Литий в ЦОДе: выгодное вложение или скрытая угроза?

Немного статистики

По данным аналитиков Frost & Sullivan, в 2020 году литий-ионные аккумуляторы занимали всего 15% рынка, однако теперь они полноценно конкурируют с традиционными решениями. Это обусловлено ускоренной цифровизацией и стремительным ростом облачных услуг, которые создают дополнительные нагрузки на центры обработки данных. В условиях возрастающих требований к бесперебойному питанию компании активно ищут более эффективные решения, и энергоемкие и долговечные литий-ионные аккумуляторы становятся предпочтительным выбором.

Кроме того, литий-ионные аккумуляторы в ЦОДе обеспечивают более выгодную совокупную стоимость владения (TCO), если сравнивать с традиционными.

Почему выбирают литий-ионные решения

Литий-ионные батареи становятся все более востребованными в ЦОДе благодаря многочисленным преимуществам:

более длительный срок службы по сравнению с VRLA (до 4 раз); на 29% дешевле традиционных VRLA по итогам 10 лет эксплуатации; габариты меньше до 70%, вес — до 60%; более высокая скорость заряда; способность работать при более высоких температурах и, как следствие, снижение затрат на охлаждение; интегрированное управление аккумуляторами, которое снижает стоимость их эксплуатации и необходимость покупки дополнительного оборудования для мониторинга.

В последние годы литий-ионные аккумуляторы стали доступнее благодаря росту объемов производства. Снижение цен делает их все более востребованными для систем бесперебойного электроснабжения.

ЦОД «горит на работе»

Помимо высоких стартовых вложений, литий-ионные аккумуляторы имеют еще один значительный недостаток — риск возгорания, связанный с повышенным тепловыделением.

Вероятность возникновения проблем с аккумуляторами по разным данным варьируется от одного случая на миллион до одного на 10 миллионов. Это особенно касается объектов, находящихся в эксплуатации более 10 лет.

При всех положительных аспектах литий-ионные аккумуляторы подвержены разрушительным и трудноконтролируемым возгораниям.

Риск возгорания связан с возможными производственными дефектами и локальными перегревами — например, в случае выхода из строя системы охлаждения, повышения температуры в помещении или расположения горячего оборудования рядом.

Компании, применяющие газовое пожаротушение без дополнительных мер предосторожности, значительно увеличивают риск возникновения серьезных последствий, поскольку такие системы не способны остановить пожар на продвинутой фазе.

Новый способ добычи «неизвлекаемого» лития

При повреждении литий-ионных ячеек выделяются горючие газы, включая кислород, что может вызвать быстрое и неконтролируемое распространение огня по элементам, блокам и даже соседним шкафам, если они расположены слишком близко. Такие пожары крайне сложны в тушении: часто возникают повторные очаги, которые трудно полностью ликвидировать.

Фактически сегодня борьба с возгоранием сводится к ожиданию полного выгорания аккумуляторной батареи (АКБ) при недопущении распространения огня. Поскольку в данной области отсутствуют общепринятые стандарты и рекомендации со стороны регуляторов, эта проблема вызывает серьезную озабоченность у бизнеса.

На пути к снижению рисков

Тем не менее существуют эффективные методы, которые позволяют значительно снизить этот риск.

Раннее обнаружение развивающейся ситуации — ключ к предотвращению возгорания. В связи с этим стоит обратить внимание на то, что на надежность Li-Ion АКБ в первую очередь влияют встроенные системы управления (BMS).

Своевременное определение вышедшего из строя элемента батареи и его удаление, а также обесточивание батарейного шкафа могут предотвратить катастрофу. Применение аспирационных дымовых извещателей поможет определить зарождение возгорания и принять необходимые меры.

Не менее важно правильно разместить батареи. Например, машинный зал не лучшее для этого место. Предпочтительно выделить отдельное помещение на первом этаже здания, с удобным допуском пожарной бригады к нему и предполагающее обильное тушение водой с определенными последствиями для соседних помещений. Не менее целесообразное решение — расположить накопитель энергии для литий-ионных аккумуляторов в контейнере, на безопасном расстоянии от здания ЦОДа.

Существуют и другие средства защиты, однако многие из них пока находятся на стадии активного тестирования или разработки.

Решение по пожарной безопасности для Li-Ion АКБ от компании Siemens. Источник: www.siemens.com

Стандарты безопасности в разработке

Литий-ионные аккумуляторы вошли на российский рынок в 2017 году, в то время как за рубежом их активно начали применять в ЦОДах еще с 2010 года. В связи с этим за границей уже существуют четкие рекомендации и стандарты:

UL 2054 — стандарт, охватывающий различные аспекты, связанные с испытаниями, механической прочностью и термической безопасностью малых батарей, в том числе литий-ионных. Разработан Американским обществом добровольной сертификации (Underwriters Laboratories). IEC 62133 — международный стандарт Международной электротехнической комиссии (IEC), устанавливающий требования к безопасности аккумуляторов, включая условия использования и проверки.

В России также осознают необходимость безопасной эксплуатации литий-ионных аккумуляторов. В настоящее время регулятор разрабатывает официальные требования — они могут быть опубликованы в ближайшие пару лет.

Профессиональные ассоциации и сообщества в России, занимающиеся вопросами безопасности, также рассматривают возможность создания собственных рекомендаций для правильной эксплуатации аккумуляторов и предотвращения инцидентов. В частности, планируется разработка правил, касающихся хранения и утилизации этих устройств.

Выбирать или не выбирать

На сегодня литий-ионные аккумуляторы кажутся наиболее перспективным и эффективным решением для ЦОДов. Свинцовые аккумуляторы могут быть дешевле на первый взгляд, но из-за более частой замены (до 4 раз чаще) они становятся гораздо более затратными в долгосрочной перспективе. Литий-ионные аккумуляторы, в свою очередь, в среднем служат от 12 лет и обходятся дешевле в расчете на такой период, даже при условии более высокой начальной стоимости.

Новые технологии, конечно, тоже появляются. Корейский институт передовых наук и технологий (KAIST) представил натрий-ионный элемент питания, способный мгновенно накапливать электричество. В январе 2024 года китайская компания Betavolt создала батарейку BB100, размером с мизинец, которая может сохранять заряд десятилетиями. Однако замена литий-ионным аккумуляторам не произойдет в ближайшее время, поскольку стандартный цикл разработки новой технологии составляет 10–20 лет.

Перед принятием решения о приобретении этих аккумуляторов важно учесть необходимость обеспечения мер безопасности, таких как внедрение системы обнаружения аварий и пожаротушения. Также не следует беспечно относиться к правильному размещению оборудования. Эти простые, но эффективные меры помогут минимизировать риски и извлечь максимальную выгоду из использования современных источников бесперебойного питания (ИБП).