Rambler's Top100
 
Статьи
05 марта 2022

В трети проектов альтернативы литий-ионным АКБ нет

Технология литий-ионных батарей окончательно созрела, их преимущества очевидны, никаких препятствий на пути массового внедрения этих продуктов, по сути, не осталось, считает Артур Хашимов, старший архитектор решений подразделения Digital Power компании Huawei.

– Технологию литий-ионных (ЛИ) аккумуляторов окружает ряд мифов. Давайте окончательно развеем два основных. Первый – о небезопасности (взрывоопасности) этих аккумуляторов.

– Во-первых, в современных ЛИ АКБ используются развитые средства защиты. Это, в частности, встроенная аппаратная защита от перезаряда: когда напряжение становится выше критического значения, срабатывает защита, цепь размыкается и процесс зарядки останавливается. Имеются также встроенные предохранители и т.д.

Во-вторых, в литий-железо-фосфатных (LFP) аккумуляторах, ЛИ АКБ того типа, который предлагает, в частности, компания Huawei, безопасность обеспечивается «на уровне химии». Используемый в этих аккумуляторах материал (LiFePO4) имеет более стабильную структуру, чем материалы, применяемые в других типах ЛИ АКБ. Даже при 480˚С, когда происходит распад материала аккумулятора, ни кислород, ни иные горючие вещества не выделяются.

И в-третьих, чтобы заказчик был абсолютно уверен в безопасности наших решений, мы снабжаем наши литий-ионные АКБ системами пожаротушения. В версии 2.0 этого продукта система пожаротушения устанавливалась на каждый батарейный шкаф. А в новой, третьей, версии – она вышла на рынок в конце прошлого года и уже доступна для заказа – каждый модуль ЛИ АКБ снабжен отдельной системой пожаротушения.

Замечу, что LFP-батареи гораздо безопаснее, чем традиционные свинцово-кислотные (СК АКБ), которые могут выделять водород, а он, как известно, при смешивании с воздухом образует взрывоопасную смесь – так называемый гремучий газ. 

– Второй миф – высокая цена ЛИ АКБ. Что можете сказать по этому поводу?

– Действительно, лет пять-семь назад ЛИ АКБ были примерно в два раза дороже свинцово-кислотных. Сейчас, если судить по нашим проектам, – на 20–30%, не более. Но если считать совокупную стоимость владения (TCO), то на горизонте планирования восемь-десять лет ЛИ АКБ оказываются существенно выгоднее. Дело в том, что свинцово-кислотные АКБ через пять-восемь лет выходят из строя, их надо менять. Общий же срок эксплуатации ЛИ АКБ – 15 лет, причем на 10 лет мы можем дать дополнительную гарантию.

И еще один важный момент. Как показывает практика, через два-три года после начала эксплуатации СК АКБ надо проводить их частичную замену. К этому времени примерно 10% таких батарей сильно теряют емкость. Но при замене их новыми возникает следующая ситуация: из-за различия внутренних параметров новых и старых АКБ в группе (емкость, внутреннее сопротивление, степень сульфатации пластин) значительно сокращается срок службы как старых, так и новых аккумуляторов, в результате чего в большинстве случаев новые аккумуляторы вырабатывают свой ресурс быстрее и выходят из строя даже раньше старых. Получается своего рода замкнутый круг.

– О преимуществах ЛИ АКБ уже много сказано, и все же давайте напомним основные, важные с точки зрения практического применения на ИКТ-объектах.

– Основные преимущества – повышенный (более чем в два раза по сравнению со свинцово-кислотными АКБ) срок службы, меньшие вес (не менее чем на 20%) и занимаемая площадь (в отдельных проектах удается уменьшить занимаемую площадь в два-три раза). 

Во многих случаях – и таких проектов примерно 30–40% – эти преимущества делают ЛИ АКБ безальтернативным вариантом. Под «свинец» нет площади, или перекрытия могут не выдержать. Это особенно актуально для зданий в исторических центрах городов. Так, в Санкт-Петербурге у одного нашего крупного клиента из нефтегазовой отрасли серверные и небольшие ЦОДы располагаются в офисах в исторической части города. У всех этих зданий перекрытия имеют низкую несущую способность. Поэтому альтернативы ЛИ АКБ просто нет.

– А каково сейчас соотношение проектов, в которых используются ЛИ и СК АКБ?

– С каждым годом доля ЛИ АКБ растет. Если два-три года назад она составляла примерно 20%, то сейчас – около 75%. Раньше мы аккуратно предлагали оба варианта АКБ, заказчик долго сравнивал ценовые показатели, сомневался. Сейчас мы сразу предлагаем ЛИ, и большинство заказчиков уже не сомневаются в их преимуществах.

Замечу, что для тех, кто пока использует СК АКБ, причина часто заключается в том, что в корпоративных стандартах просто не упоминается литий. Там указаны СК АКБ и все, других вариантов нет – хотя специалисты и понимают, что ЛИ АКБ лучше. Компания Huawei стала инициатором проведения испытаний и включения ЛИ АКБ во внутренние стандарты одной крупной корпорации. Теперь по этому сценарию работаем и с другими заказчиками.

