西力蓄電池NPG38-12 12V38AH規(guī)格及參數(shù)說明

 1 UPS與儲能系統(tǒng)的應(yīng)用和痛點

(1)UPS的應(yīng)用和痛點

①UPS的應(yīng)用

UPS是在停電時為重要設(shè)備供電,*數(shù)據(jù)中心設(shè)有柴油發(fā)電機時,UPS電池后備時間要求不低于15min,通常采用鉛酸電池。為了保證數(shù)據(jù)中心信息設(shè)備供電質(zhì)量和供電可靠性,UPS是必需的,與經(jīng)濟效益無關(guān),。

②UPS痛點

•由于很少停電,整個電池生命周期放電次數(shù)很少,電池變成休眠資產(chǎn),形成資源浪費;

•UPS電池長期處于浮充狀態(tài),電池健康狀況不明;

•一般使用鉛酸電池,電池4～5年就要更換,。

(2)儲能系統(tǒng)的應(yīng)用和痛點

①儲能系統(tǒng)的應(yīng)用

儲能系統(tǒng)主要是削峰填谷,利用峰谷電價差套利。儲能系統(tǒng)不是必需的,沒有經(jīng)濟效益就沒有安裝的價值,。

②儲能系統(tǒng)的痛點

•各地峰谷電價不同,很多地方峰谷電價差小,設(shè)置電池儲能系統(tǒng)連投資成本都收不回來,即使峰谷電價差大的地方,電池儲能投資收益也不是很高,所以很難引起大規(guī)模投資;

•一般純儲能項目的回本周期7～8年,用戶或投資方不愿意投資;

•由于深度放電會影響電池壽命,所以儲能系統(tǒng)電池要預(yù)留部分容量不能使用(鉛碳電池要留30%～40%),這也是一種資源浪費,。
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2 SPS系統(tǒng)概念

UPS+儲能(Storage Power Supply)簡稱SPS系統(tǒng),是指UPS和儲能相融合的系統(tǒng),它的概念是增加配置電池的容量,并且由鉛酸電池改用鉛碳電池,利用夜間低谷電價時充電,在白天高峰電價時放出部分電量,進行峰谷套利,剩余電量作為UPS備電之用。偶爾停電時,電池放電到80%～100%,對電池壽命影響不大,。

(1)電池儲能系統(tǒng)(BESS)組成

BESS主要由電池系統(tǒng)(Battery System,BS),、功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(Power Conversion System,PCS)、電池監(jiān)系統(tǒng)(Battery Monitoring System,BMS),、電能管理系統(tǒng)(Energy Management System,EMS)等4部分組成;同時,在實際應(yīng)用中,為便于設(shè)計,、管理及控制通常將電池系統(tǒng)、PCS,、BMS重新組合成模塊化BESS,而EMS主要用于監(jiān)測,、管理與控制一個或多個模塊化BESS。圖1為BESS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

(2)UPS儲能系統(tǒng)(SPS,Storage Power Supply)

①SPS是將UPS及儲能系統(tǒng)(UPS+BESS)融合在一起,是的儲能備電結(jié)合;

②SPS概念是在新建的UPS系統(tǒng),采用優(yōu)化后適合經(jīng)常放電的UPS系列,并增加UPS的電池容量,不采用鉛酸電池而改用鉛碳電池,利用峰谷電價充放電,每天放出部分電池電量進行套利,馀下電量滿足UPS的后備時間要求;

③偶爾停電時放電到80%～100%,對電池壽命影響不大;

④以鉛碳電池50%+30%DOD(兩充兩放),可循環(huán)3,300天計算,每天使用,可使用9年,比一般鉛酸電池壽命長一倍,。

(3)SPS系統(tǒng)與電池儲能系統(tǒng)比較

①SPS的UPS優(yōu)化后,具有UPS及PCS功能,UPS優(yōu)化成本遠比一個PCS便宜;

