Sveiki draugi!
Pēc raksta publicēšanas Ir bijuši daudzi komentāri par Li-Ion risinājumu briesmām serveriem un datu centriem. Tāpēc šodien mēģināsim noskaidrot, kādas ir atšķirības starp rūpnieciskajiem litija risinājumiem UPS un jūsu sīkrīka akumulatoru, kā atšķiras akumulatoru darbības apstākļi servera telpā, kāpēc Li-Ion tālrunī akumulators neiztur. vairāk nekā 2-3 gadus, un datu centrā šis skaitlis palielināsies līdz 10 vai vairāk gadiem. Kāpēc litija aizdegšanās risks datu centrā/servera telpā ir minimāls.
Jā, negadījumi ar UPS akumulatoriem ir iespējami neatkarīgi no enerģijas uzkrāšanas ierīces veida, taču mīts par rūpniecisko litija risinājumu “ugunsbīstamību” neatbilst patiesībai.
Galu galā daudzi to ir redzējuši ar litija akumulatoru automašīnā, kas pārvietojas pa šoseju? Tātad, redzēsim, izdomāsim, salīdzināsim...
Šeit mēs redzam tipisku nekontrolētas pašsasilšanas, tālruņa akumulatora termiskās noplūdes gadījumu, kas noveda pie šāda incidenta. Jūs teiksiet: ŠEIT! Tas ir tikai telefons, tikai traks kaut ko tādu liktu servera telpā!
Esmu pārliecināts, ka pēc šī materiāla izpētīšanas lasītājs mainīs savu viedokli par šo jautājumu.
Pašreizējā situācija datu centru tirgū
Nav noslēpums, ka datu centra izveide ir ilgtermiņa ieguldījums. Inženiertehniskā aprīkojuma cena vien var būt 50% no visu kapitāla izmaksu izmaksām. Atmaksāšanās periods ir aptuveni 10-15 gadi. Likumsakarīgi, ka ir vēlme visā datu centra dzīves ciklā samazināt kopējās īpašuma izmaksas un vienlaikus arī kompakto inženiertehnisko aprīkojumu, atbrīvojot maksimāli daudz vietas kravai.
Optimālais risinājums ir jauna industriālo UPS iterācija uz Li-Ion akumulatoriem, kas jau sen ir atbrīvojušies no “bērnu slimībām” ugunsbīstamības, nepareizu uzlādes-izlādes algoritmu veidā un ieguvuši aizsargmehānismu masu.
Palielinoties skaitļošanas un tīkla iekārtu jaudai, pieaug pieprasījums pēc UPS. Tajā pašā laikā palielinās prasības akumulatora darbības laikam, ja rodas problēmas ar centralizētu barošanu un/vai bojājumi, iedarbinot rezerves barošanas avotu dīzeļa ģeneratora komplekta lietošanas/pieejamības gadījumā.
Mūsuprāt, ir divi galvenie iemesli:
- Strauja apstrādātās un pārsūtītās informācijas apjoma pieaugums
Tā, piemēram, kas
ir jāsaglabā un jāapstrādā. - Elektroenerģijas patēriņa dinamikas pieaugums. Neskatoties uz vispārējo tendenci samazināt IT iekārtu enerģijas patēriņu, samazinot elektronisko komponentu īpatnējo enerģijas patēriņu.
Tikai viena darba datu centra enerģijas patēriņa grafiks
Tādu pašu tendenci liecina arī datu centru tirgus prognozes mūsu valstī.Saskaņā ar tīmekļa vietni, kopējais ekspluatācijā nodoto plauktu vietu skaits ir vairāk nekā 20 tūkstoši.“20 lielāko datu centru pakalpojumu sniedzēju ekspluatācijā nodoto plauktu vietu skaits 2017. gadā palielinājās par 3% un sasniedza 22,4 tūkstošus (dati uz 1. oktobri, 2017),” teikts CNews Analytics pārskatā. Saskaņā ar konsultāciju aģentūru datiem līdz 2021. gadam ir paredzēts, ka plauktu vietu skaits pieaugs līdz 49 tūkstošiem. Tas ir, divu gadu laikā datu centra faktiskā jauda var dubultoties. Ar ko tas ir saistīts? Pirmkārt, palielinoties informācijas apjomam: gan glabājamās, gan apstrādātās.
