بالنسبة إلى كثير من مراكز البيانات، لا يزال استبدال بطاريات UPS يُعامَل باعتباره مهمة صيانة روتينية: إزالة بطاريات VRLA المتقادمة، وتركيب بطاريات جديدة، ومواصلة التشغيل بنظام مماثل تقريبًا.
لكن بالنسبة إلى مراكز البيانات المتقادمة، يمكن أن تمثل دورة استبدال البطاريات التالية أمرًا أكثر أهمية.
فقد تكون فرصة لإعادة النظر فيما إذا كانت تقنية البطاريات الحالية لا تزال مناسبة للبنية التحتية، ومتطلبات الطاقة، والمساحة المتاحة، وتوقعات السلامة، وأهداف التشغيل طويلة الأجل للمنشأة.
هنا تقدم تقنية بطارية النيكل والزنك مسارًا مختلفًا.
فبدلًا من التعامل مع استبدال البطاريات على أنه عملية شراء مماثلة لما هو قائم، يمكن أن تساعد بطارية النيكل والزنك مشغّلي مراكز البيانات على معالجة عدد من القيود المرتبطة بأنظمة VRLA المتقادمة، بما في ذلك الوزن، واستغلال المساحة، وأداء القدرة، والسلامة، والصيانة، وتكرار الاستبدال.
لماذا أصبح استبدال VRLA قرارًا متعلقًا بالبنية التحتية
لا تزال بطاريات VRLA مستخدمة على نطاق واسع في أنظمة UPS لأنها ناضجة ومعروفة ومدعومة بمنظومة بنية تحتية راسخة.
ومع ذلك، صُممت كثير من مراكز البيانات العاملة اليوم وفق متطلبات لم تعد مماثلة لمتطلبات المنشآت الحديثة عالية الكثافة.
ومع ازدياد القدرة الحاسوبية ودخول المنشآت دورة حياتها الثانية أو الثالثة للبنية التحتية، قد تواجه غرف البطاريات قيودًا أشد على المساحة، وحدودًا لأحمال الأرضيات، ومتطلبات صيانة أعلى، وضغطًا متزايدًا لتحسين كفاءة البنية التحتية القائمة.
وفي الوقت نفسه، فإن استبدال VRLA بجيل آخر من VRLA لا يغيّر هذه القيود جذريًا.
فالبطارية جديدة، لكن متطلبات البنية التحتية الأساسية تبقى إلى حد كبير كما هي.
للاطلاع على نظرة أكثر تفصيلًا حول سبب إعادة منشآت AIDC المتقادمة النظر في أنظمة البطاريات التقليدية، راجع النيكل والزنك: ترقية احتياطية أفضل لمنشآت AIDC القديمة.
ما الذي يجب مراعاته عند استبدال VRLA؟
لا ينبغي تقييم استبدال VRLA الناجح بناءً على سعة البطارية أو سعر الشراء فقط.
السؤال الأهم هو ما إذا كانت البطارية البديلة قادرة على تحسين نظام الطاقة الاحتياطية ككل من دون إنشاء قيود جديدة على البنية التحتية.
بالنسبة إلى مركز بيانات قائم، يعني ذلك النظر في عدة عوامل معًا: قدرة الطاقة، ووزن البطارية، ومساحة التركيب، وأحمال الأرضيات، والسلامة، ومتطلبات الصيانة، وعمر الخدمة، والتوافق مع بيئة UPS الحالية.
لهذا السبب يتحول استبدال VRLA بشكل متزايد إلى قرار على مستوى النظام بدلًا من أن يكون مجرد عملية شراء بطاريات بسيطة.
يمكن أن يساعد النهج المنظم المشغّلين على تحديد ما إذا كان ينبغي لهم الاكتفاء باستبدال البطاريات الحالية، أم استخدام دورة الاستبدال كفرصة لترقية بنية الطاقة الاحتياطية. للمزيد حول هذا النهج، راجع إطار استبدال VRLA لترقيات مراكز البيانات.
التكلفة الخفية للبنية التحتية عند الإبقاء على VRLA
تكلفة بطارية UPS ليست سوى جزء واحد من معادلة الاستبدال.
يمكن أن تُنشئ أنظمة VRLA أيضًا تكاليف مرتبطة بالتركيب، والصيانة، ودورات الاستبدال، واستغلال المساحة، والمتطلبات الإنشائية. وفي المنشآت المتقادمة، يمكن أن تصبح هذه العوامل غير المباشرة أكثر أهمية لأن البنية التحتية المادية تكون ثابتة بالفعل.
يُعد وزن البطارية مثالًا ذا صلة خاصة.
يمكن أن يمثل تركيب VRLA التقليدي حملًا مركزًا كبيرًا داخل غرفة البطاريات. وإذا أصبحت قدرة تحمل الأرضية قيدًا، فقد يحتاج المشغّلون إلى النظر في إجراء تقييم إنشائي أو تعزيزات قبل نشر سعة بطاريات إضافية.
