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IDC市场增速再次超过40%,施耐德电气推出全新的

来源:http://www.exclusiveeat.com 作者:yabo2019 时间:2019-10-13 14:34

电工电气网】讯

1、背景及需求概述

电工电气网】讯

俗话说,“鱼和熊掌不可兼得”。这句话“落”到UPS上,意思是你必须在安全可靠性和高效率中“二选一”。如今,一款UPS新品面世,破除了这句定论。

数据中心(DataCenter),通常是指在一个物理空间内实现信息的集中处理、存储、传输、交换和管理。数据中心是一整套复杂的设施,不仅包括计算机、服务器、网络、存储等核心设备,还包含供电、制冷、机柜、消防和监控系统等关键物理基础设施。

随着近些年来信息产业在国民经济中的地位越来越重要,我国将进一步加大在各行业特别是信息、通信、电力、金融、政府、制造业、交通运输、医疗卫生、公共安全等领域的信息化建设投资。应用领域信息化建设步伐的加快,必然带动市场对UPS不间断电源更大的需求。

近日,施耐德电气推出全新的Galaxy VS UPS,这是一款高效、模块化设计、易于部署的10-100kW三相不断电系统,可以满足IT、商业和工业设施的关键电力需求。更重要的是,与传统UPS不同,Galaxy VS实现了“鱼和熊掌兼得”,既安全可靠,又能实现高效率。

近年来,随着移动互联网、物联网、云计算等数据业务需求的爆炸式增长及IT技术的迅速发展,数据中心正在发展成为一个具有战略意义的新兴产业,成为新一代信息产业的重要组成部分。在电子信息及制造技术飞速提升的前提下,数据中心机房的建设规模及设备密度都取得了长足的增长。

IDC市场是目前对UPS需求最为旺盛的领域之一。据相关机构数据统计,过去8年国内IDC市场复合增长率达到42.3%,其中,2009-2011年间IDC市场处于高速增长期,每年增速都维持在40%以上;2012年和2013年受宏观经济下滑影响,整体市场增速下降到 25%以下;此后,一方面政府加强政策引导,逐步开放了IDC牌照申请,另一方面大数据、云计算等产业兴起,数据中心的市场需求不断增多。2014年 IDC市场增速再次超过40%,2015年市场增速为39.3%,2016年市场增速也达到了38.1%。据预测,今明两年市场增长率将继续在40%左右,明年IDC市场规模有望接近1400亿元,将明显拉动UPS的需求。

对施耐德电气而言,Galaxy VS是一款非常重要的产品,可以用“承上启下”来形容它。“承上”,是因为Galaxy VS会替换之前的Galaxy 5500;“启下”,这款产品被视为“未来施耐德三相完整的大平台”。

然而由于能效管理的不尽完善,设备的智能化程度缺乏等原因,数据中心也正在呈现着诸如能耗过大、负载量激增、主设备运行故障等一系列问题,并且变得越来越严峻。

除此之外,UPS在工业领域、通信基站等领域得到了广泛而深入的应用,各种高端、精密设备也随之大量增加,不仅对供电质量提出了更高的要求,同时供电的连续性也要得到可靠保障。随着UPS市场的高速发展,UPS电池需求也在日益增加。电池作为UPS系统的重要组成部分,有许多规格种类,而不同应用领域要选择相应的电池种类。UPS常用电池种类如下:

在施耐德电气关键电源业务部产品经理连博看来,与之前的Galaxy VM、Galaxy VX相比,Galaxy VS采用了一些颠覆性技术,实现了诸多创新。

与此同时,储能式UPS的应运而生,表明储能技术已从一个基本概念发展成为当前社会走向低碳经济所不可或缺的技术前提,成为了推动能源转型的必要条件。将储能式产品与数据中心的运行现状进行有机结合,针对数据中心所存在的问题进行改善,最大限度地提高节能和智能化管理程度,是数据中心当前迫在眉睫的需求。

1.铅蓄电池

第一.Galaxy VS基于模块化设计,机身设计紧凑,结构灵活

(1)数据中心负载特性

目前最常用的铅蓄电池为阀控式铅酸免维护蓄电池,电解液主要由铅和硫酸构成,特点是使用时不需要加水加酸,密封性能好,体积相对较小,作为UPS蓄电池使用性价比高。

Galaxy VS虽是塔式机,但又非传统意义上的塔式机。因采用模块化设计,Galaxy VS是一台具备部分模块化功能的塔式机。这个模块化是完全意义上的模块化,即里面的功率模块、静态旁路和控制回路等,所有这些都是模块化设计。”连博表示。

