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UPS低负载率储能提高IDC机房用电效率

作者:文宝玉 来源:UPS应用 时间:2020-01-17 浏览:

中国储能网讯:UPS的蓄电池一般处于备用状态,是一种睡资产,本文的概念是将这睡资产盘活,变成赚钱工具。利用UPS低负载率时,每天将多余的电量在峰值电价时放电套利。这概念具有很好的实用性以及经济性。

UPS的特性和痛点

UPS主要功能是保障一些重要负载的电力不间断供应,目前广泛应用于数据中心,医院,铁路,金融等等有重要负荷的行业。UPS具有如下的特性和痛点:

1、UPS主要特性

1、UPS需要实现无缝切换,切换时间≤5ms;

2、UPS应用于有重要负载的场合,所以一般均有油机作为备用,要求UPS电池后时间为15min;

3、大部分采用铅酸电池;

4、UPS是必需的,与经济效益无关。

2、UPS的痛点

1、蓄电池在使用周期内很少放电,成为“睡资产”;

2、电池一般处于浮充状态,实际健康情况不明;

3、电池寿命一般4~5年即需要更换;

4、在负载较低时,电池的容量是极大的浪费,以数据中心为例,数据中心供电系统一般采用2N架构,即有两路市电及UPS给负载供电,在数据中心设计时,两路UPS均以满负载备电15min设计,但实际上机柜需要根据情况增加,即负载是慢慢增加的,所以两路市电均正常时,每一路的负载率最大不超过50%,一般负载率大约40%左右。

储能系统的特性和痛点

这里的储能系统指狭义上的电化学储能系统,储能系统经过近几年的飞速发展,由于自身的局限性,目前已到瓶颈期。

1、储能系统的特性

1、储能系统一般利用电价的峰谷差套利,一般每天放电2~8h;

2、目前电池大多采用锂电池和铅碳电池,因为电池的循环寿命与放电深度有关,不能100%放空,以铅碳电池为例,放电深度60%左右最佳;

3、C&D铅碳电池电池相比UPS电池,使用寿命较长,50%DOD(放电深度)条件下,可循环使用5000次。

2、储能系统的痛点

1、目前国内各省的峰谷价差不同,差价低的地区没有经济性;

2、回收周期长,甚至不能回本;

3、每天深度放电会严重影响电池寿命,需要预留40%左右容量,形成浪费;

4、储能系统不是必须的,有经济价值才有安装价值,但以目前国内的峰谷电价较低,电池成本相对较高,目前储能很难盈利,这也是制约储能发展的主要原因。

3、低负载率储能概念

低负载率储能概念是将UPS和储能相结合的一种全新应用概念,需要的改动如下: 

一是UPS软件升级优化,使其每天在固定的峰电时段以设定的功率放电,在谷电时段以设定的功率充电;  

二是将铅酸电池改为铅碳电池,由于原来的普通铅酸电池循环寿命较短,改为铅碳电池后大幅提升循环寿命,增加成本不多。 

与原UPS系统相比,改动很小,且不增加占地面积,根据目前负载的情况设计充放电策略,在保障目前负载备电要求的前提下,利用峰谷差将多余电能做充放电循环实现盈利。可带来如下好处:

1、系统每天充放电,可准确知道电池的健康状况,避免原来浮充电处在紧急情况下放不出电的情况;

2、寿命更长,原来的普通铅酸电池浮充寿命约5年左右,50%DOD寿命达寿命约9年;40%DOD寿命达寿命达10年;

3、可快速回收多增加的成本,回本周期为2~3年,能产生很好的经济效益,总收益可达增加投资额的4倍(不同的峰谷电价有不同的收益)。

纯储能系统与UPS储能的比较见表1。

低负载率储能经济效益分析

1、以500kVA的UPS为例,在满负载条件下,配置160只12V/200Ah铅碳电池,后备时间为16.8min,配置计算表见表2。

2、以500kVA的UPS为例,在75%负载条件下,配置160只12V/200Ah铅碳电池,后备时间为30.7min,配置计算表见表3。

3、以500kVA的UPS为例,在60%负载条件下,配置160只12V/200Ah铅碳电池,后备时间为43.91min,配置计算表见表4。

4、500kVAUPS配置SPC12-250FT×40只×4组,在不同负载率备电时间及充放电策略见表5。

5、500kVA的UPS,在75%负载条件下的经济效益分析见表6。

6、5500kVAUPS低负载功率储能效益分析(表6)

由表6可知,系统增加成本128,000元,每年节省电费52,858元,回本周期2.42年,寿命周期内总节省电费528,584元,扣除铅碳电池增加成本后总收益400,584元(不同的峰谷电价有不同的收益),从这案例,总收益甚至连铅酸电池的成本也可以收回来。

UPS储能系统需要UPS新增的功能

1、UPS要具有市电与电池联合向负载供电的功能;

2、UPS要有储能模式和应急模式。市电正常时,UPS按预设的储能模式,按时按市电的充放电功率进行充放电运作。当市电中断时,UPS立刻转为应急模式(正常的UPS模式),全部由电池供电给负载。

市场应用和发展趋势

1、市场应用:本概念应用大至大型数据中心机房的UPS或HVDC设备,小至独立UPS系统或EPS系统,甚至任何后备电源系统都可以通过不同的电池容量配置进行储能套利,将睡资产盘活;

2、发展趋势:这是小投资大收益的概念,加上国家大力推广储能,市场认知后,未来发展趋势是铅碳电池取代铅酸电池在所有后备电源的应用,作为储能使用。

结束语

1、由于UPS储能的备电时间同样是15min,所以原则上不增加电池的安装面积;

2、UPS储能充放电改变是属于功率变动,不属于市电切换,UPS基本性能不变,UPS的可靠性不变;

3、用户多付一点电池成本,由铅酸电池改为采购铅碳电池。从峰谷电价除了可以收回增加的投资成本外,甚至可能收回铅酸电池的成本(根据不同地区的峰谷电价有不同的收益。);

4、铅碳电池的安全性与铅酸电池相同,不用担心电池的安全问题;

5、电池有更长的使用寿命;

6、天天放电,可以清楚知道蓄电池的健康状况,电池用得更安心。由此看来,UPS储能概念百利而无一害,值得广泛推广。

作者简介

文宝玉:苏州安鑫储能科技有限公司总经理。

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