②原來UPS要用2組鉛酸電池(舉例),現(xiàn)改用4組鉛碳電池,只增加兩組電池的成本,比儲能系統(tǒng)要投資4組鉛碳電池少很多;

③由于UPS一般有電池房間,所以不用單設(shè)集裝箱,節(jié)省投資;

④UPS與電池房間已設(shè)有空調(diào),所以不需要再額外裝設(shè);

⑤UPS與電池房間空調(diào)電費已計入原有成本,不會在儲能收益扣除,。

由此可見,SPS系統(tǒng)所增加的投資(2組鉛碳電池和UPS優(yōu)化費用)比電池儲能系統(tǒng)少很多。SPS系統(tǒng)與電池儲能系統(tǒng)比較見表1,。

(4)SPS存在問題及解決方法

①SPS存在問題

電池大功率放電會嚴重影響鉛酸/鉛碳電池的壽命;

電池大功率放電放出的容量遠低于鉛酸/鉛碳電池

電池的額定容量;

電池容量增加,SPS充電能力要加大;

電池每天多次轉(zhuǎn)換充放電模式,可能影響SPS的可靠性,。

②SPS解決方法

•SPS的UPS要有與市電聯(lián)合供電的功能。

SPS電池固定以0.1C功率向負載供電,不足的負載功率由市電供應(yīng),。這樣可以降低電池的放電功率,保持電池的循環(huán)壽命及提高電池的可放電容量;

•增加SPS充電能力;

•UPS廠家需要優(yōu)化UPS,控制策略分為儲能模式和應(yīng)急模式,設(shè)備既要適合天天放電及每天多次充放電轉(zhuǎn)換,又要保持UPS原來的安全可靠性,。

3 SPS的電池容量配置計算方法

SPS的電池容量配置是根據(jù)儲能放電深度(DOD)與UPS需要的備電時間來計算。計算方法及原理如下:

UPS備電要求:備電15min,按鉛酸電池標準,電池壽命末期放電容量余下80%,等于備電12min;若以50%DOD計算,SPS要滿足電池末期放電12min,SPS電池容量配置是40min,。

計算原理:

SPS電池容量按40min配置,SPS每天以0.1C放電50%,相當于滿功率放電20min,電池剩余滿功率備電時間20min;在電池末期,電池滿功率可放電總時間是32min(80%),每天仍以0.1C放電50%(相當于滿功率放電20min),余下滿功率備電時間12min,。

4 SPS的附加效益分析和經(jīng)濟收益計算

(1)SPS附加效益

①如上SPS配置40min電池,在放電前備電后備時間是40min,儲能放電后,備電時間是20min,兩者都多于15min備電的要求;

②UPS不加儲能時電池在浮充使用,電池健康狀況不明。而SPS天天充放電,由電池放電的電壓可以準確知道電池的健康狀況,這是用的非經(jīng)濟價值;

③利用峰谷電價差套利,除了可以收回設(shè)備增加的成本外,還有很佳的節(jié)省電費的收益;

④鉛碳電池以50%DOD充放電,可以使用10年,是鉛酸電池壽命的兩倍,。壽命周期內(nèi)可以節(jié)省一次更換電池的費用,。

選擇備用電源的依據(jù)

數(shù)據(jù)中心備用電源的選擇的依據(jù)是GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。

    依據(jù)該標準的8.1.12和8.1.13,*和B級數(shù)據(jù)中心應(yīng)配置備用電源,。

又依據(jù)該標準的3.2.3和3.2.4,提出備用電源的冗余配置,。

在GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》的附錄1《各級數(shù)據(jù)中心技術(shù)要求》的“電氣技術(shù)”中,對數(shù)據(jù)中心備用電源系統(tǒng)作出了具體的技術(shù)要求,見表1。