إن استبدال البطاريات بتكوين VRLA آخر مماثل في الوزن لا يحل المشكلة الأساسية.
يوضح تحليل Gerchamp للمواقع المتقادمة كيف يمكن لتقليل وزن البطارية أن يقدّم نهجًا مختلفًا: بدلًا من تعزيز البنية التحتية لاستيعاب البطارية، يمكن إعادة تصميم البطارية نفسها لتقليل الحمل. راجع تقليل حمل الأرضية: استبدال VRLA للمواقع المتقادمة.
ينطبق المبدأ نفسه على تكلفة دورة الحياة. ينبغي أن يأخذ قرار استبدال البطارية في الاعتبار ليس فقط سعر الشراء الأولي، بل أيضًا الصيانة، والتركيب، وتكرار الاستبدال، والأثر التشغيلي لعمليات الاستبدال المتكررة للبطاريات. ويمكن أن تؤثر هذه العوامل بشكل كبير في التكلفة الإجمالية للملكية على مدى عمر مركز البيانات.
للاطلاع على فحص أعمق لهذه العوامل، راجع التكاليف الخفية لاستبدال بطاريات الرصاص الحمضية في مراكز البيانات.
لماذا توفر بطارية النيكل والزنك مسار استبدال مختلفًا
هنا تصبح تقنية بطارية النيكل والزنك ذات صلة.
تجمع بطارية النيكل والزنك بين قطب موجب قائم على النيكل، وقطب سالب قائم على الزنك، وإلكتروليت قلوي مائي لتوفير ملف أداء وسلامة مختلف عن تقنيات VRLA التقليدية وتقنيات البطاريات القائمة على الليثيوم.
بالنسبة إلى تطبيقات UPS، تناسب هذه التقنية على وجه الخصوص البيئات التي تكون فيها القدرة العالية، والاستجابة السريعة، والسلامة، والاستخدام الكفء للبنية التحتية المادية عوامل مهمة.
صُممت تقنية بطارية النيكل والزنك من Gerchamp حول هذه المتطلبات.
فعلى سبيل المثال، توفر بطارية Gerchamp 8XNFZ38 قدرة تفريغ تصل إلى 10C، وكثافة طاقة حجمية تبلغ 129.4 Wh/L، وكثافة طاقة وزنية تبلغ 64.3 Wh/kg. ويمتد نطاق درجة حرارة التشغيل التصميمية لها من -20°C إلى 55°C، بينما يمكن أن يصل عمرها التصميمي إلى ما يصل إلى 15 عامًا، وذلك بحسب ظروف التشغيل وتصميم النظام.
تخلق هذه الخصائص عرضًا مختلفًا لاستبدال VRLA.
فبدلًا من مجرد استبدال بطارية متقادمة ببطارية أخرى من التقنية نفسها، يمكن للمشغّلين استخدام دورة الاستبدال لإعادة النظر في مقدار المساحة المادية، والقدرة الإنشائية، وقدرة الطاقة، وجهد الصيانة الذي يتطلبه نظام الطاقة الاحتياطية بالفعل.
تقليل الوزن وتحسين استغلال المساحة
أحد أكثر التحديات إلحاحًا في مراكز البيانات المتقادمة هو أن البنية التحتية المادية لا يمكن دائمًا توسيعها بسهولة توازي توسع حمل تقنية المعلومات.
لذلك تحتاج أنظمة البطاريات إلى توفير الطاقة الاحتياطية المطلوبة مع الاستخدام الكفء للمساحة القائمة والقدرة الإنشائية المتاحة.
يمكن أن تساعد بطارية النيكل والزنك على معالجة هذا القيد من خلال الجمع بين قدرة الطاقة وكثافة الطاقة.
تبلغ كتلة بطارية Gerchamp 8XNFZ38 نحو 7.8 kg لكل بطارية، وهي أقل بكثير من بطارية VRLA نموذجية بجهد 12V وسعة 110Ah. وفي مقارنة Gerchamp، تزن بطارية VRLA المكافئة نحو 28.5–33 kg.
وبالنسبة إلى تركيبات البطاريات الكبيرة، يمكن أن يصبح الفرق كبيرًا.
يمكن أن يقلل وزن البطارية الأقل من الأحمال المركزة على الأرضيات وأن يبسط المتطلبات المادية المرتبطة بنشر البطاريات. وفي الوقت نفسه، يمكن أن تساعد كثافة الطاقة الحجمية الأعلى المشغّلين على استخدام المساحة المحدودة في غرف البطاريات بفاعلية أكبر.
بالنسبة إلى المنشآت المتقادمة، يعني ذلك أن استبدال VRLA يمكن أن يتحول إلى فرصة لتحسين البنية التحتية بدلًا من أن يكون مجرد دورة صيانة أخرى.
أداء القدرة مهم في تطبيقات UPS الحديثة
المساحة ليست سوى جزء واحد من قرار الاستبدال.
يجب أيضًا أن توفر أنظمة UPS الحديثة الطاقة بسرعة عند انقطاع إمداد الشبكة أو عند تغير الحمل.