近年来,在金融、通信、电力、工业自动化控制等领域,总电源功率需求量达1200~3000kVA的大型机房已屡见不鲜。多台大型主机及大量的服务器、路由器、交换机、磁盘阵列机被集中安放在同一数据中心机房内,这样的机房必须具备向用户提供大数据吞吐量、高数据传输率的连续工作能力。显然,稳定、可靠、纯净的电源是数据中心各种设备连续、正常、高效运行的重要前提,供电系统不仅要为机房设备提供不间断供电,还必须确保在网络上运行的数据、语音和图像等信息资源能高效、可靠、安全地进行远程处理、存储和传输,这都使得不间断的供电保障系统成为数据中心内不可或缺的必要设备。

除了免维护铅蓄电池,还有开放式液体铅蓄电池,需要定期测量比重,加水加酸,若使用这类电池,安装环境需要铺设防腐蚀砖。

模块化的最大好处是实现后期的维护可靠性,提高设备的可用性。传统塔式机,后期维护比较复杂,耗时长,一般需要几小时甚至数天。但模块化设计,缩短了维护时间,用5-10分钟,即可把UPS中所有核心的、最易损器件全部换掉。

当前数据中心大多采用在线式UPS为负载提供稳定的供电保障。然而,数据中心内除服务器、路由器、交换机等关键负载外,还配备照明、制冷、监控、水循环系统等设备,设备情况复杂,对供电保障系统的过载能力、峰值因数等指标也有较高要求,常规的在线式UPS现已很难满足当前数据中心的需求。

铅蓄电池中还有一种高温铅蓄电池,主要适用于常年环境温度 35℃ 以上的地区高温基站、停电频繁基站、环境恶劣基站和偏远基站在内的通信基站、太阳能/风能储能电站等诸多领域。

并且,相比Galaxy 5500,Galaxy VS占地面积缩小26%,对现场环境的要求进一步降低,从而让其能适应更多范围。

(2)供电系统可靠性

2.胶体蓄电池

第二.Galaxy VS重塑基拓扑架构,使用创新性技术。

从可靠性角度分析,在数据中心供电系统中,串联级数越多,其故障节点就会增加,供电可靠性就会相应降低。反之,并联个数越多,其系统供电可靠性就会越高。目前大多数据中心的传统在线式UPS系统,采用串联式结构(见图1),故障节点较多,因而具有较高的故障率和相对较低的可靠性。

胶体蓄电池作为UPS蓄电池另一种常用种类,其电解液呈胶态而被称为胶体蓄电池,胶体蓄电池的设计使用寿命比普通的铅蓄电池要长,并且性能更加稳定,因而价格也相对较高。

目前,市面上的UPS依然使用传统的拓扑架构,但施耐德电气投入巨大研发力量,重塑拓扑架构,研发出软开关混合逆变技术。这个技术最直观的优点是在双变换的情况下,最高能达到97%的效率。

因此,要保持供电系统的供电可靠性,除了保证供电系统自身的可靠性指标外,还需要简化系统串联级数。储能式UPS的诞生,则成为了改善数据中心供电系统可靠性的关键。采用并联式结构,可以从根本上减少设备的故障节点和故障率,使得储能设备向着高稳定性、智能化方向发展,设备运行安全可靠,在线维护更加方便。

3.锂电池

与传统的四电平技术相比,软开关混合逆变技术的使用,一方面可以将半导体元器件的数量从50个减少到25个,元器件数量的减少意味着故障点相对会降低。另一方面,它的可靠性和稳定性比以前的四电平技术更高,并且能实现97%的效率。

(3)数据中心运营成本

锂电池则是绿色环保的首选,锂电池不含铅、镍、铬等重金属,相对普通的铅蓄电池而言,锂电池具有重量轻、储能高并且自放电低的特点,但价格也相对较高。

第三.更高效的E变换。

随着云计算的发展,数据中心的建设呈现向大型化发展的趋势。超过100个机架的数据中心比例逐年上升,2016年预计达到61%。同时,大型数据中心的电力消耗也是相当惊人,对企业来说,数据中心电费已成为很大一笔开支,大幅侵蚀着企业的经营利润。

在电池选用上,目前铅蓄电池仍然是UPS市场主流,另一方面,锂电池技术研究也在不断突破更新。近些年来包括雄韬股份、双登集团、艾默生、施耐德电气、及伊顿电能等国内外大型企业开始布局UPS锂离子蓄电池。

众所周知,在线双变换模式,虽具有安全性、可靠性和稳定性的特点,但其相对效率是偏低的。而ECO模式虽有很高的效率,但因切换时有时间间隔,无法满足IEC62040-3一类供电标准。

以一个建设规模为1000个机架的数据中心为例,假设每个机架功率平均为3kW,1000个机架最终负荷为3000kW,每个小时耗电3000kWh,则全年电力能耗为:3000kW×24h×365天=26280000(kWh),按照1元/kWh计算,全年需花电费2628万元,加上UPS供电设备、空调、照明、其他电力能耗等,对一个PUE值为2的数据中心而言,每年仅电费就高达5256万元。

