Analyse: Li-ion accu’s binnenkort in datacenters?

Langzame maar gestage opmars van lithium-ion in UPS-systemen.

Op het eerste gezicht is er weinig beweging in de markt van elektrotechnische componenten voor datacenters. Leveranciers zijn actief met het verbeteren van DCIM-software en integratie zodat apparaten naadloos samenwerken. Maar noodstroomvoorzieningen verschillen ‘onder de motorkap’ niet zo veel van elkaar. De komende jaren kan daar echter verandering in komen.

 

Wie één UPS heeft gezien, heeft ze allemaal gezien. Op technisch vlak is de rol van de UPS door de jaren ook nauwelijks veranderd. Wanneer het mis gaat, moet de UPS de infrastructuur in de lucht houden tot de aggregaten aanslaan. Dat laat niet veel ruimte voor innovatie. Nog steeds maken UPS’en gebruik van loodzuuraccu’s. Een beetje UPS gaat nog steeds 15 jaar mee, waarbij de accu na zeven of acht jaar één keer moet worden vervangen. Loodzuuraccu’s zijn bovendien zwaar, zoals iedereen die zijn auto-accu een keer heeft vervangen zal beamen, en ze nemen veel ruimte in.

Duur

Wie erover nadenkt, zal dat opvallend vinden. De technologie om UPS’en te verbeteren bestaat immers al een goede twintig jaar en wordt voortdurend verbeterd. Lithium-ion-accu’s, bekend van de mobiele telefoon, laptops, en recenter, elektrische auto’s, kunnen veel meer ontladingen aan voor ze moeten worden vervangen en bieden andere voordelen. Eigenlijk heeft Li-ion maar één groot nadeel ten opzichte van loodzuur: de aanschafprijs. Een Liion-accu is nog steeds twee tot drie keer duurder dan een conventionele loodzuuraccu”, zegt Bart Nieuwenhuis, AC Power salesmanager Benelux bij Vertiv. “Daar komen extra transportkosten bovenop, want de regels voor het vervoer van lithium-ion-accu’s zijn door ontbrandingsgevaar strenger dan voor loodzuuraccu’s.”

Het begint bij de Edge

Toch is Li-ion bezig aan een opmars. In de komende acht jaar zal Li-ion 40 procent van het marktaandeel veroveren, zo heeft de energie-afdeling van marktverkenner Bloomberg recent becijferd. Grote leveranciers als Schneider Electric en Vertiv hebben de laatste paar jaar UPS’en op basis van Li-ion op de markt gebracht. Vooral in de VS begint het populair te worden.

‘De ene dag werken loodzuuraccu’s, de volgende dag geven ze de geest’

De hamvraag is: waarom nu? Zoals eerder beschreven, is de functie van een UPS niet wezenlijk veranderd. Maar dat geldt niet voor de datacenters. Die beginnen steeds diverser te worden. De rekenkracht wordt minder gecentraliseerd in grote faciliteiten, ook al worden deze ook nog steeds gewoon gebouwd. Omdat applicaties steeds meer eisen en latency daarbij een uitdaging is, wordt er vaker voor gekozen om de serverkracht dichter bij de eindgebruiker te zetten. Edge computing, zoals dit wordt genoemd, wordt ook elders in dit dossier beschreven en gaat uit van compactere, meer gespecialiseerde datacenters.

Meer nog dan bij ‘gewone’ datacenters is vloerruimte bij deze datacenters van groot belang. Racks moeten volledige omgevingen kunnen huisvesten, met alle onderdelen van dien: servers, storage, maar ook het elektrotechnische gedeelte. “Daar telt iedere centimeter in het rack”, legt Nieuwenhuis uit. “Je hebt ook te maken met kleinere batterijvermogens, waardoor de relatieve kostbaarheid van een lithium-ion-accu gedeeltelijk wegvalt.” Een kleinere accu laat uiteindelijk meer ruimte voor onderdelen die daadwerkelijk wat toevoegen aan de functie van de ruimte.

