De batterij heeft toekomst ?! Betrouwbare opslag van elektrische energie... Welk opslag medium biedt de beste prijs/prestatie verhouding voor toepassing in computer ruimtes en datacenters?
Opslag van elektrische energie… Chemische energie opslag • Lood-zuurbatterij • Nikkel-Cadmium en Nikkel-Metaal-Hydridebatterij • Lithium-Ion batterij • Natrium-zwavel batterij • Flow batterijen: Zinkbromide, Vanadium-redox, Regenesys • Metaal-lucht batterij • Waterstof Mechanische energie opslag • Compressed Air Energy Storage (CAES) • Pomp-accumulatie (water) • Vliegwiel Elektrische energie opslag • Super condensator • Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES)
Autonomie - Vermogen
Toepassing…
Efficiëntie - Cycli
Energie dichtheid
Vergelijk VRLA
Ni-MH
Ni-Cd
Li-Ion
LFP
Vliegwiel
Cap
*
**
**
***
**
***
*
Levensduur [jaar]
3-6
5-10
15-20
10-15
10-15
>251)
10-15
Levensduur [cycli]
** ~300
**** ~1.000
**** ~1.000
*** ~500
***** >2.000
***** >10.0001)
***** >1.106
Prestatie lage temperatuur
**
O
****
***
***
*****
****
Prestatie hoge temperatuur
*
*
***
***
****
*****
*****
Energie/gewicht [Wh/kg]
* (35)
*** (80)
** (50)
***** (160)
**** (120)
* (50)
O (<30)
Energie/Volume [Wh/l]
* (80)
*** (260)
** (150)
***** (410)
***** (310)
O (40)
O (40)
Veiligheid
****
***
*****
**
*****
***
*****
***
***
*****
****
*****
***
*****
Geheugen effect
**
**
O
*****
*****
*****
*****
Milieu
O
****
O
*****
*****
*****
*****
Capex
1
4
5
6
6
8
8
Opex
6
3
4
3
1
2
0
Techniek complexiteit
Hoge ontlaadstroom
1)
Ex. lagers/elektr.
VRLA versus Lithium Cycles
Voltage/Cell 5
Cap/Volume
4,5 4 Charge current
Cap/Weight
3,5 3 2,5
Functional life
Peak current
2 1,5 1
VRLA
0,5 Simplicity
Cont. Current
0
LiFe LiMn LiCo
Price/Ah
Safety
0,1C discharge
Low Temp
0,5C discharge
High temp 1C discharge
Veiligheid •
VRLA: – Veilig en simpel. Enig risico voor thermische “runaway”
•
LiCo: – Kookpunt van het elektroliet: 123°C en ontvlambaar – Hoge interne druk
•
LiMn: – Kookpunt van het elektroliet: 155°C en ontvlambaar – Medium - Hoge interne druk
•
LiFe: – Kookpunt van het elektroliet: 260°C en niet-ontvlambaar – Lage interne druk
Ontlaadstroom versus tijd
•
•
•
1C ontlading: – VRLA : 30 minuten – Li : 1 uur 0,5C ontlading: – VRLA : 1 uur – Li : 2 uur 0,1C ontlading: – VRLA : 10 uur – Li : 10 uur
Hoe korter de ontlaadtijd (hoe hoger de stroom t.o.v. de Ah waarde van de batterij), hoe beter Li presteert vergeleken met VRLA. Bij 0,1C ontlading (10 uur) is er geen verschil meer tussen VRLA en Li. Bij verandering van VRLA naar Li is de ontlaadtijd en hoeveel Ah er echt wordt onttrokken uit de (VRLA) batterij gedurende deze tijd bepalend voor selectie van de beste Li oplossing. Voor korte ontlaadtijden kan een kleinere batterij worden toegepast dan de benodigde Ah waarde voor een VRLA batterij
Prijs en kosten •
VRLA is nog steeds het goedkoopste systeem Alle andere technologieën vergen een (veel) grotere investering. Dit is echter gebaseerd op prijzen zonder BMS (batterij monitoring systeem), cel balancering, enz.
•
Voor een compleet vergelijk moet dus zowel naar de meerwaarden als naar de onderhouds- en vervangingskosten worden gekeken: – Vervanging cyclus VRLA om de 3-6 jaar, Li-Ion 10-15 jaar – Vervanging van VRLA is uitgebreide handelingen, Li-Ion is module wisseling – Onderhoudskosten VRLA ten minste 1x per jaar uitgebreide meting, Li-Ion heeft BMS per cel – Temperatuur en dus koeling kosten voor levensduur optimalisatie bij VRLA 20ºC, bij Li-Ion 40ºC
LiFePO4 Lithium-IJzer-Fosfaat batterijen (ook wel LFP of LiFePO genoemd) Geen regel elektronica noodzaak voor veilige werking (wel BMS voor optimale werking en management) Hoog aantal cycli o > 2500 @ 100% DoD Brede capaciteit reeks beschikbaar o Spanning: 3,0 - 3,3V o Capaciteit: 500mAh - 100Ah
LiFePO4 LFP
Zeer geschikt voor UPS en vergelijkbare applicaties, Maximale en langdurig gegarandeerde prestatie door individueel cel management, Reductie van gewicht (50% t.o.v. VRLA), Onverslaanbare temperatuur prestaties (tot 40ºC geen versnelde veroudering) Ontwerplevensduur eurobat 15+ Garantie tot 10 jaar
Nieuwe trend ? Belangrijkste katalysator voor de ontwikkeling is energie opslag in elektrische voertuigen:
Hybride Porsche 1899
• • • • •
Hybride Volvo 2013
1899 eerste hybride voertuigen In Amsterdam en Haarlem rijden 80 elektrische taxi’s (1909-1926) Eindhoven introduceert Phileas bussen in 2004 Rotterdam gebruikt Parkshuttles (Kralingen-Rivium) in 2005 In China worden in 2005 23 miljoen elektrische scooters verkocht
Nieuwe trend ! • (High-Voltage) DC is de toekomst voor datacenters • Li-Ion biedt actueel de optimale energie opslag voor een noodstroom oplossing • High-Power Super condensatoren worden op basis van nanotechnologie verbeterd qua energie dichtheid en zelfontlading. Mijn persoonlijke overtuiging is dat de condensator uiteindelijk de ultieme opslag voor elektrische energie wordt, maar dat de komende jaren LiFePO4 de best leverbare oplossing is. -o-
Over SI&ES SI&ES = Smart Infrastructure & Energy Solutions Een slimme infrastructuur zorgt voor een veilige en beheersbare elektrische omgeving voor computer ruimtes & datacenters. De SI&ES producten zoals 19”-FIT UPS systemen, 19”-FIT verdelers en LiFePo batterijen, helpen organisaties om uptime, efficiëntie en duurzaamheid te vergroten en energiegebruik en kosten te verlagen.
19”-FIT verdelers
3-fase UPS 1-fase UPS
Batterij oplossingen
Advies
Contactgegevens Voor vragen en meer informatie kunt u contact opnemen met:
SI&ES B.V. Ronald Lagerberg +31 627 883 979
[email protected] www.sienes.nl