近年企业布局情况:

施耐德电气独创的E变换模式,相当于将这两种方式完美地融合在一起,既保证安全可靠性,满足一类供电标准,又可以把整个设备的效率提升到99%。

PUE是评价数据中心能源效率的指标,是指数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源之比,其越接近于1,表示一个数据中心的绿色化程度越高,越符合低碳、节能的标准。而降低数据中心PUE的最有效手段就是压缩非IT设备的能耗。

雄韬股份:

第四.兼容锂电池。

传统数据中心通常采用在线式UPS作为关键负载不间断供电的保障,在线式UPS的运行效率较低,在85%~95%之间,长期运行所带来的电力损耗惊人,运行成本很高。因此,优化数据中心的基础设施,在数据中心实现真正的绿色节能,进一步降低能耗、提升数据中心运营效率就是十分必要和紧迫的。储能式UPS在效率上实现了这一突破,其效率高达98%,比传统在线式UPS高出5%~10%,这使得运营成本大大降低。对于上述3MW的数据中心来说,供电效率每提高1%,一年节省电费就超过100万元。储能式UPS的跨越式突破,将大大减少数据中心的运营成本,为企业大幅度节省用电开支,也将成为未来数据中心供电系统发展中最为重要的一环。

近年来,雄韬股份产品多元化发展,进入UPS行业二十年以来,雄韬股份自主研发一系列高品质UPS电池产品供电解决方案,同时进军锂电解决方案。雄韬股份锂电解决方案,采用Vision 特有技术,专为低电压、低功率和长时间运行的应用领域而设计,在安全性、使用寿命、备电时间等方面都有极佳的表现,并且能用标准铅蓄电池充电方法进行充电。

Galaxy VS既能使用铅酸电池,又可用锂电池。连博称,“这给客户提供了更多的储能选择。如果铅酸电池无法满足用户要求,那可以用锂电池替换现有的储能方式,这样占地空间会更小、重量会更轻。”

(4)后备时间保障

双登集团:

第五.数字化管理。

在数据中心建造过程中,后备供电时间的选择问题正面临两难。若需保障较长的后备时间,则蓄电池首次投资成本很高,并且由于电池生命周期较短,每个周期都需进行再投资,是一笔不小的花费。若只保障较短的后备时间,电池投资成本可适当降低,但市电中断时可能会因未及时处理保存而导致关键数据丢失损毁等严重后果。

2015年年底双登集团推出通信用锂离子电池,电池正极采用磷酸亚铁锂材料制作,安全性能好、循环寿命长; 电池系统采用高性能的专用BMS电池管理模块,该BMS具备电压、电流、温度等保护功能,并使用系统与主机良好通讯;监控单元自动测量电池的充放电电流、充放电电压、单体电芯表面温度和环境温度。

“原来的UPS相当于是一个黑盒子,客户完全不知道机器内部信息,只有设备出现损坏或报警时,用户才得知要去维修。” 连博说,“EcoStruxure的最大好处是把黑盒子变成白盒子。在UPS发生故障前,它通过数据分析,即可预判UPS未来可能出现什么样的问题。”

此外,如图2所示,数据中心通常采用可靠的2N供电体系,大多情况下电网稳定性良好,加之数据中心的双路供电保障,电池则长期备用,利用率很低,造成很大一部分投资浪费,且电池长期处于浮充状态,会产生发热和效率损耗,影响电池的使用性能和寿命。据统计,2014年,中国铅酸蓄电池产量22069.77万千伏安时,同比2013年增长4.58%。而这些电池大多都未被很好的利用,是一种巨大的能源浪费。

伊顿电能:

此外,相比传统的UPS,Galaxy VS有着更宽泛的工作温度范围。目前,市面上几乎所有的UPS,其工作温度都在0-40℃,但Galaxy VS可以在50℃的情况下继续工作,这意味着它可以去适应更多条件恶劣的应用环境。

用户在配置供电系统时,既希望关键负载可以保持较长的后备时间,也希望降低电池成本,减少投资浪费,而由于传统电池后备供电时间和成本之间的矛盾问题,用户在投资电池时也一直持审慎态度。储能式UPS化被动为主动,通过应用新型储能电池,对其进行充分调动,使得设备和电池的充放电行为成为工作常态,从而避免了电池闲置,也解决了用户因担心投资浪费而导致的电池配备容量小、设备后备时间过短的问题。

2017年4月,伊顿电能推出具有突破性的基于锂电池的UPS产品,该产品计划在今年第三季度开始发货。伊顿电能三年前开始研发1500VA锂电池UPS系列,着力于获得相关认证和专业知识以解决锂电池的风险性问题。目前已经取得了处理这些电池所需的全部认证。

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