Andere voordelen

Daar komt bij dat Li-ion robuuster zijn en meer temperatuurfluctuaties aankunnen. Dat maakt dat je de apparatuur nog dichter bij elkaar kunt zetten omdat je minder rekening hoeft te houden met warmte. Een Li-ion-accu houdt zijn vermogen langer vast dan een loodzuuraccu en hoeft dus veel minder vaak te worden vervangen. De kosten liggen op de zeer lange termijn dus lager dan bij loodzuuraccu’s. Daar zit echter een maar aan: de UPS zelf zal tijdens zijn levensduur misschien één keer van accu moeten wisselen, dus het aantal vervangingen is hoe dan ook beperkt.

Alle Li-ion-accu’s zijn uitgerust met Battery Monitoring Systems (BMS) die de gezondheid van de accu precies bijhouden. Beheerders hebben daardoor meer zicht en controle over de apparatuur, en weten zeker dat een UPS bij een storing zijn werk gaat doen. Deze systemen zijn voor Li-ion noodzakelijk om te voorkomen dat ze vlam vatten. Een voordeel uit een nadeel dus. Hoe dan ook zijn loodzuuraccu’s vrij onvoorspelbaar. De ene dag lijkt alles het te doen, de volgende dag geven ze de geest.

Nanotechnologie

Het laatste element dat vooral op de langere termijn in het voordeel van Li-ion gaat spreken, is dat de technologische ontwikkeling in een stroomversnelling is geraakt. Waar eerst de smartphone de ontwikkeling van betere en vooral compactere Li-ion-accu’s dreef, draait de R&D nu vooral op de interesse voor elektrische auto’s. Gevolg is dat het vermogen omhoog gaat, maar ook dat de prijs zakt. Een Li-ion-accu is dus nog steeds minstens twee keer zo duur als een loodzuuraccu, maar een paar jaar geleden hadden we het nog over een factor vier of vijf. En het heeft de potentie bestaande nadelen van Li-ion in de toekomst weg te nemen.

‘Li-ion verovert komende jaren 40 procent van de markt’

De Tsjechische startup HE3DA maakt bijvoorbeeld sinds een jaar of twee furore met een werkend concept van Li-ion-accu’s gebaseerd op nanotechnologie. “De accu heeft een responstijd van enkele milliseconden op het netwerk, dus het is zeer geschikt voor noodstroom”, zo zegt HE3DA’s oprichter Jan Prochazka. “Het staat altijd klaar om energie te leveren.” Bovendien zorgt de nanotechnologie voor verminderde ontvlambaarheid in de Li-ion-accu, wat een belangrijk nadeel wegwerkt.

Adders onder het gras

Toch blijven voor Li-ion enkele uitdagingen bestaan, en dan gaat het niet alleen over de aanschafkosten. Om te beginnen spelen Li-ion-accu’s nu primair een andere rol dan dat ze in een UPS zouden doen. In kleinere elektronica en in elektrische auto’s moeten de accu’s vooral zoveel mogelijk capaciteit hebben, maar ook behouden na meerdere ontladingen. Accu’s in smartphones ontladen soms meerdere malen per dag, en met elektrische auto’s is dat niet anders. Anders dan loodzuuraccu’s verliezen li-ion-accu’s na meerdere ontladingen geen capaciteit. Maar sommige UPS’en zullen tijdens hun hele levenscyclus niet één keer ontladen. Dat belangrijke voordeel van Li-ion boven loodzuur is voor toepassing in datacenters dus niet relevant.

Voorlopig zullen Li-ion en loodzuur dus gewoon naast elkaar blijven bestaan. Maar resellers moeten niet vreemd opkijken als hun leveranciers modellen gebaseerd op Li-ion gaan leveren. Afhankelijk van de klant en vooral het soort datacenter zullen ze dan voor een keuze moeten staan. Daarbij is het belangrijk om aan te tekenen dat de ontwikkelingen van Li-ion zo snel gaan, dat het moeilijk te zeggen is waar de technologie over een paar jaar staat.

[Dit artikel is eerder gepubliceerd in het Datacenter & Cloud Dossier 2017]

Lees het artikel hier in PDF