Papildus mākoņiem spēlētāji par izaugsmes punktiem uzskata datu centru kapacitātes attīstību reģionos: tie ir vienīgais segments, kur ir rezerve biznesa attīstībai. Saskaņā ar IKS-Consulting datiem 2016. gadā reģioni veidoja tikai 10% no visiem tirgū piedāvātajiem resursiem, savukārt galvaspilsēta un Maskavas apgabals aizņēma 73% no tirgus, bet Sanktpēterburga un Ļeņingradas apgabals - 17%. Reģionos joprojām trūkst datu centru resursu ar augstu kļūdu tolerances pakāpi.
Tiek prognozēts, ka līdz 2025. gadam kopējais datu apjoms pasaulē pieaugs 10 reizes, salīdzinot ar 2016. gadu.
Tomēr cik drošs ir litijs servera vai datu centra UPS?
Trūkums: Li-Ion risinājumu augstās izmaksas.
Litija jonu akumulatoru cena joprojām ir augsta, salīdzinot ar standarta risinājumiem. Saskaņā ar SE aprēķiniem, sākotnējās izmaksas lieljaudas UPS virs 100 kVA Li-Ion risinājumiem būs 1,5 reizes lielākas, bet galu galā ietaupījums uz īpašumtiesībām būs 30-50%. Ja mēs salīdzinām ar citu valstu militāri rūpniecisko kompleksu, tad šeit ir ziņas par palaišanu ar Li-Ion akumulatoriem. Diezgan bieži šādos risinājumos tiek izmantotas litija dzelzs fosfāta baterijas (fotoattēlā LFP) to relatīvā lētuma un lielākas drošības dēļ.
Rakstā minēts, ka jaunu zemūdenes akumulatoru iegādei tika iztērēti 100 miljoni dolāru, mēģināsim to pārvērst citās vērtībās...4,2 tūkstoši tonnu ir Japānas zemūdenes zemūdens izspiešana. Virsmas tilpums - 2,95 tūkst.t. Parasti 20-25% no laivas svara veido akumulatori. No šejienes mēs paņemam aptuveni 740 tonnas - svina-skābes akumulatorus. Turklāt: litija masa ir aptuveni 1/3 no svina-skābes akumulatoru masas -> 246 tonnas litija. Pie 70 kWh/kg litija jonu gadījumā mēs iegūstam aptuveni 17 MWh akumulatora jaudas. Un akumulatoru masas atšķirība ir aptuveni 495 tonnas... Šeit mēs neņemam vērā , kas prasa 14,5 tonnas sudraba uz vienu zemūdeni un maksā 4 reizes vairāk nekā svina-skābes akumulatori. Atgādināšu, ka Li-Ion akumulatori šobrīd ir tikai 1,5-2 reizes dārgāki par VRLA, atkarībā no risinājuma jaudas.
Kā ar japāņiem? Pārāk vēlu viņi atcerējās, ka laivas “atvieglināšana” par 700 tonnām maina tās kuģospēju un stabilitāti... Lai atgrieztos projektētajā laivas svara sadalījumā, droši vien bija jāpievieno ieroči uz klāja.
Litija jonu akumulatori arī sver mazāk nekā svina-skābes akumulatori, tāpēc Soryu klases zemūdenes dizains bija nedaudz jāpārveido, lai saglabātu balastu un stabilitāti.
Japānā ir izveidoti un darba stāvoklī nonākuši divu veidu litija jonu akumulatori: litija-niķeļa-kobalta-alumīnija oksīda (NCA), ko ražo GS Yuasa, un litija titanātu (LTO), ko ražo Toshiba Corporation. Japānas flote izmantos NCA akumulatorus, savukārt Austrālijai nesen rīkotajā konkursā tika piedāvāti LTO akumulatori izmantošanai Soryu klases zemūdenēs, norāda Kobajaši.
Zinot godbijīgo attieksmi pret drošību Uzlecošās saules zemē, varam pieņemt, ka litija drošības jautājumi ir atrisināti, pārbaudīti un sertificēti.
Risks: ugunsbīstamība.
