近年来,数据中心因空间限制与更高效率营运的需求而皆以增加其功率密度为主要目标。更有效率的可用空间俨然是数据中心拥有者最重要的工作之一。体积小巧的锂电池能减少在不间断电源系统中的占用空间达50-80%。此类电池的充电时间更少且自行放电的速率更佳,当发生频繁的运行中断时可扮演重要的角色。闲置时,锂电池每月会损失约1-2%的电量。最重要的优势为其长效的使用寿命。铅酸电池的使用寿命极短,只有3至6年。而另一方面,锂电池则能持续使用约10年。根据不同的化学、技术与温度,锂电池的充电效率可长达5,000次生命周期且免维护,而铅酸电池的平均充电效率则只有700次生命周期。
锂电池的整体拥有成本为期10年(数据中心UPS的平均使用寿命),相较之下铅酸电池少了39%。尽管此为乐观预估值,但至少能保证节省10%。锂电池唯一一个严重的缺点就是初期投资明显更高。这也是为何大型数据中心早已成为导入新型解决方案的先驱。此设施更重要的目的在于降低整体拥有成本,而非短期获利,即便在此情况下积少成多的节省成本仍相当可观。另外,小型电池的好处能更有效的利用可用空间,同时可靠的监控系统也能确保更优异的安全及稳定的性能。锂电池可在比VRLA更高温度下运行,而不会损失容量,并可降低冷却系统的负荷。当然,甚至还有配备锂电池的单相UPS。各种应用模型都是从最大数据中心开始、其次为工业应用,最后于小型服务器室或甚至个别机架结束。
近年来铅酸电池行业在进行了一系列的改革整治,行业洗牌加速的同时,锂电池和氢能源电池异军突起,已经开始蚕食铅蓄电池的市场份额。本文主要从铅蓄电池产业地位与发展趋势、面临挑战以及回收过程存在的问题入手,同时介绍锂电池和氢能源电池的现状,加之铅蓄电池、锂电池和氢能源电池的优劣势比较,以及对未来发展前景进行了全面分析。
一、铅蓄电池
(一)铅蓄电池产业地位与发展趋势
中国是全球最大的铅酸蓄电池生产国和铅酸蓄电池消耗国。根据全球铅酸电池产能来看,中国铅酸电池的产量在全球铅酸电池的产量中占比45%,占比最高;美国铅酸电池的产量紧随其后,占比为32%,日本铅酸电池的产量在全球中的占比不到我国铅酸电池占比的三分之一,为13%。
我国铅酸电池的产量在全球占比较多的原因是,近年来,我国通过引进欧美日韩等国家在我国投资建厂,并吸纳、消化国外技术,使我国铅酸电池的的制造技术已经接近了国际先进水平。
数据显示,2010-2017年,全球铅酸蓄电池市场规模稳步增长。2013年,全球铅酸蓄电池市场规模首次突破400亿美元,此后均保持在400亿美元以上。2017年,全球铅酸蓄电池市场规模约为429亿美元,同比增长0.70%。
据统计,2015年铅酸蓄电池占电池市场一半以上份额约为54.67%。从全球范围来看,2015年铅酸蓄电池市场规模为422亿美元,这一市场规模仍将保持2%-5%的年增长率,预计2018-2023年,铅酸蓄电池市场规模难有大幅度上涨,但仍将维持在400亿美元水平上。
“十一五”期间,铅蓄电池市场规模迅速扩大,每年产量平均以约20%的增速上升。据SMM统计,截止2018年底,铅蓄电池行业产能已超出4亿KVAh。在未来的几年里,铅酸蓄电池行业仍将在国民经济中占据重要地位。
铅蓄电池销售收入在整个电池行业中所占比例较大,尽管在储能领域被锂离子电池部分替代,但难以动摇铅蓄电池的市场地位。
据统计,铅约占铅蓄电池总成本的70%。市场上60V20AH的铅蓄电池重量一般是在35kg左右,铅酸电池的含铅量一般在65%左右,也就是有22.75kg的铅,即铅蓄电池平均每度电需要消耗18.96kg的铅。结合铅蓄电池的市场占比过半并仍有缓慢增长之势,短暂来看铅蓄电池对于金属铅的需求仍是值得期待的。
(二)铅酸蓄电池发展的重要政策支持
2012年7月1日,《铅蓄电池行业准入条件》正式实施以来,铅酸蓄电池行业在加快淘汰落后产能、提高产业集中度、促进转型升级和绿色发展方面,取得了显著成绩。纵观整个铅酸蓄电池市场,从竞争数量、退出壁垒、同质化程度,以及竞争层次来看,铅酸蓄电池行业处于成熟阶段。
今年上半年,国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会正式批准发布国家标准《废铅酸蓄电池回收技术规范》,同时也结束了我国废铅酸蓄电池回收行业多年来无“法”可循的窘境。该标准规定了社会流通领域废铅酸蓄电池的收集、贮存、运输、转移过程的处理方法及管理措施,并将于2019年10月1日起正式实施。
方便更换
所有客户最后都会自问的最重要问题是:目前是否是将不间断电源系统升级为锂电池的适当时机?若要回答此问题,首先要考虑的是技术容量的可用性。新电池无法适用于所有UPS机型,因此可能需要重大的硬件与嵌入式软件升级。即使在相同的标称电压下,电池充电与放电的特性也会有不同。
在数据中心中一般UPS系统的预期寿命通常为10-15年。铅酸电池可使用3-6年,而锂电池可使用长达10年或甚至更久。在UPS系统(低于5年)的使用初期,大量更换为铅酸电池可证明其实用性。不过换成锂电池后,极可能到UPS系统使用寿命结束时锂电池还能使用。若您的不间断电源系统使用寿命接近中期,电池使用寿命可能更长,因此在大多数情况下更换电池根本毫无意义。在其使用寿命结束时,应考虑将您整套的UPS系统换为全新的锂电池解决方案。不过,即便对老旧的UPS系统而言,安装昂贵的电池仍十分方便。您应考虑其价格不断下降,以及老旧系统维护成本与完全更换成本的比率。