况完全不一样了。让电池主动工作,使电池从一个使用机会很少的消耗品变成频繁工作的利润来源或者是平衡电网的一个利器,电池的价值就会得到极大的发挥。
大型数据中心里面,UPS供配电系统的耗电量是非常惊人的。如果搭建两条1250kW的UPS母线,支撑1000kW的IT负荷,加上UPS系统的损耗,10年下来总计电量为9200万度电。中国的很多城市采用峰谷电价计费模式,思考一下,如果把电池定位成一个分布式的储能系统,控制电池根据峰谷计费的时段,进行主动的充电和主动的放电,利用电价差进行套利,情况会怎么样呢?
一般来讲峰谷电价差大约是1.1元/kWh,传统的12V100Ah的铅酸蓄电池,它所储存的电能大致是1.2kWh,如果每天进行2次充放电,刨除我们预留的20%～30%的容量以及考虑充放电效率,会发现每只电池每天能够挣到0.75×2=1.5(元),一年挣到550元,一只12V/100Ah铅酸蓄电池采购成本大约1000元,即两年即可收回电池成本。
那么储能定位带来的另外一个功能就是扛峰(削峰)的功能(图5)。对于大型的数据中心(特别是ColoIDC),从设计师和用户的角度,希望申请到一台电网变压器,能够尽力的发挥变压器的容量,让它能够带更多的IT负载,可以卖出更多的机柜,可以挣到更多的钱,这样的话,这个数据中心的商业模式才更加成功。怎样才能够让一个2500kVA的变压器能够带更多的负载呢?很明显就是要提高负载率。但是IT负载它不是一条直线,它是一条曲线,根据不同类型的应用,峰峰值在5%～20%之间。如果设计负载率太高,当IT在峰值的这一点的时候,就会超过变压器的容量,也就是过载。这个是不被允许的。
思考一下,在IT负载的峰值的时候,可否用电池储存的能量来为超出变压器能力的这一块峰值负荷供电,这样变压器就不会过载了。其实这就要求UPS有这么一个功能,叫做扛峰的功能,它可以同时从电网吸收能量,加上电池组储存的能量,一起给逆变器供电,来带IT负载。有了扛峰这个功能就可以真正的提高变压器的负载率,同时又不用担心过载。对于IDC数据中心来讲,是非常重要而实用的一个功能。
传统的被动的后备工作模式下,电池每年工作2次每次放电1min,加上每半年一次的对电池的维护充放电的操作,一年下来电池的充放电次数平均不超过10次。但是如果进行主动的储能工作模式,峰谷电价套利和扛峰运行,给电池带来了新的问题,即电池的循环次数大大提高,每年要求500～1000次循环次数,10年运行期内,共计5000～10000次循环。
传统的铅酸电池的循环寿命只有500～800次,远远满足不了这个要求。因此,必然的,从2010年起,锂电池开始进入数据中心。只有锂电池才能够满足这种主动的储能工作模式的循环寿命要求。
目前锂电池的循环寿命可以达到7000～1万次,宁德时代Zui新的锂电池理论上的循环寿命达到了15000次。如果按照每年1000次的放电循环的话,我们会发现锂电池也可以用到十年以上,跟UPS主机的使用寿命相匹配了,再也不用每3～5年更换一次电池了。
锂电池不单单是具有更长的循环寿命,可以将UPS系统带入崭新的分布式储能定位,锂电池与铅酸电池比,还具有如下优点:体积为1/3,重量为1/3,理论日历寿命15年(匹配UPS生命),内置BMS电池管理系统(不需要人工维护管理),适合0～50℃环境温度,1C快速充电,全生命周期TCO降低30%等。随着新能源电动汽车、储能等的驱动,锂电池初期采购成本进一步降低,会加速进入数据中心。
为了使得电池具有主动的储能工作的能力,UPS主机的设计和功能也必须进行改变。比如说它应该具有主动控制的峰谷电价充放电的工作模式。比如,它应该具有让电网和电池的能量同时加起来给逆变器供电的这种扛峰的功能。另外,为了能够对锂电池快速回冲,UPS还必须具有大功率的充电功能。传统的三相大功率UPS的充电能力是10%～20%,而新型的能够兼容锂电池的三相UPS的充电功率可以达到35%～80%。
如果UPS不做出这些硬件和软件控制上的改进,当然它也能够跟锂电池进行配合工作,只不过它是把锂电池当成了普通的铅酸电池来使用,根本没有发挥锂电池这种主动的储能的工作模式带来的好处。
需要高度注意的是,今天的用户即使不采用锂电池,也应该采购具有兼容锂电池的UPS主机(35%～80%充电能力、峰谷电价套利功能、扛峰功能),否则用户在接下来的10年时间中都会被套在注定竞争力越来越弱的铅酸蓄电池上面。
模块化、类模块化技术-单相和三相功率模块
三相UPS电源的第四个发展趋势是模块化和类模块化架构的应用。大型数据中心一般要搭建多条大功率UPS供配电系统,比如说搭建多条1500kW的UPS母线,传统的方案是采用多台UPS并机,比如说3台500kW或者是四台500kW的并联。如图6所示,UPS主机的外围需要大量的配电柜、内置每台UPS的输入输出旁路等的断路器,并通过多条交直流电缆将配电柜、电池开关柜和UPS主机进行连接。这是非常典型的传统的多台并机的大功率UPS系统。
这种系统操作起来是非常复杂的,因为断路器非常多,而且有操作顺序的要求。新型的模块化和类模块化的UPS供配电系统,彻底地改变了这种复杂状态。如图6所示,一套大功率的模块化UPS供配电系统,每一个UPS功率柜是250kW,根据功率的需求,可以用多个250kW的功率柜进行并联,而且可以共用一个大功率静态旁路柜来提高整个系统的可用性。我们可以看到在UPS主机的外围只需要少量的输入输出配电柜和交直流电缆,因为250kW的功率柜之间都是采用铜母排进行连接的,用铜母排取代了电缆,250kW功率柜的内部都有自动控制的接触器,取代了人工操作的外围的断路器。
因此新型的模块化大功率的UPS的并机系统,由于采用了这种柜体间铜母排连接和内置接触器的模块化和类模块化的轻预制化架构,大大的简化了整个UPS供配电系统,操作维护简单,降低了人为的故障,提高了可用性。模块化类模块化架构,还可以降低制造采购和维护成本,降低维修时间,提高可用性。
对于大功率的UPS供配电系统来讲,采用的功率模块更倾向于单相模块,每相功率较大,这样可以降低并联的节点数,降低并联环流,提高可用性,例如250kW的功率柜,内部是6个42kW单相模块,两两并联,分别形成ABC相,一共3个并联点,每个是2模块并联。但如果采用5个50kW三相模块并联,就有3个并联点,每个是5模块并联,复杂程度增加,环流增加,可用性降低。
对于中等功率的UPS系统来讲,由于功率不大(<200kW),需要并联的模块数不多,更多的还是采用三相功率模块。施耐德在Zui新的VS系列UPS系统里面采用了50kW的三相功率模块,可以看到由于采用了混合三电平的逆变器,功率模块的效率达到了97.5%,只有3U安装高度,重量低至38kg,一个人就可以进行更换。