Das LiFePOwer Li-Ionen-Akku-Portfolio

 

Einsatz von Li-Ionen Batterien in Rechenzentren

Pro und Contra

Die technischen Fortschritte der letzten Jahre erlauben es jetzt USV-Anlagen mit einem Wirkungsgrad von bis zu 97% zu bauen.
Als Energiespeicher verwenden wir aber immer noch die gleichen Blei-Säure- oder VRLA-Batterien als Stromspeicher. Sie machen immer noch ihren Job und sie machen es gut: Warum also ändern?

 

Die Herausforderung bei VRLA-Batterien besteht darin, dass sie immer noch eine Temperatur von etwa 20°C benötigen, um ihre Lebensdauer zu optimieren.
Eine branchenübliche Schätzung ist, dass sich für jeweils 10 Grad über 20°C die Lebensdauer einer VRLA-Batterie halbiert. Daher ist ein Bereich, der die weit
verbreitete Einführung einer Alternative wie Li-Ionen-Batterien in Rechenzentren fördern könnte, die Notwendigkeit eines Energiemanagements.
Li-Ionen-Akkus bieten eine interessante Alternative zu VRLA-Batterien, da sie bei viel höheren Temperaturen optimal laufen: bis zu hohen 20°C / niedrigen 30°C.
Die meisten IT-Systeme arbeiten auch bei >25°C und die USV-Technologie selbst kann gut bis zu 40°C arbeiten. Sicherlich könnte dies in vielen europäischen
Ländern bedeuten, dass die natürliche Lufttemperatur (die im Durchschnitt zwischen 20°C-22°C liegt) die Notwendigkeit einer Klimaanlage insgesamt erspart.
Dies würde zu erheblichen Einsparungen bei den Wiederlaufkosten für Rechenzentren und einem geringeren CO₂-Fußabdruck führen.
Platzersparnis ist ebenfalls ein Vorteil. Viele Rechenzentren haben aktuell genug Platz, um Blei-Säure-Batterien problemlos unterzubringen.

 

Wenn jedoch der Platz knapp ist, benötigen Li-Ionen-Batterien typischerweise ein Drittel des physischen Platzes der entsprechenden VRLA-Blöcke und sind weniger als ein Viertel des Gewichts. Diese platzsparenden Eigenschaften können beispielsweise kleineren regional ansässigen Edge-Rechenzentren Vorteile bieten.
Bisher war ein auch Nachteil der Umstellung auf Li-Ionen die höheren Anschaffungskosten. Allerdings wurden die Preise in den letzten Jahren, begünstigt durch die Automobilindustrie nach unten getrieben und sind in den letzten zehn Jahren deutlich gesunken. Wir finden im Allgemeinen, dass die anfänglichen CAPEX-Kosten für den Kauf von LiIonen doppelt so teuer sind wie bei Blei-Säure-Batterien.

Li-Ionen halten jedoch doppelt solange. Zehn Jahre Lebensdauer Blei-Säure-Batterien werden normalerweise alle sieben oder acht Jahre ausgetauscht. Mit Li-Ion sind das 13-15 Jahre. Wenn also auch das plus die gesamten Energieeinsparungen berücksichtigt werden, kann Li-Ionen die Gesamtbetriebskosten (TCO) senken und die Befürchtungen über die Anfangsinvestition überwiegen.

 

In der Vergangenheit gab es darüber hinaus auch Sicherheitsbedenken in Bezug auf Li-Ionen-Batterien. Aber, die Technologie hat sich weiterentwickelt.
Die Zertifizierung und Prüfung von Li-Ionen-Batterien wird durch die vor über zwei Jahren international eingeführte Norm IEC62619 abgedeckt, die sich speziell auf die Steuerungssysteme in Industriebatterien bezieht.

