Pełen artykuł

Solutions
IT Security Review
Zasilanie awaryjne
Skąd (w UPS-ie) tyle energii?
W poprzednim wydaniu magazynu Boston IT przedstawiono założenia odnośnie zastosowań
zasilaczy awaryjnych oraz podstawowe zasady ich funkcjonowania. Istotną cechą każdego
zasilacza awaryjnego jest jego zdolność do gromadzenia i przechowywania energii w takiej ilości
i postaci, aby w każdym momencie można skorzystać z maksymalnych jej zasobów.
O
becnie dobrze znane baterie kwasowo-ołowiowe są najczęściej stosowanym typem
ogniw w zasilaniu gwarantowanym dla priorytetowych aplikacji/odbiorów, aczkolwiek coraz częściej rozważa się wprowadzenie nowych, alternatywnych źródeł energii.
Należą do nich przede wszystkim: nowe ogniwa
o zmienionym składzie chemicznym, ogniwa paliwowe, ultrakondesatory oraz masy wirujące, tzw. UPS
wirujące.
Ultrakondensatory:
Posiadają kilka swoistych zalet, a mianowicie zdolność
do magazynowania energii o wysokiej gęstości, olbrzymią żywotność pod względem liczby cykli ładowania/
rozładowania, szeroki zakres temperaturowy pracy
oraz stosunkowo małe wymiary (waga). Mankamentem jest wciąż bardzo krótki czas podtrzymania (kilka
sekund) i wysoki koszt (≈€10,000 dla 50 kW).
Stosowane obecnie do dostarczania dodatkowych
mocy, zwłaszcza w celu poprawy sprawności napędu
elektrycznego oraz do długotrwałego zasilania niskim
prądem, np. backup pamięci komputerowej.
Baterie kwasowe
Obecnie występują w trzech podstawowych grupach:
kwasowo-ołowiowe, niklowo-kadmowe oraz litowo-jonowe. Jednakże tylko pierwsza grupa w odmianie VRLA
stosowana jest w ok. 95% zastosowań UPS-owych,
głównie ze względu na łatwość obsługi i brak wymogu
osobnego pomieszczenia.
Niestety, jak w przypadku każdej technologii, mamy do czynienia z różnymi ograniczeniami i mankamentami. Do podstawowych wad należy konieczność
regularnej obsługi i monitorowania stanu oraz ostry
reżim temperaturowy w celu utrzymania nominalnej
żywotności (od 15° do 25°), częste cykle ładowania/
rozładowania oraz kosztowne procedury recyklingu,
regulowane przepisami państwowymi, nie wspominając o gabarytach i wadze (wzmacnianie stropów to częsta praktyka).
Zatem wciąż trwają prace nad nowymi, alternatywnymi źródłami energii do zastosowań w UPS. Źródłami, które sprostałyby dwóm zasadniczym wymaganiom: zdolności natychmiastowego uwolnienia i przetworzenia energii podtrzymującej pełne obciążenie
oraz gwarantującego minimalny czas podtrzymania
(autonomię), konieczną do bezpiecznego zamknięcia
systemów lub uruchomienia generatorów.
����
Ogniwa paliwowe
To technologia, budząca największe nadzieje. Jej odmiana, oparta na wykorzystaniu polimerów elektrolitycznych – PEM, jest jak dotąd jedyną odmianą możliwą do zastosowań w UPS-ach. Technologia wyjątkowo przyjazna środowisku, gdyż jedynym odpadem
jest woda. Jednakże wdrożenie tej technologii jest niesłychanie skomplikowane i trudne, wymagające złożonej infrastruktury, a zatem na zastosowania komercyjne przyjdzie nam poczekać co najmniej kilka lat.
UPS-y DYNAMICZNE
Są to bardzo interesujące rozwiązania mechaniczno-elektryczne, w których energia w postaci energii kinetycznej
ruchu obrotowego zmagazynowana jest w rdzeniu wirującym z olbrzymią prędkością od 30,000 do 100,000 obr./
min (dla wersji wysokoobrotowej). Jest to zwarty system
zdolny do dostarczenia energii tylko przez 10-12 sek.
Na uwagę zasługuje fakt, że – napędzany silnikiem
elektrycznym wirujący rdzeń – jest utrzymywany w stałym położeniu na łożyskach magnetycznych w środowisku próżni. Za zalety tego rozwiązania należy uznać
kompaktową budowę, wysoką sprawność oraz niski poziom hałasu. Negatywne strony to stosunkowo duże
ryzyko skutków wad materiałowych wirnika, a zatem
bardzo wysokie koszty materiałowe.
Porównanie prezentowanych technologii magazynowania energii przedstawia poniższy wykres w układzie gęstości energii od gęstości mocy (źródło: prezentacja MGE UPS Systems Energy Storage).
Konkluzja
Obecnie baterie ołowiano-kwasowe (VRLA) pozostają
wciąż najlepszym rozwiązaniem dla większości zastosowań UPS-ów i to przy uwzględnieniu ich wymiarów,
wagi, wymagań temperaturowych, recyklingu oraz wymogów serwisowych. Relatywnie niski koszt, długi czas
podtrzymania, a przede wszystkim sprawdzona technologia, dają temu rozwiązaniu pierwszeństwo wśród innych. Natomiast już wyłaniające się alternatywne rozwiązania w przyszłości mogą obejmować: średnio- i wysoko obrotowe UPS wirujące, szczególnie dla krótkotrwałego podtrzymania systemów o mocach w zakresie
(40-500 kW) oraz ultrakondesatory, doskonałe również
dla krótkotrwałego podtrzymania, często we współpracy z bateriami lub innymi źródłami energii. Tak rozreklamowane ogniwa paliwowe w obecnej fazie rozwoju są
wciąż daleko od powszechnych zastosowań w UPS-ach.
��
���
����
����������������
Andrzej Pęk
�������������������
���
��
������
����
����
��������������
����������
�
����������������
���
����
����������������
�������
����
��
�������������������
���
������
����
�����
����������������
������������
Rysunek 1. Źrodła energii
18
Rysunek 2. Ups wirujący CAT
www.boston-review.com
Nr 3/2007 (4)