وهذا يجعل قدرة تفريغ البطارية اعتبارًا مهمًا، ولا سيما في بيئات الحوسبة عالية الكثافة.
تدعم تقنية بطارية النيكل والزنك من Gerchamp التفريغ حتى 10C، ما يسمح للبطارية بتوفير قدرة عالية خلال فترات قصيرة من دون الاعتماد فقط على كميات كبيرة من الطاقة المخزنة.
هذا التمييز مهم لأن تطبيقات UPS غالبًا ما تُصمم حول نوافذ احتياطية قصيرة نسبيًا. وفي مثل هذه التطبيقات، يمكن أن تكون القدرة على توفير الطاقة المطلوبة بكفاءة مهمة بقدر أهمية إجمالي كمية الطاقة المخزنة.
والنتيجة هي تقنية بطاريات أكثر توافقًا مع التطبيقات التي تكون فيها كثافة القدرة والاستجابة السريعة أمرين حاسمين.
السلامة جزء من قرار الاستبدال
يوفر استبدال البطاريات أيضًا فرصة لإعادة النظر في خصائص السلامة للكيمياء الأساسية.
تستخدم بطارية النيكل والزنك إلكتروليتًا قلويًا مائيًا بدلًا من الإلكتروليت العضوي القابل للاشتعال المستخدم في بطاريات الليثيوم-أيون. كما أثبتت بطارية النيكل والزنك من Gerchamp عدم حدوث هروب حراري في ظل شروط اختبار UL9540A.
بالنسبة إلى مراكز البيانات، يمكن أن تقلل خاصية السلامة الجوهرية هذه على مستوى الكيمياء من تحديات السلامة المرتبطة بنشر البطاريات، وأن تدعم نهجًا مختلفًا لتصميم الطاقة الاحتياطية.
لذلك لا ينبغي النظر إلى السلامة بمعزل عن أداء البطارية أو تصميم البنية التحتية. فهي جزء من قرار الاستبدال الشامل.
من استبدال البطاريات إلى ترقية البنية التحتية
لذلك فإن السؤال الأساسي بالنسبة إلى مركز بيانات متقادم ليس ببساطة:
“ما البطارية التي ينبغي أن تحل محل VRLA القديمة؟”
السؤال الأكثر فائدة هو:
“كيف ينبغي أن يبدو الجيل التالي من نظام بطاريات UPS؟”
هذا التحول في المنظور يغيّر قرار الاستبدال.
يحافظ استبدال VRLA بمثيلتها على تقنية البطارية الحالية وكثير من متطلبات البنية التحتية المرتبطة بها. أما استبدالها بـ بطارية النيكل والزنك فيوفر فرصة لإعادة النظر في الوزن، واستغلال المساحة، وأداء القدرة، والسلامة، والصيانة، ومتطلبات دورة الحياة معًا.
لهذا السبب تتعامل Gerchamp مع نشر بطارية النيكل والزنك باعتباره أكثر من مجرد استبدال كيميائي.
صُممت حلول بطارية النيكل والزنك من Gerchamp لتطبيقات UPS والطاقة الحرجة، مع منتجات مثل 8XNFZ38 و8XNFG90 التي توفر خيارات سعة مختلفة لمتطلبات الطاقة الاحتياطية. وبالإضافة إلى البطارية نفسها، تطور Gerchamp أيضًا حلول خزائن بطاريات متكاملة تجمع نظام البطارية، وإدارة البطارية، والحماية، وبنية مستوى الخزانة معًا.
الهدف ليس مجرد استبدال بطارية متقادمة.
بل جعل نظام بطاريات UPS التالي أكثر توافقًا مع البنية التحتية المحيطة به.
بطارية النيكل والزنك كاستراتيجية لاستبدال VRLA
لا يجب أن يعني استبدال VRLA تكرار التركيب نفسه كل ثلاث إلى خمس سنوات.
بالنسبة إلى مراكز البيانات المتقادمة، يمكن أن تصبح دورة الاستبدال فرصة استراتيجية لتقليل قيود البنية التحتية وتحسين بنية الطاقة الاحتياطية ككل.
تقدم بطارية النيكل والزنك مسارًا بديلًا من خلال الجمع بين قدرة عالية، ووزن أقل للنظام، واستغلال كفء للمساحة، وخصائص سلامة جوهرية، وعمر تصميمي أطول ضمن تقنية مصممة لتطبيقات UPS.
يعتمد قرار الاستبدال الصحيح في النهاية على متطلبات المنشأة الفردية، بما في ذلك تكوين UPS، ومدة الطاقة الاحتياطية، والمساحة المتاحة، وأحمال الأرضيات، وبيئة التشغيل، وأهداف دورة الحياة.
لكن عندما يكون الهدف هو الترقية لا مجرد الاستبدال، فإن بطارية النيكل والزنك تستحق التقييم باعتبارها أكثر من بديل للبطاريات.
يمكن أن تكون جزءًا من استراتيجية أوسع لتحديث البنية التحتية للطاقة الاحتياطية في مركز بيانات متقادم.