Šeit mēs noskaidrosim publicēšanas mērķi, jo pastāv diametrāli pretēji viedokļi par šo risinājumu drošību. Bet tā visa ir retorika, bet kā ar konkrētiem industriāliem risinājumiem?
Mēs jau esam apsprieduši drošības jautājumus mūsu , bet pakavēsimies pie šī jautājuma vēlreiz. Pievērsīsimies attēlam, kurā tika pārbaudīts Samsung SDI ražotā un Schneider Electric UPS sastāvā izmantotā akumulatora moduļa un LMO/NMC šūnas aizsardzības līmenis.
Lietotāja rakstā tika apspriesti ķīmiskie procesi . Mēģināsim izprast iespējamos riskus mūsu konkrētajā gadījumā un salīdzināt tos ar daudzlīmeņu aizsardzību Samsung SDI šūnās, kas ir gatavā Type G Li-Ion statīva neatņemama sastāvdaļa kā daļa no visaptveroša risinājuma, kura pamatā ir Galaxy VM. .
Sāksim ar vispārīgu gadījuma blokshēmu par ugunsgrēka riskiem un cēloņiem litija jonu elementā.
Zem spoilera var izpētīt litija jonu akumulatoru ugunsgrēka riska teorētiskos jautājumus un procesu fizikuSākotnējā blokshēma par litija jonu elementa ugunsgrēka riskiem un cēloņiem (drošības apdraudējums) no plkst. 2018 gadā.
Tā kā atkarībā no litija jonu elementa ķīmiskās struktūras pastāv atšķirības elementa termiskajā izplūdes īpašībās, šeit mēs koncentrēsimies uz rakstā aprakstīto procesu litija-niķeļa-kobalta-alumīnija šūnā (pamatojoties uz LiNiCoAIO2). vai NCA.
Negadījuma rašanās procesu kamerā var iedalīt trīs posmos:
- 1. posms (Sākums). Normāla šūnas darbība, kad temperatūras paaugstināšanas gradients nepārsniedz 0,2 grādus pēc Celsija minūtē, un pašas šūnas temperatūra nepārsniedz 130-200 grādus pēc Celsija atkarībā no šūnas ķīmiskās struktūras;
- 2. posms, iesildīšanās (Paātrinājums). Šajā posmā temperatūra paaugstinās, temperatūras gradients strauji palielinās, un siltumenerģija tiek aktīvi atbrīvota. Kopumā šo procesu pavada gāzu izdalīšanās. Pārmērīga gāzes izdalīšanās jākompensē ar drošības vārsta darbību;
- 3. posms, termiskais bēgums (Runaway). Akumulatora sildīšana virs 180-200 grādiem. Šajā gadījumā katoda materiāls nonāk disproporcijas reakcijā un atbrīvo skābekli. Tas ir termiskās bēgšanas līmenis, jo šajā gadījumā var rasties uzliesmojošu gāzu maisījums ar skābekli, kas izraisīs spontānu aizdegšanos. Tomēr šo procesu dažos gadījumos var kontrolēt, lasīt - mainoties ārējo faktoru režīmam, termiskā bēgšana dažos gadījumos apstājas bez letālām sekām apkārtējai telpai. Litija elementa izmantojamība un veiktspēja pēc šiem notikumiem netiek ņemta vērā.
Termiskā temperatūra ir atkarīga no šūnas lieluma, šūnas konstrukcijas un materiāla. Termiskā bēgšanas temperatūra var svārstīties no 130 līdz 200 grādiem pēc Celsija. Termiskā palaišanas laiks var atšķirties un svārstīties no minūtēm, stundām vai pat dienām...
Kā ar LMO/NMC tipa šūnām litija jonu UPS?
– Lai novērstu anoda saskari ar elektrolītu, kā elementa (SFL) daļa tiek izmantots keramikas slānis. Litija jonu kustība tiek bloķēta pie 130 grādiem pēc Celsija.
– Papildus aizsargventilācijas vārstam tiek izmantota Over Charge Device (OSD) aizsardzības sistēma, kas darbojas kopā ar iekšējo drošinātāju un izslēdz bojāto elementu, neļaujot termiskajam izplūdes procesam sasniegt bīstamu līmeni. Turklāt iekšējā OSD sistēma aktivizēsies agrāk, kad spiediens sasniegs 3,5 kgf/cm2, tas ir, uz pusi mazāks nekā šūnas drošības vārsta reakcijas spiediens.
