機房建置UPS設備以及以它爲核心的整個供電系統是滿足數據中心供電質量的相當核心部分,而蓄電池又是整個系統中相當重要的組成之一,是整個供電系統的“最後一道屏障”。
在UPS系統的故障中,與蓄電池有關的原因佔30%以上。
目前數據中心蓄電池技術還是以閥控鉛酸電池爲主,而且據統計,中國生產的鉛酸電池已經佔全球產量的1/3,其中一部分原因是UPS電源市場的快速增長。
隨着互聯網+、雲計算、大數據等上升爲***戰略,進一步加快了數據中心行業的增長,帶動了數據中心基礎設施相關設備的快速增長。
本文從大型數據中心蓄電池規劃與應用角度出發,借鑑國內外數據中心行業經驗教訓,探討蓄電池規劃設計和實際應用中遇到的幾個問題和痛點。
痛點一
目前規劃設計的大型數據中心電池間面積,據不完全統計, 約佔總建築面積的3%~10%,因大型數據中心建築面積較大,所以***數量不少。
對於越來越多的大型數據中心項目而言,機房面積可以說是寸土寸金,客戶希望相當大化的提高機櫃數量,基礎設施的佔地儘量小。
下圖爲某大型數據中心案例的電池間佈置,佔據了一整層的面積。
在這裏我們不着重探討電池間的佈置方案,僅從電池間面積的***數量及與總建築面積之比,就可以感受到UPS蓄電池系統對數據中心工藝平面規劃設計的重要影響。
數據中心蓄電池規劃設計水平的提高,依賴於蓄電池技術的創新提高。
目前多數數據中心採用閥控鉛酸蓄電池,隨着電池技術的發展,比如磷酸鐵鋰電池技術,由於壽命長、耐高溫、體積小、無污染等優點,相比傳統鉛酸蓄電池技術,更能體現“節能”、“節材”、“節地”等節能減排需求。
隨着新型電池性價比提高,其尺寸和佔地面積越來越小,將會對未來數據中心的規劃設計產生革命性的影響,對IDC行業尤甚。
痛點二
電池監測系統的應用。
近年來國內數據中心行業參考、學習了很多國外先進的理念和技術,但是電池監測系統的應用還不完善,很多已建成機房的電池系統沒有監測設備或者監測數據不完善,存在很大的安全隱患。
從最近幾起機房電池火災爆炸事故可以看出,電池監測系統早期報警,防患未然的重要性。
如果電池故障引起UPS系統宕機,關鍵業務中斷,將產生很大的政治經濟損失,來自行業的調查機構顯示:金融行業的數據中心每宕機一小時的損失爲1495134美元,通訊行業的數據中心每宕機一小時的損失爲2066245美元。
所以在數據中心規劃設計及應用中,對電池監測系統的設置應引起足夠的重視。
痛點三
有關閥控鉛酸蓄電池間是否按防爆設計的問題,有關的設計規範並未統一,對規範解讀的差異,導致從規劃設計到各地消防審批及驗收的尺度不一。
當蓄電池室選用防酸隔爆式蓄電池時,房間燈具採用防爆型安全燈,室內不應安裝電氣開關、插座等,管線的出口和接線盒等安裝時應密封,燈具不應佈置在電池組的正上方。
那麼,國內已實施數據中心項目的實際的情況怎樣呢?
以電信運營商爲代表、以及其它大型數據中心項目的UPS、配電櫃和電池架經常是放到一個房間,有些場地情況比較緊張的項目也採取合併房間的設計。
但是UPS、配電櫃、精密空調是不防爆的,那麼光燈具、開關等按防爆要求設計,是否有自相矛盾之嫌呢?
從這一問題可以看出,當規範的更新落後於行業的快速發展時,它可能會成爲一種阻礙。
由衷的希望有關規範能夠及時地更新,更具有前瞻性,讓規範真正起到對規劃設計和實施的指導意義,還規範的本來面目。
痛點四
鉛酸蓄電池壽命普遍在5~6年,好的在7~8年。
如何更好的與數據中心生命週期匹配,從而降低總的應用成本,是擺在數據中心行業人士面前的一道難題。
可能的兩條途徑:1.依靠技術的進步。
蓄電池技術的革命一定會深刻地影響數據中心行業未來的發展,大容量、長壽命電池技術的研發,需要研究數據中心行業特點,與數據中心生命週期對接,從而更符合數據中心行業的需要。
2.科學的運維,監測。
通過對蓄電池系統科學的運維管理,監測維護,及時發現故障隱患,從而客觀上延長了蓄電池的使用壽命,降低了總體擁有成本。
痛點五
蓄電池對於環境的耐受性提高,有利於數據中心降低能耗。
目前,鉛酸蓄電池對於環境溫度的要求還是比較高的,其相當佳工作溫度爲20~25 ℃。
有關資料顯示,當環境溫度在25℃時,溫度每升高6~10 ℃,閥控蓄電池的壽命縮短一半,電池循環壽命縮短。
當環境溫度降低時,電池可用容量迅速降低。
高溫型閥控電池的研究爲進一步降低能耗帶來了曙光。
目前在野外,通信基站機房已經有應用高溫型閥控電池的案例。
未來隨着高溫型電池製造成本的降低,再考慮對空調需求的降低所產生的節能效益,相信高溫型電池技術會是未來數據中心採用的一種技術方向。
痛點六
在UPS及電池廠商二次深化過程中,電池系統直流電纜及連接條等附件的選擇是否滿足放電要求,安裝質量是否滿足要求,這些如果處理不好,可能成爲事故的故障點。
因爲各廠家UPS技術的不同,一般在項目中標後會有二次深化的過程,其電池系統電纜及附件等往往成套由UPS廠商提供,這樣做的好處是工程的接口少,有利於責任的劃分。
不利之處在於:其配套選型能力及附件質量完全依靠其技術能力和信譽,前列廠家相對更可靠。
已經有因電纜及附件問題導致火災事故的情況,需要引起足夠的重視。