根據(jù)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范GB50174-2017》*數(shù)據(jù)中心后備X,可根據(jù)X=1～N自由選擇;B級不需要后備,C級不需要柴發(fā),。
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從字面上,不管N是6臺還是12臺還是18臺,后備1臺都可以視為滿足規(guī)范要求;但是有朋友按照空調(diào)末端冗余N+X,N>4常規(guī)備用2臺的實踐經(jīng)驗,覺得實際末端可靠性在90%,而實際柴發(fā)可靠性也約在80%~90%之間,覺得4臺以上也應(yīng)該備用2臺,。表2和表3分別給出了柴發(fā)可靠性經(jīng)驗值為85%,市電可靠性經(jīng)驗值為99.90%時,*機房和B級機房外電可靠性的數(shù)據(jù)。
 

從表2可以看出,當外電引入來自兩個不同高電壓等級變電站(>10kV),不同變壓器,不同路由,完整容量備份得到保證時,從實際需求來講,將投資花在柴發(fā)上僅僅只是可靠性千萬分之一到千萬分之五的增加,而實際上供電可靠性還串聯(lián)著后端用電側(cè)變壓器,、配電設(shè)備和路由的可靠性,。好鋼要用在刀刃上,如果是自用型客戶或者定制型客戶能夠接受的前提下,建議可以考慮無柴發(fā),而將投資放在后端,甚是運維人員的能力提升上,都好過放在柴發(fā)上。

但是對于B級機房或者IDC或者金融等需要嚴格遵守規(guī)范的機房,建議嚴格按照規(guī)范要求配置,。如果是自用型企業(yè),擁有完善的管理和運維團隊,需要達到*機房的可靠性,建議可考慮采用一路市電+一路柴發(fā)的方式,其中柴發(fā)要根據(jù)可靠性需求,實際和項目設(shè)備的可靠性應(yīng)用數(shù)據(jù),進行備用設(shè)備的選擇,。

2 備用電源架構(gòu)

當項目規(guī)模較小,比如N<10,那么無論是備用X取1或者2,都直接一組并聯(lián)即可,不存在選擇困難和對比問題。

 但是當規(guī)模達到大型和超大型數(shù)據(jù)時,直接并聯(lián)一組,可能面臨缺少實際案例支持,以及并機母線和開關(guān)容量限制,、并機控制系統(tǒng)限制等,。

 一般數(shù)據(jù)中心場景內(nèi)常見的為一組4～12臺并機。再往上18～20臺就比較少見了,對于部分敏感客戶,這是比較難以接受的,。表4給出了四種方案的比較,。

在表4中,A屬于常見型,D屬于有案例,B、C均只屬于理論可行,其中B屬于硬件后備式冗余,C屬于軟件后備式冗余,。C的備用組也可以僅設(shè)置1臺機組,。當項目規(guī)模較大,比如3萬機柜,18組每組6臺,可考慮設(shè)置一組備用6臺,直接進行負載切換,而不需要組間并機,可以視為C的一種變型。

要想實現(xiàn)軟件定義的基礎(chǔ)設(shè)施,必須先把各硬件性能摸清楚,。

當機組數(shù)量較少時,也可以通過可實現(xiàn)分段并機的全并機系統(tǒng),可以視為D的一種變形,。

    當數(shù)據(jù)中心園區(qū)規(guī)模每超過3萬臺時,可節(jié)約機組數(shù)量超過10臺,約2000～3000萬元,相關(guān)的風險在2路真市電的前提下,應(yīng)該是值得仔細考慮的,。

3 供電邏輯

分組供電,可以減少并機母線和相關(guān)母聯(lián)及開關(guān)的投入。需要對各段負荷進行計算,并估計其負載可能變化情況,。

單路斷電即起柴發(fā),目前技術(shù)和設(shè)備實現(xiàn)上都不存在困難,主要是需要與供電部門進行商討,目前已有多地有成功案例,隨著時間推移,這也將成為標準措施,。主要好處是可以減容配置柴油機組。  

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