Свинцовые аргументы против моды на литий

О растущей среди операторов ЦОДов популярности литий-ионных аккумуляторов говорят цифры. В 2021 г. эксперты Frost &Sullivan прогнозировали, что соответствующий рынок по показателю совокупной выручки в 2025 г. достигнет почти $1,4 млрд. Если в 2020 г. доля использования «лития» была невысока и составляла 15%, то к 2025 г. ожидается ее увеличение до 40%. 

Стоит отметить, что индустрия ЦОДов не главный потребитель литий-ионных аккумуляторов. 80% спроса (300 ГВт∙ч в мощностном эквиваленте) в 2021 г. пришлось на электротранспорт.

Свинцово-кислотным аккумуляторам эксперты предсказывают печальное будущее. Если от темпов прироста числа литий-ионных аккумуляторов в дата-центрах ожидают стабильную положительную динамику, то аналогичному показателю объемов «свинца» прогнозируют постепенный спад. 

Казалось бы, шансов у свинцово-кислотных батарей нет – они постепенно вытесняются технологичным литием. Но есть некоторые обстоятельства, позволяющие говорить, что слухи о смерти «свинца» пока еще сильно преувеличены.

Литий-ионные аккумуляторы не случайно приобрели популярность у операторов ЦОДов. Они обладают отличительными свойствами, которые особенно актуальны для дата-центров. 

Более высокая, нежели у других батарей, энергетическая плотность (большее количество энергии на единицу объема) позволяет экономить место для хранения. Длительный срок службы дает возможность реже заменять батареи. Так во всяком случае утверждают производители и маркетологи. На практике еще слишком рано говорить о большем сроке службы. Быстрая зарядка помогает оптимизировать время, необходимое для перезаряжания в случае отключения электричества. Технологическая устойчивость обеспечивает экономию на обслуживании. 

Но у «лития» есть и целый ряд существенных недостатков. Стоимость в большинстве случаев заметно выше, чем у аккумуляторов других типов. Они дороги в утилизации, а процесса полной переработки старых батарей как такового не существует. В России процесс утилизации литиевых батарей пока не налажен.

Самое главное – литий-ионные батареи небезопасны в пожарном отношении. Недолжное обращение при эксплуатации и хранении, перегрузка, неправильная зарядка могут привести к возгоранию батареи. А при таком возгорании возможен взрыв, что может повлечь за собой тяжелые последствия. Горение литий-ионного аккумулятора с трудом поддается тушению, поскольку при этом выделяются горючие вещества, а также может выделяться кислород, который необходим для горения.

На этом фоне традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы выглядят более привлекательно. В их пользу в первую очередь говорит многолетний безаварийный опыт эксплуатации во множестве дата-центров. Рынок таких батарей весьма широк – их производит множество компаний, в том числе российских, что крайне важно сегодня. В автомобилях и других агрегатах с двигателями внутреннего сгорания применяются классические свинцовые АКБ.

Есть и другие аргументы «за»: дешевизна (свинцовые аккумуляторы заметно дешевле литий-ионных); простота обслуживания, которое могут провести специалисты в большинстве ЦОДов; способность выдавать большие токи разряда, позволяющие применять «свинец» в задачах большой мощности. 

Естественно, у свинцово-кислотных батарей есть и минусы: серьезные габариты, обусловленные сравнительно небольшой энергетической плотностью; большой вес; ограниченный срок службы, из-за которого «свинец» нужно заменять в среднем через 8–10 лет. (Как правило, свинцово-кислотные АКБ заменяют через пять лет эксплуатации. – Прим. ред.)

Свинцово-кислотные аккумуляторы подвержены сульфатации, которая может возникнуть при несоблюдении регламентов обслуживания. В этом случае срок службы и емкость батареи могут существенно сократиться. Также на срок службы влияют и температурные параметры.

Рекомендованный температурный режим для свинцово-кислотных аккумуляторов находится в диапазоне от +10 до +30℃. Эксплуатация в условиях повышенной температуры сокращает срок службы аккумуляторов, а использование при пониженной температуре снижает разрядную емкость.

Наконец, серьезным недостатком свинцово-кислотных батарей является их экологический профиль. Токсичные свинец и серная кислота могут нанести вред окружающей среде, они требуют специальной утилизации, а персонал при обслуживании аккумуляторов должен соблюдать строгие правила безопасности. С другой стороны, они подлежат переработке, что в значительной степени нивелирует токсичность. 

В сентябре 2016 г. компания Samsung приостановила продажи флагманских смартфонов Galaxy Note 7. Причиной стали сотни случаев возгорания и взрывов аккумуляторов внутри телефонов. При этом корейский гигант отнюдь не единственный вендор, смартфоны которого оказывались небезопасны: отзывные кампании и до того случая происходили с завидной регулярностью. 

Список инцидентов можно продолжать: в апреле 2021 г. петербуржец получил ожоги средней тяжести из-за того, что у него в руках взорвался телефон. В феврале 2022 г. в Волгодонске произошел пожар в одной из квартир – загорелся аккумулятор робота-пылесоса. А в 2019 г. взрыв аккумулятора телефона, находившегося на зарядке, привел к гибели ребенка.

Все это – аккумуляторы бытовых приборов, которые, возможно, эксплуатировались с серьезными нарушениями, и каждый такой случай требует отдельного расследования, скажут скептики. Они будут правы, но лишь отчасти: опасность заложена в самой конструкции литий-ионных батарей, которые при перегрузке и перегреве (а это явления взаимосвязанные) склонны самовоспламеняться и взрываться. 

В феврале 2022 г. в Атлантическом океане загорелось грузовое судно Felicity Ace, перевозившее около 4 тыс. автомобилей. На борту были модели Volkswagen, Porsche, Audi, Bentley и Lamborghini. Большинство автомобилей могло быть уничтожено еще во время пожара, долгое время не утихавшего из-за горящих аккумуляторных батарей электрокаров, которые тоже присутствовали на борту. Общая стоимость затонувших машин составила около $400 млн.

В марте 2021 г. произошел пожар в дата-центре SBG2 компании OVHcloud – крупнейшего хостинг-провайдера в Европе. Возгорание дотла уничтожило дата-центр площадью 500 кв. м, в котором находилось 12 тыс. серверов. Стали недоступны более 3,5 млн сайтов и веб-сервисов по всему миру, в том числе отдельные сервисы Google и «Яндекса», игровые серверы, сервисы транспортных компаний, интернет-ресурсы органов власти. 

Причиной пожара стал источник бесперебойного питания, который загорелся через несколько часов после завершения техобслуживания и перезапуска. При этом OVHcloud сообщал через несколько дней о повторном возгорании в помещении, где хранились неиспользуемые батареи. 

Конкретный тип/модель ИБП не назывались, однако сама картина развития инцидента указывает, что речь шла о литий-ионном решении – невозможность погасить очаг возгорания и эпизоды повторного возникновения очагов. 

Все перечисленное выше, начиная с взрывающихся телефонов и заканчивая грандиозным пожаром в Страсбурге – поводы для того, чтобы отнестись к литий-ионным аккумуляторам с осторожностью. Вплоть до того, чтобы использовать их в ЦОДах только в тех случаях, когда применение габаритных свинцово-кислотных батарей действительно невозможно. 

Свинцово-кислотные аккумуляторы не просто не стоит хоронить – на наш взгляд, они должны остаться основным видом батарей в ЦОДах. Пожары – слишком серьезная угроза, чтобы рисковать безопасностью дата-центра.

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!