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    資料中心使用鋰電池的優缺點

    閥控型鉛酸 (VRLA) 蓄電池常用於不斷電系統的三相來源。由於其重量與尺寸的緣故,資料中心需具備強化的承載結構。VRLA 電池的性能特性也會受溫度影響,進而增加空調系統的負載。VRLA 電池並非特別耐用且需定時更換,這也造成營運成本的增加。

    由於 VRLA 電池沒有經濟可行的替代方式,因此設計工程師必須忍受其缺點。不過,近年來鋰電池的情況有所改變。直到目前為止,由於在價格、能源、容量、安全與可靠性之間未達到合理平衡,因此資料中心的不斷電系統並沒有使用的可行性。但由於電動車技術的進步,此問題已獲得解決。第一部由鋰電池供電的不斷電系統已於 2016 年上市。現在所有的主要大廠皆使用鋰電池,此方向已公認為最有希望的選擇。根據 Bloomberg New Energy Finance 報導,截至 2025 年,鋰電池解決方案將佔資料中心使用 UPS 市場的 40%。

    鋰電池的優缺點

    消費電子公司通常使用鋰鈷電池,該電池容量可達多個安培時,這些不斷電系統均搭載矩形的鋰錳電池。而其安裝容量為 60 安培時,並搭載更長的使用壽命與多種程度的故障防護。有時個別模組,甚至個別電池需負責監控重要性能參數,如溫度、電壓和電流。有時電源機櫃或甚至整部系統都可負責此監控流程。必須實施監控才能完全掌控充電與放電流程,避免發生臨界加熱與不可逆的化學程序。鋰電池也具備更高的能量密度 (Wh/kg) 與更高的輸出功率密度 (W/kg)。擁有與鉛酸電池相似的能量儲存容量,而重量則是鉛酸電池的三分之一不到,此優點有助於降低系統的總質量達 60-80%。

    近年來,資料中心因空間限制與更高效率營運的需求而皆以增加其功率密度為主要目標。更有效率的可用空間儼然是資料中心擁有者最重要的工作之一。體積小巧的鋰電池能減少在不斷電系統中的佔用空間達 50-80%。此類電池的充電時間更少且自行放電的速率更佳,當發生頻繁的運行中斷時可扮演重要的角色。閒置時,鋰電池每月會損失約 1-2% 的電量。最重要的優勢為其長效的使用壽命。鉛酸電池的使用壽命極短,只有 3 至 6 年。而另一方面,鋰電池則能持續使用約 10 年。根據不同的化學、技術與溫度,鋰電池的充電效率可長達 5,000 次生命週期且免維護,而鉛酸電池的平均充電效率則只有 700 次生命週期。

    鋰電池的整體擁有成本為期 10 年(資料中心 UPS 的平均使用壽命),相較之下鉛酸電池少了 39%。儘管此為樂觀預估值,但至少能保證節省 10%。鋰電池唯一一個嚴重的缺點—初期投資明顯更高。這也是為何大型資料中心早已成為導入新型解決方案的先驅。此設施更重要的目的在於降低整體擁有成本,而非短期獲利,即便在此情況下積少成多的節省成本仍相當可觀。另外,小型電池的好處能更有效的利用可用空間,同時可靠的監控系統也能確保更優異的安全及穩定的性能。鋰電池可在比 VRLA 更高溫度下運行,而不會損失容量,並可降低冷卻系統的負荷。當然,甚至還有配備鋰電池的單相 UPS。各種應用模型都是從最大資料中心開始、其次為工業應用,最後於小型伺服器室或甚至個別機架結束。

    方便更換

    所有客戶最後都會自問的最重要問題是:目前是否是將不斷電系統升級為鋰電池的適當時機?若要回答此問題,首先要考量的是技術容量的可用性。新電池無法適用於所有 UPS 機型,因此可能需要重大的硬體與嵌入式軟體升級。即使在相同的標稱電壓下,電池充電與放電的特性也會有不同。

    在資料中心中一般 UPS 系統的預期壽命通常為 10-15 年。鉛酸電池可使用 3-6 年,而鋰電池可使用長達 10 年或甚至更久。在 UPS 系統(低於 5 年)的使用初期,大量更換為鉛酸電池可證明其實用性。不過換成鋰電池後,極可能到 UPS 系統使用壽命結束時鋰電池還能使用。若您的不斷電系統使用壽命接近中期,電池使用壽命可能更長,因此在大多數情況下更換電池根本毫無意義。在其使用壽命結束時,應考慮將您整套的 UPS 系統換為全新的鋰電池解決方案。不過,即便對老舊的 UPS 系統而言,安裝昂貴的電池仍十分方便。您應考慮其價格不斷下降,以及老舊系統維護成本與完全更換成本的比率。

    預測及展望

    儘管由鋰電池供電的 UPS 系統能持續降低營運成本及整體擁有成本,但大部分的客戶仍採用歷經時間檢驗的 VRLA 解決方案。首先可透過使用鋰電池只有長期優勢的觀點解釋此現象。不過,這確實會大幅增加資金成本。在任何情況下,客戶在創新的投資部分每年都持續成長且只漲不跌。對大型資料中心而言,節省的數量會十分龐大,因此鋰電池供電系統將會在企業部門逐漸增加。鋰離子化學也持續在進步中。新解決方案和技術將隨時間出現,而鋰電池的價格將進一步下降。

     

    ▼ 資料中心電池配置範例:VRLA vs.鋰電池

    資料中心電池配置範例:VRLA vs.鋰電池

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