ИБП с литий-ионными батареями
До недавнего времени литий-ионные аккумуляторы, хорошо зарекомендовавшие себя в небольших бытовых устройствах, не применялись в ИБП из-за своей высокой стоимости. Однако они постепенно дешевели, и сегодня их использование в промышленных ИБП становится уже выгодным. Компания Schneider Electric первой вывела на рынок мощные трехфазные ИБП с литий-ионными аккумуляторными батареями.
До последнего времени в мощных ИБП применялись в основном свинцово-кислотные аккумуляторы типа VRLA (Valve Regulated Lead-Acid battery – клапанно-регулируемые свинцово-кислотные аккумуляторы), использующие технологию AGM (Absorbent Glass Mat – поглощающее стекловолокно) - это был единственный тип аккумуляторов, практически не требующий обслуживания. Вместе с тем они сохраняли все недостатки свинцово-кислотных аккумуляторов: большие габариты, вес и быстрое старение, требующее замены аккумуляторов еще до окончания срока службы ИБП. К тому же их рабочая температура составляет 20-25°C, а это значит, что в помещениях, где они располагаются, необходимо кондиционирование воздуха, что связано с дополнительными затратами. Две другие возможные технологии сохранения энергии – использование маховика или суперконденсаторов – существенно дороже, а оборудование на их основе в разы тяжелее и требует во много раз большую площадь. Для наглядности сравним параметры разных накопителей энергии, которые способны обеспечить электропитание нагрузки мощностью 600 кВт в течение двух минут.
|
|
VRLA (EMEA) (5 мин) |
Li-ion (7 мин) |
Маховик (2 мин) |
Суперконденсаторы (2 мин) |
|
Площадь, м2 |
4,3 |
1,6 |
8,1 |
9,0 |
|
Срок службы, лет |
5 |
12 |
15 |
15 |
|
Рабочая температура, °C |
+20 … +25 |
0 … +40 |
-20 … +40 |
-40 … +40 |
|
Надежность и предсказуемость |
Средняя |
Да |
Да |
Да |
|
Обслуживание |
Среднее |
Малое |
Среднее |
Малое |
|
Вес, кг |
10 500 |
1 920 |
11 900 |
15 000 |
|
Количество циклов разряда |
500 |
>5 000 |
>30 000 |
>100 000 |
|
Малое время перезарядки |
Нет |
Среднее |
Да |
Да |
|
|
|
|
|
|
|
CAPEX, $ |
1X |
1,9X |
29,6Х |
33,4Х |
|
TCO за 10 лет, $ |
1X |
0,75X 3 |
10,0Х |
11,0Х |
Если сравнить литий-ионные аккумуляторы со свинцово-кислотными, то при той же емкости у литий-ионных в два-три раза больше срок службы, они выдерживают в 10 раз больше циклов «заряд – разряд», занимают на 60% меньше площади, на 70% меньше весят и при этом стоят всего в 1,5–2 раза дороже свинцово-кислотных. Li-ion-батареи работоспособны при температурах до +40°C, сами ИБП и подключенное к ним оборудование тоже рассчитаны на работу при повышенных температурах – следовательно, их можно располагать в одном помещении. Это ведет к сокращению как операционных расходов (на охлаждение), так и капитальных, поскольку не требуется отдельного помещения. Реальный срок службы Li-ion-батарей сравним со сроком службы ИБП, а это означает снижение эксплуатационных расходов и рисков при отключении батарей на время их замены. По расчетам, пользователь, применяя Li-ion-батареи вместо свинцово-кислотных, экономит за 10 лет от 10 до 40% ТСО (в зависимости от области применения).