Starp citu, elementu drošinātājs darbosies ar strāvu virs 2500 A ne vairāk kā 2 sekundēs. Pieņemsim, ka temperatūras gradients sasniedz 10 grādus C/min. Pēc 10 sekundēm šūnai būs laiks palielināt temperatūru par aptuveni 1,7 grādiem, atrodoties pārspīlēšanas režīmā.
– Trīsslāņu separators šūnā uzlādes režīmā bloķēs litija jonu pāreju uz šūnas anodu. Bloķēšanas temperatūra ir 250 grādi pēc Celsija.
Tagad redzēsim, kas mums ir ar šūnu temperatūru; Salīdzināsim, kādos posmos šūnu līmenī tiek iedarbināti dažādi aizsardzības veidi.
— OSD sistēma – 3,5+-0,1 kgf/cm2 <= ārējais spiediens
Papildu aizsardzība pret pārstrāvu.
— drošības vārsts 7,0+-1,0 kgf/cm2 <= ārējais spiediens
- drošinātājs elementā 2 sekundes pie 2500A (pārstrāvas režīms)
Šūnas termiskās aizbēgšanas risks ir tieši atkarīgs no šūnas uzlādes pakāpes/līmeņa, sīkāk šeit...Apskatīsim šūnu uzlādes līmeņa ietekmi termiskās bēgšanas risku kontekstā. Apskatīsim elementa temperatūras un SOC parametra (Uzlādes stāvoklis, akumulatora uzlādes pakāpe) atbilstības tabulu.
Akumulatora uzlādes līmenis tiek mērīts procentos, un tas parāda, cik liela daļa no kopējās uzlādes joprojām ir saglabāta akumulatorā. Šajā gadījumā mēs apsveram akumulatora uzlādes režīmu. Var secināt, ka atkarībā no litija elementa ķīmiskās sastāva akumulators var izturēties atšķirīgi, ja tas ir pārlādēts, un tam ir atšķirīga jutība pret termisko noplūdi. Tas ir saistīts ar dažāda veida litija jonu elementu atšķirīgo īpatnējo jaudu (A*h/gram). Jo lielāka ir elementa īpatnējā jauda, jo ātrāk izdalās siltums uzlādes laikā.
Turklāt pie 100% SOC ārējs īssavienojums bieži izraisa šūnas termisku aizbēgšanu. No otras puses, kad šūnā ir 80% SOC, šūnas maksimālā termiskā izplūdes temperatūra mainās uz augšu. Šūna kļūst izturīgāka pret ārkārtas apstākļiem.
Visbeidzot, 70% SOC ārējie īssavienojumi var nemaz neizraisīt termisku aizbēgšanu. Tas ir, elementu aizdegšanās risks ir ievērojami samazināts, un visticamākais scenārijs ir tikai litija akumulatora drošības vārsta darbība.
Turklāt no tabulas mēs varam secināt, ka akumulatora LFP (purpursarkanā līkne) parasti ir straujš temperatūras paaugstināšanās, tas ir, “iesildīšanās” stadija vienmērīgi pāriet uz “termiskās palaišanas” stadiju, un akumulatora stabilitāte. šī sistēma līdz pārmaksai ir nedaudz sliktāka. Kā redzam, LMO akumulatoriem uzlādes laikā ir vienmērīgāks sildīšanas raksturlielums.
SVARĪGI: Kad tiek aktivizēta OSD sistēma, šūna tiek atiestatīta uz apiešanu. Tādējādi spriegums uz statīva tiek samazināts, bet tas paliek darbībā un nodrošina signālu UPS uzraudzības sistēmai caur paša statīva BMS sistēmu. Klasiskās UPS sistēmas ar VRLA akumulatoriem gadījumā īssavienojums vai pārrāvums vienā akumulatorā virknē var izraisīt UPS atteici kopumā un IT aprīkojuma funkcionalitātes zudumu.
