Alternatywa dla akumulatorów i agregatów prądotwórczych

W zasilaczach UPS jako magazyn energii stosuje się najczęściej baterie akumulatorów kwasowych, które jak już wcześniej wspomniano są dość kłopotliwe w eksploatacji, gdyż wymagają okresowych przeładowań i są wrażliwe na temperaturę. Dodatkowym problemem w przypadku stosowania klasycznych zasilaczy UPS jest fakt, iż posiadają ograniczoną pojemność uniemożliwiającą zapewnienie nielimitowanego czasu zasilania.

W wypadku chęci zapewnienia zasilania podczas długotrwałych zaników napięcia zasilania (i tym samym praktycznego uniezależnienia się od sieci energetyki zawodowej) istnieje konieczność instalacji dodatkowo agregatu prądotwórczego zbudowanego w oparciu o silnik spalinowy. Ze względu na jego duże rozmiary i masę, a także szereg wymagań związanych z instalacją doprowadzającą powietrze oraz odprowadzającą spaliny i gorące powietrze nie wszędzie jest to możliwe. Agregaty prądotwórcze są ponadto urządzeniami wymagającymi dozoru oraz częstych przeglądów, a także wymiany materiałów eksploatacyjnych. Ponadto instalacja zespołu prądotwórczego oraz prawidłowa współpraca z zasilaczem UPS wiąże się również z trudnymi do spełnienia wymaganiami.

Zobacz również:

• Zasilanie infrastruktury IT - oto najpopularniejsze zagrożenia
• ECL wprowadza na rynek centra danych zasilane wodorem
• AI ma duży apetyt na prąd. Google znalazł na to sposób

W związku z wyżej wymienionymi problemami producenci systemów gwarantowanego zasilania od dawna poszukują alternatywy dla istniejących rozwiązań.

Jednym z takich rozwiązań może być wodorowe ogniwo paliwowe (Fuel cell), które zostało wynalezione już w XIX wieku przez Brytyjczyka Williama Grove’a. Ogniwa wodorowe wykazują pewne podobieństwo do zasobników elektrochemicznych – ponieważ energia elektryczna jest w nich wytwarzana również na skutek reakcji chemicznej. W przeciwieństwie do akumulatorów mogą wytwarzać energię przez praktycznie nielimitowany czas dzięki uzupełnianiu zbiornika z wodorem. Ponadto są o wiele bardziej przyjazne dla środowiska, gdyż podczas elektrochemicznej reakcji łączenia wodoru z tlenem powstaje prąd elektryczny, a jedynym odpadowym produktem jest woda.

Ogniwa paliwowe są zasilane wodorem oraz tlenem pobieranym z otoczenia. Wodór dostając się na anodę wywołuje reakcję chemiczną, a katalizator uwalnia elektrony. Powstałe w wyniku procesu dodatnio naładowane jony atomów wodorów są absorbowane przez membranę polimerową, a obojętny elektrycznie tlen doprowadzany do katody przechwytuje swobodne elektrony powodując przepływ prądu stałego. Wytworzone ujemne jony tlenu reagują natomiast w membranie z protonami w wyniku czego powstaje cząsteczka wody. Wszystkie reakcje zachodzące w ogniwie mają charakter egzotermiczny, więc jedynymi produktami ubocznymi w procesie wytwarzania energii elektrycznej są woda i ciepło.

Obecnie seryjnie produkowane ogniwa paliwowe posiadają trwałość wynoszącą około kilku tysięcy godzin pracy. Rzeczywista trwałość jest jednak trudna do oszacowania, gdyż ogniwa paliwowe wymagają idealnie czystego paliwa (nawet najdrobniejsze zanieczyszczenie wodoru np. tlenkiem węgla mogą być przyczyną uszkodzenia ogniwa).

Niektórzy producenci systemów zasilania gwarantowanego już posiadają w swojej ofercie generatory wykorzystujące wodorowe ogniwa paliwowe. Już w 2005 r potentat na rynku systemów zasilania gwarantowanego firma APC wprowadziła do swojej oferty generator IFCS (Integrated Fuel Cells System), wchodzący w skład architektury InfraStruXure. Podobnie jak inne elementy tego systemu, ma on konstrukcję modułową. Podstawowy element generatora ma moc 10 KW, a w standardowym stelażu o wysokości 42U mieszczą się trzy takie moduły o łącznej mocy 30 KW. Oprócz generatorów, w skład systemu wchodzą też: konwerter prądu stałego DC/DC, który dopasowuje dostarczaną moc do aktualnego zapotrzebowania odbiorników, oraz oprogramowanie umożliwiające zdalne zarządzanie systemem przy wykorzystaniu przeglądarki internetowej.

Również w Polsce produkuje się systemy zasilania gwarantowanego w oparciu o ogniwa paliwowe, czego przykładem może być system PULSTAR warszawskiej firmy APS. PULSTAR składa się z następujących elementów: ogniwa paliwowego o mocy 1,2 kW, przetwornicy DC/DC stabilizującej napięcie z ogniwa, falownika umożliwiającego zasilanie z systemu odbiorników na prąd przemienny. System generatora jest ponadto wyposażony w układ nadzoru będący integralną jego częścią pozwala na zdalne sterowanie systemem oraz odczyt wszystkich parametrów pracy systemu. System tego typu składają się najczęściej z ogniwa paliwowego jako głównego źródła energii (przy braku napięcia w sieci), zestawu nowoczesnych przetwornic energoelektronicznych oraz baterii superkondensatorów bądź akumulatorów kwasowych dla zapewnienia ciągłego napięcia wyjściowego. Urządzenia tego typu są najczęściej zasilane wodorem dostarczanym w butlach lub zbiornikach, ale istnieje również możliwość wyposażenia ich w tak zwany procesor paliwowy umożliwiający zasilanie metanolem, który jest o wiele tańszy.

Układ zasilania w wodór oparty jest o automatyczny zespół rozprężania umożliwiający zdalną pracę butli oraz jej nadzorowanie. Zasilacz jest również dodatkowo wyposażony w kompleksowy system monitoringu i nadzoru zapewniający także bieżącą kontrolę poziomu paliwa w zbiornikach. Niestety tego typu urządzenia są wciąż stosunkowo drogie, ich cena jest ok. trzykrotnie wyższa od typowych agregatów prądotwórczych o podobnej mocy.