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探讨当前UPS行业所面临的变革

高频化

从上图本次集采的规模占比图和金额占比图来看,高频UPS取代工频UPS成为行业主流已是一个不争的事实,充分体现通信行业客户对高频UPS的高认可度。此外,作为目前UPS市场占有率最高的三大供应商,艾默生、伊顿、施耐德近几年均未再推出新的工频UPS产品,且在此次集采中均未在工频UPS标段获得份额,这些也在侧面印证了UPS高频化这一趋势。

高频化除了带来经济、环保、体积小、重量轻等优势外,在可靠性方面高频UPS相比工频UPS也并无劣势。高频UPS和工频UPS的主要差异体现在整流器和变压器上。高频UPS整流器采用IGBT器件,而工频UPS主要采用SCR器件,IGBT与SCR目前均为成熟器件,只要应用得当,可靠性并不会有差异。事实上,工频UPS的逆变部分也是使用IGBT,并没有因此而降低工频UPS的可靠性。从拓扑上讲,高频UPS目前一般采用高频IGBT整流+三电平逆变,工频UPS用的是相控SCR整流+全桥逆变。这些拓扑均为电力电子技术上非常成熟的拓扑,在原理上不存在谁更可靠的问题,可靠度完全取决于设计者的水平。

另一方面,工频UPS变压器的设计反而增大了并机环流的风险。工频UPS的并联实际上相当于变压器的直接并联,整条回路上没有器件的限制,变压器上输出电压的偏差很容易产生环流。而高频UPS的环流路径上具备多个二极管,小于2V的电压差根本形不成环流。

绿色化

绿色是指资源友好,环境友好。从本次移动企标来看,模块化UPS满载时输入功率因数要达到0.99,50%负载率下效率要达到94%;高频UPS满载时输入功率因数要达到0.98,50%负载率下效率要达到92%。一方面说明移动要求UPS具有高输入功率因数,对外*小,实现环境友好。另一方面要求UPS系统半载效率高,实现资源友好。

为什么移动要特别关注UPS在半载时的效率?这是因为UPS一般很难运行在高负载率下,两方面的因素会导致UPS实际运行负载率的降低:一是进行UPS系统配置时,最高负载率一般低于UPS系统容量的80%;其次,为了保障供电可靠性,UPS系统又常常采用冗余配置,进而使负载率大幅降低,如最常见的1+1并机UPS系统的负载率不会超过40%。二是在初期规划UPS系统时一般会考虑未来若干年的业务增长带来的负载需求增加,这就导致在运营初期实际负载容量要远小于UPS系统额定容量。因此在低负载率下的高效率对用户而言意义尤为重大,一个全负载率下均保持高效的UPS才是UPS绿色化的发展方向。可以预见,随着技术发展,未来UPS在效率、谐波、功率因数等参数上的表现会进一步提升,绿色UPS将成为UPS行业未来发展的必然要求。

模块化

本次移动集采相对往年最大的变化就是新增了模块化UPS这一标段,这意味着模块化UPS这一机型已正式被中国移动所认可。而且从数量上来看,模块化UPS标段的需求共计159台,作为新增的标段数量已经达到高频UPS数量的25%,一定程度上反应了国内通信行业对模块化UPS的旺盛需求。另外,作为引领诸多行业发展趋势的风向标,国内的ICT行业巨头华为赢得此标段最大份额也从侧面印证了UPS模块化这一发展趋势。

众所周知,可靠是用户对供配电系统的第一诉求,而模块化UPS之所以能获得认可,正是由于其在此方面具备不可替代的优势,主要体现在高冗余度及易于修复两方面:首先,相比塔式机的N+1并机系统,模块化UPS可以轻松的做到N+X模块化冗余,而且在常见工况下,UPS负载率处在20%~50%之间,这意味着模块化UPS即使损坏一半数目的模块仍可以正常工作。其次,模块化UPS具备热插拔功能,通过更换故障模块即可快速、准确地完成修复,整个过程中系统无需转维修旁路,最大程度保障供电可靠性。而塔式UPS需要故障定位、修复故障电路或单板,修复时需要转维修旁路或者断电,修复时间长且存在易于二次故障的风险。

铅酸电池安全、廉价,经过156年发展而不衰,对人类作了很大贡献。

但是,铅酸电池在中国曾经一度受到误解。像其他国家一样,镍氢电池和锂离子电池的研究者们都以“铅酸电池有污染”来抬高镍氢电池和锂离子电池的价值,以争取研究经费。很多人认为它古老落后、污染环境,因此在一段时间内,铅酸电池的技术发展得不到支持。

但是,古老不等于落后。比如燃料电池,比铅酸电池还要早20年诞生,但人们不仅不说它古老,至今还被当作“新技术”大力研究!