Pamatojoties uz iepriekš minēto, litija šķīdumu izmantošanai UPS joprojām ir aktuāli šādi riski:
- Šūnas vai moduļa termiskā izplūde ārēja īssavienojuma rezultātā - vairāki aizsardzības līmeņi.
- Šūnas vai moduļa termiskā izsīkšana iekšējā akumulatora darbības traucējumu rezultātā - vairāki aizsardzības līmeņi šūnas vai moduļa līmenī.
- Pārmaksa – aizsardzība ar BMS, kā arī visu līmeņu aizsardzība plauktam, modulim, šūnai.
- Mehāniskie bojājumi mūsu gadījumā nav aktuāli, notikuma risks ir niecīgs.
- Plaukta un visu bateriju (moduļu, elementu) pārkaršana. Nekritisks līdz 70-90 grādiem. Ja temperatūra UPS uzstādīšanas telpā paaugstinās virs šīm vērtībām, tas nozīmē, ka ēkā ir izcēlies ugunsgrēks. Normālos datu centra darbības apstākļos notikuma risks ir niecīgs.
- Samazināts akumulatora darbības laiks paaugstinātā istabas temperatūrā - ir pieļaujama ilgstoša darbība temperatūrā līdz 40 grādiem bez manāma akumulatora darbības laika samazināšanās. Svina akumulatori ir ļoti jutīgi pret jebkādu temperatūras paaugstināšanos un samazina to atlikušo kalpošanas laiku proporcionāli temperatūras pieaugumam.
Apskatīsim blokshēmu par nelaimes gadījumu risku ar litija jonu akumulatoriem mūsu datu centrā, serveru telpas lietošanas gadījumā. Nedaudz vienkāršosim diagrammu, jo litija UPS darbosies ideālos apstākļos, ja salīdzināsim jūsu gadžetā, telefonā esošo akumulatoru darbības apstākļus.
SECINĀJUMS: Specializētajiem litija akumulatoriem datu centru un serveru telpu UPS ir pietiekams aizsardzības līmenis pret avārijas situācijām, un kompleksā risinājumā liels dažādu aizsardzības pakāpju skaits un vairāk nekā piecu gadu pieredze šo risinājumu darbībā ļauj runāt par augsts jauno tehnoloģiju drošības līmenis. Cita starpā nevajadzētu aizmirst, ka litija bateriju darbība mūsu sektorā izskatās pēc “siltumnīcas” apstākļiem Li-Ion tehnoloģijām: atšķirībā no viedtālruņa kabatā neviens nenometīs akumulatoru datu centrā, nepārkarsīs, neizlādēsies. katru dienu aktīvi izmantot bufera režīmā.
Jūs varat uzzināt sīkāku informāciju un apspriest konkrētu risinājumu, izmantojot litija jonu akumulatorus jūsu serveru telpai vai datu centram, nosūtot pieprasījumu pa e-pastu , vai iesniedzot pieprasījumu uzņēmuma tīmekļa vietnē .
ATVĒRTĀS TEHNOLOĢIJAS – uzticami visaptveroši risinājumi no pasaules līderiem, kas pielāgoti tieši jūsu mērķiem un uzdevumiem.
Autors: Kuļikovs Oļegs
Vadošais projektēšanas inženieris
Integrācijas risinājumu nodaļa
Atvērto tehnoloģiju uzņēmums
Aptaujā var piedalīties tikai reģistrēti lietotāji. , lūdzu.
Kāds ir jūsu viedoklis par uz Li-Ion tehnoloģijām balstītu industriālo risinājumu drošību un pielietojamību?
-
16,2%Bīstams, pašaizdegšanās, nekādā gadījumā neliktu savā servera telpā.11
-
10,3%Mani tas neinteresē, tāpēc periodiski mainām klasiskās baterijas, un viss ir kārtībā.7
-
16,2%Jādomā, vai tas varētu būt droši un daudzsološi.11
-
23,5%Interesanti, apskatīšu iespējas.16
-
13,2%Interesē! Ieguldiet vienreiz – un nebaidieties pārslogot visu datu centru viena svina akumulatora atteices dēļ.9
-
20,6%Interesanti! Priekšrocības ievērojami pārsniedz trūkumus un riskus.14
Nobalsoja 68 lietotāji. 25 lietotāji atturējās.
Avots: www.habr.com