Li-ion-решения компании Schneider Electric предназначены для совместного использования с ИБП семейства Symmetra MW, Galaxy 7000, Galaxy VM и Galaxy VX. Они имеют модульную структуру: ячейка батареи емкостью 67 А·ч имеет номинальное напряжение 3,8 В и весит 1,9 кг; восемь последовательно соединенных ячеек образуют модуль, он снабжается системой мониторинга ячеек; в стойке размещаются 13 либо 17 модулей, а также блок мониторинга стойки, автомат защиты и резервный блок питания 24 В для систем мониторинга стойки и групп стоек. От 1 до 32 стоек можно объединить в единую систему. На уровне модуля осуществляется мониторинг температуры и напряжения, на уровне стойки – напряжения, тока, состояния автомата защиты и др., на уровне системы – напряжения, работы вторичных блоков питания и т. д. Контроль основных параметров на уровне ячейки, модуля и стойки позволяет рассчитать точное время автономной работы батареи и оценить ее состояние. Для удобства обслуживания все соединения в стойке осуществляются с передней стороны системы.
Заказчики, у которых инсталлированы ИБП Symmetra MW, Galaxy 7000 и Galaxy VM со свинцово-кислотными аккумуляторами, смогут заменить их после окончания срока службы аккумуляторов на литий-ионные. Galaxy VM 160-800 кВА N+1 выполнен в виде двухсекционного шкафа (силовой и ввода/вывода со встроенным механическим байпасом). Монтаж каждой секции может осуществляться отдельно, обслуживание производится с лицевой стороны. Это модульный ИБП, состоящий из силовых модулей, модуля электронного байпаса, модуля выпрямителя, модуля управления. Все модули допускают быструю замену сервисным специалистом. Конструкция ИБП рассчитана на неблагоприятные условия: он сейсмостоек (до 9 баллов), имеет морское исполнение (сертифицирован DNV).
Galaxy VM рассчитан на входные напряжения от 250 до 600 В и частоты от 40 до 70 Гц. Он работает без снижения выходной мощности с нагрузками, имеющими коэффициент мощности от 0,7 (отстающая) до 0,5 (опережающая); выдерживает 150%-ную перегрузку в течение 1 минуты. Выходной коэффициент мощности ИБП равен 0,9. Имеется встроенная защита от обратных токов. Все параметры сохраняются при долговременной работе при +40°C.
КПД Galaxy VM в режиме двойного преобразования (при типичных нагрузках на ИБП 50…75%) и выходном напряжении 400 В составляет не менее 96%. При хороших параметрах электропитания ИБП переключается в режим Econversion с КПД до 99%, при этом продолжается зарядка батарей и коррекция коэффициента мощности и гармоник по входу ИБП, генерируемых нагрузкой. Переключение с Econversion на режим двойного преобразования происходит мгновенно и соответствует классу 1 стандарта IEC 62040-3. Предусмотрена возможность тестирования ИБП на месте без нагрузки (Smart Power Test) с симуляцией нагрузки в диапазоне 100 или 125% номинала.
Переход на более дорогие аккумуляторные батареи для мощных трехфазных ИБП Schneider Electric может показаться несвоевременным: в России объем продаж этой категории устройств в 2016 году заметно снизился и вернулся на уровень 2009 года. Однако если вспомнить, что основной бум продаж серверов и мощных ИБП приходился на 2011-2013 год, то в 2017 году можно ожидать начала обновления парка этих устройств, устаревающих и морально, и физически, а значит, можно рассчитывать на рост закупок. Прибавка в цене ИБП за счет использования Li-ion-аккумуляторов невелика, их преимущества очевидны, так что они наверняка будут пользоваться спросом. Schneider Electric первой вывела на рынок мощные ИБП с литий-иоными батареями, начав с топовой модели Galaxy VM, за которой последуют другие модели этой линейки. В 2017 году начнутся продажи в России ИБП Galaxy VX мощностью от 1250 кВт (1000 кВт N+1) до 1500 кВт N+1. При этом у заказчиков будет выбор: на рынке будут одновременно представлены ИБП как с новыми Li-ion-батареями, так и со старыми свинцовыми.
Павел ПОНОМАРЕВ,
менеджер по развитию направления «Трехфазные ИБП»,
подразделение IT Division компании Schneider Electric
Опубликовано 21.12.2016