同时,铅酸电池在使用中并不污染环境,当前需要解决的问题是铅酸电池生产链中的污染治理。

在锂离子电池的生产链中,石墨的提炼、六氟磷酸锂的合成、电池制作中的有机溶剂挥发,也同样可能发展为环境污染问题。和铅酸电池一样,只要控制好了,就没有问题。因此我不赞成为了本国、本地区的环境保护而禁止在本国、本地区生产铅酸电池,而同时又从其他国家和地区购买铅酸电池。

与这种现象类似的,是那些一方面贬低铅酸电池、而另一方面又尽情享受铅酸电池带来的汽车和移动通信等等现代物质文明。

最近三年,我国政府认真整顿铅酸电池行业,逐渐健全了法规,关闭了大批小企业,严格铅酸电池的准入条件;现有企业不断治理污染,优化工业卫生,企业做到文明生产,铅污染的情况在不断改善中。

中国的国际先进铅酸蓄电池联合会会员要带头为洗刷“铅酸电池污染”的错误名声而努力,做好我们应该做好的事,做行业健康发展的促进派。

二、近年来中国铅酸电池的进步

中国工程院能源与矿业学部与中国电池工业协会联合举办“铅酸电池新技术研讨会”,推动新技术的交流和推广应用。

2010年,第一次新技术研讨会在南京,由国际先进铅酸蓄电池联合会的成员双登集团承办,涉及了中国铅酸电池技术三方面问题:寿命不长,污染严重,能量不高(比能量、比功率),并重点介绍了铅炭电池和超级电池技术。参会200余人。经过两年多努力,在“延寿、摘帽、加力”三方面都有很大的进展。

2012年,由天能集团承办的第二次超级电池新技术研讨会在长兴举行,会上共有报告15个,着重对铅污染治理技术方面进行交流,特别是铅酸电池的湿法再生技术。同时,还有铅炭电池的8个报告,其中有6个是企业与院校合作的研究成果报告。参会400余人。

今年11月14日,由国际先进铅酸蓄电池联合会的新成员超威集团承办的第三届超级电池新技术研讨会将在泰安举行,参会人数和报告数又有增加。

此外,其它的电池协会也在举办技术交流会和产品展览会。

现在,卷绕式、管式、长循环寿命阀控式等先进铅酸电池已在许多企业中进行产业化。已有多家公司与院校协作研制成功铅炭电池并批量生产,其中国际先进铅酸蓄电池联合会成员南都集团的累计产量已达100MWh,主要应用于储能系统等许多领域。双登集团研制成功卷绕型高功率铅炭电池,脉冲功率达1006W/kg。

今年,国家工业与信息化部拨款4000多万元支持动力型铅炭电池的生产,以推动启停式汽车的发展,表示铅酸电池的地位在中国有所上升。

在废电池的再生方面,天能集团引进国外的技术和设备,并且经过消化吸收再创新,发展全自动化的新技术和装备。

超威集团和北京化工大学合作,创建了全新的湿法处理技术,铅的回收率高达99%,而且能耗低,前景非常好。

彻底摘除铅酸电池生产链的污染“帽子”,还有不少事情要做。铅污染的治理,是铅酸电池行业的生命线;技术不断创新进步,是铅酸电池行业发展的动力。

三、铅酸电池技术的未来

铅酸电池要不断提高性能。

首先,铅酸电池要提高比能量。铅酸电池活性物质的利用率远低于锂离子电池和镍氢电池,有提高的空间。板栅的轻量化也有潜力。

第二,铅酸电池要提高循环寿命。循环寿命提高可以节省再制造的能源,减少废弃物排放。但是有的企业家不积极,甚至希望用户早点将电池用坏。他们认为提高循环寿命等于减少了电池销路。这个问题已经超出技术的范畴,但希望ALABC也能在这个问题上对成员发挥指导性作用。

中国出现了一种新体系的铅电池,我称之谓“半铅电池”,它的负极与铅酸电池相同,正极用的是锂离子电池的正极,特别是廉价的锰酸锂,电解液是中性的硫酸锂溶液。其比能量高于铅酸电池,循环寿命也较长,是一种有竞争力的电池,值得关注。

铅酸电池有安全、廉价的绝对优势,是锂离子电池等其它电池望尘莫及的。铅酸电池的未来会更加美好!

 


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