– Сегодня на повестку дня все чаще выносят принципы устойчивого развития – ESG, предполагающие, в частности, ответственное отношение к окружающей среде. Насколько ЛИ АКБ экологичнее свинцово-кислотных?

– Начнем с производства. Поскольку в ЛИ АКБ применяется меньше редкоземельных и токсичных материалов, при их производстве негативное влияние на экологию существенно ниже, чем при производстве свинцово-кислотных батарей. Образующиеся же в процессе эксплуатации LFP-акку­му­ля­торов фосфатные соли менее токсичны, чем кислоты и соли, которые образуются при работе свинцово-кислотных АКБ.

Как я уже говорил, срок службы ЛИ АКБ примерно в два раза превышает срок службы СК АКБ – значит, меньше циклов замен, меньше необходимость в утилизации. Увеличенная плотность емкости означает, что для решения тех же задач можно использовать меньше ЛИ АКБ – экономия площади, опять же сокращение объема утилизации и т.д.

Приведу данные сравнения ЛИ (LFP) и свинцово-кислотных (VRLA) АКБ по уровню выбросов углеводородов (углеродному следу) на протяжении всего жизненного цикла. Эти данные зависят от сценария применения батарей, но во всех случаях LFP-аккумуляторы оказываются существенно экологичнее. Так, при использовании аккумуляторов для сглаживания пиков энергопотребления углеродный след LFP-батарей оказывается на 48%, а при их применении в системах возобновляемой энергетики – на 70% меньше.

Замечу, что все чаще российские ком­пании уделяют внимание принципам ESG, что делает решения на базе ЛИ АКБ еще более привлекательными. 

– В каких проектах, по вашему опыту, ЛИ АКБ показывают свою максимальную эффективность?

– В первую очередь это ЦОДы. Коммерческим ЦОДам переход на ЛИ АКБ позволяет сэкономить площади, а значит, освободить больше места под стойки. Нельзя забывать и о температурном факторе. Для эксплуатации СК АКБ надо обеспечить температуру 22–25°С. Как только температура становится выше, характеристики таких аккумуляторов деградируют в геометрической прогрессии. ЛИ АКБ нормально работают и при температуре 30°С. В некоторых регионах вообще можно обойтись естественным охлаждением (фрикулингом) помещений с АКБ. Но в любом случае расходы на охлаждение уменьшаются, экономится площадь, поскольку требуется менее мощная система охлаждения.

Отмечу и проекты установки ЛИ АКБ на промышленных объектах. Часто бывает, что таким заказчикам мощность требуется небольшая, к примеру, до 3 кВт, но время резерва приличное, скажем 8 ч, иногда до суток. При использовании СК АКБ для обеспечения такого времени автономии требуется занять батареями несколько шкафов. При переходе на литий-ионную технологию все батареи можно разместить в одной стойке с ИБП.

– При выборе в пользу ЛИ АКБ многие отмечают наличие у них встроенной системы мониторинга. Насколько это важно?

– Что касается свинцово-кислотных аккумуляторов, то для них тоже можно реализовать мониторинг, но он не очень удобен. Производители ИБП, как правило, не имеют собственных систем мониторинга АКБ, поэтому приходится покупать их дополнительно и интегрировать с ИБП. К тому же системы мониторинга таких АКБ обеспечивают лишь поэлементный контроль – выдается информация о состоянии батареи, но не отдельных ячеек.

ЛИ АКБ имеют встроенную систему мониторинга, поэтому заказчик сразу получает интегрированное решение. В зависимости от конкретного производителя это может быть двух- или трехуровневая система. Huawei предлагает трехуровневую систему: мониторинг на уровне всей системы (управление процессами взаимодействия с ИБП, оповещения, сигнализации, выдача показателей SOH (State of Health, степень работоспособности аккумулятора), который отражает его текущее состояние по сравнению с идеальным, и SOC (State of Charge, уровень заряда аккумулятора); мониторинг на уровне шкафов (ток заряда/разряда, защита и оповещение при неправильной работе) и мониторинг на уровне модуля (напряжение, температура, управление балансом тока батарей).

– Каковы направления дальнейшего развития ЛИ АКБ? Что в R&D-планах Huawei?

– Одно из основных направлений совершенствования ЛИ АКБ – это повышение плотности емкости. Если говорить о нашем решении SmartLi, то в версии 2.0 емкость составляла 80 А*ч на шкаф, в новой версии 3.0 – почти в два раза выше, 153 А*ч на шкаф.

Кстати, параллельно ведутся работы по повышению плотности мощности ИБП. Сегодня наша стоечная моноблочная система 2000H – это 6 кВА в 1U. А в самой мощной модульной системе 5000H один 3U-модуль обеспечивает мощность 100 кВт. Получается до 1,2 МВт на шкаф – один из лучших показателей на рынке.

Если говорить о развитии инженерной инфраструктуры ЦОДов в целом, то одно из ключевых направлений – использование искусственного интеллекта (ИИ). Наша система управления имеет все необходимые возможности для использования технологий ИИ. Новый функционал позволит оптимизировать алгоритмы работы систем электропитания и охлаждения, минимизировать влияние человеческого фактора, повысив эффективность работы ЦОДа.

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