 

Li-Ionen-Batterien sind empfindlicher für das Laden und Entladen, da einige Li-Ionen-Materialien O₂ bei hohen Temperaturen während Überladebedingungen oder einfach thermisch weglaufen freisetzen, daher sind alle von IEC62619 für ein internes Batteriemanagementsystem (BMS) erforderlich. Dadurch wird verhindert, dass der organische flüssige Elektrolyt durch Über- oder Unterladung zu heiß wird. Das BMS warnt, wenn der spannungsbereich der sicheren Hüllkurve überschritten wird und dann die kompatible US-Leuchte reagieren kann. Wird dies ignoriert, wird ein Alarm der Stufe zwei mit einem Leistungsschalter verknüpft, um ein weiteres Laden oder Entladen der Zelle zu verhindern. Diese doppelte Schutzstufe muss implementiert und getestet werden, um der IEC62619-Verordnung zu entsprechen.
Jede Batterie, einschließlich Blei-Säure-Batterien, ist eine potenzielle Gefahr, aber die Li-Ionen-Technologie wurde jetzt so entwickelt, dass sie in Rechenzentren und anderen Einrichtungen, die einen kritischen Stromschutz erfordern, sicher eingesetzt werden kann.

 

Es gibt verschiedene Arten von Li-Ionen-Batterien, NCM, LCO, LMO und LFP sind die am häufigsten verwendeten. Ein Material mit hoher Stabilität in jedem Zustand wird benötigt. Am sichersten und zuverlässigeren ist LFP, da die Zersetzung von LFP kein O₂ erzeugt, was das Explosionsrisiko drastisch reduziert.
In Zukunft wird Li-Ionen zweifellos zunehmend in der USV-Industrie eingesetzt werden. Die Systeme müssen jedoch Li-Ionen-fähig sein, und Hersteller von USV-Geräten müssen sicherstellen, dass ihre Technologie kompatibel ist und mit dem Überwachungssystem für Li-Ionen-Batterien "sprechen" kann. Interessanterweise ist der Einsatz von Li-Ionen in USV-Systemen bisher in Entwicklungsländern in Afrika und im Nahen Osten stärker gewesen, wo das Hauptstromnetz weniger zuverlässig ist als in Großbritannien und häufige Stromprobleme an der Tagesordnung sind. In diesen Fällen müssen die USV- und Batteriesysteme mehrmals täglich zyklisch betrieben werden. Diese größere Aufnahme ist in erster Linie auf die höhere Zyklen-Lebensdauer von Li-Ionen zurückzuführen: typischerweise 3.000 Ein- und Ausschaltzyklen im Vergleich zu etwa 300 bei der VRLA-Technologie.
Dies könnte auf eine weitere mögliche Anwendung von Li-Ionen in der Zukunft hindeuten. Da der Druck auf die Energieversorgung unserer Städte zunimmt, könnte das nachfrageseitige Energiemanagement dazu kommen, dass Rechenzentren für ihre überschüssige Energie bezahlt werden. Ähnlich wie bei Verbraucher-Solarmodulen könnte gespeicherte Energie während der Ausfallzeit wieder in das Netz eingespeist werden, und die USV könnte von einem Datensicherungsknotenpunkt zu einem Bankkonto werden und Einnahmen generieren, indem sie den Strombedarf und die Stromnutzung nutzt. Die Fähigkeit von Li-Ionen, hoch- und runtergefahren zu werden, könnte in diesem Bereich für die Zukunft interessante Anwendungen bieten.

 

Die Li-Ionen-Lösung von CENTIEL wird bereits von unseren zukunftsorientiertesten Kunden installiert, die die Vorteile von Li-Ionen gegenüber Blei-Säure-Batterien nutzen möchten, nämlich: Sie sind kleiner, leichter, haben eine hohe Leistungsdichte, eine längere Lebensdauer und arbeiten bei höheren Temperaturen. In den nächsten fünf Jahren gehen wir davon aus, dass es zu einer signifikanten Umstellung der Branche auf Li-Ionen kommen wird.

 

Die gute Nachricht ist, dass die Technologie von CENTIEL bereits Li-Ionen-fähig ist, bestehende Blei-Säure-Batterieinstallationen haben die Möglichkeit, in Zukunft auf Li-Ionen aufzurüsten, ohne die USV ersetzen zu müssen.

 

 

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