不間斷電源（UPS）供電系統(tǒng)執(zhí)行著許多重要功能，其使用價(jià)值在于停電期間為需要不間斷工作的精密設(shè)備提供緊急能源。在市電突然斷電且后發(fā)電機(jī)未啟動(dòng)前，為需要保護(hù)的敏感設(shè)備和關(guān)鍵數(shù)據(jù)提供電力支持。
　　現(xiàn)在，大多數(shù)的UPS產(chǎn)品仍在使用鉛酸蓄電池作為蓄能電源，其成熟的技術(shù)和良好的成本效益是目前使用最廣泛的儲(chǔ)能解決方案。盡管鉛酸蓄電池具有經(jīng)濟(jì)、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，但是歐盟于2006年7月1日頒布的ROSH指令中，明確指出含有鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴二苯醚、多溴聯(lián)苯等重金屬或阻燃劑的電子電氣產(chǎn)品將不允許進(jìn)入歐盟市場(chǎng)。由2007年3月1日起我國(guó)也開(kāi)始實(shí)施了ROHS認(rèn)證，凡在中華人民共和國(guó)銷售的電氣電子產(chǎn)品都應(yīng)符合ROHS指令。
　　從這一認(rèn)證開(kāi)始以來(lái)，不間斷電源廠家都已經(jīng)開(kāi)始尋找一種更環(huán)保且不昂貴的電源技術(shù)來(lái)代替鉛酸蓄電池，并且已經(jīng)研發(fā)出了飛輪蓄能、超級(jí)電容器、燃料電池和鋰離子電池四種備用電源解決方案，其可行性似乎已經(jīng)為取代鉛酸蓄電池做好了準(zhǔn)備。
　　本文就鉛酸蓄電池和這四種備用電源解決方案探討其優(yōu)缺點(diǎn)以及未來(lái)發(fā)展前景。　　
　　鉛酸蓄電池的優(yōu)缺點(diǎn)
　　鉛酸蓄電池在發(fā)明的150年來(lái)，其技術(shù)幾乎沒(méi)有明顯的改進(jìn)，但是它卻仍然是應(yīng)用于UPS產(chǎn)品待機(jī)的首選儲(chǔ)能解決方案，主要原因是還沒(méi)有其他的主流技術(shù)可以有效地滿足不間斷工作系統(tǒng)的特殊需要。
　　優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠
　　應(yīng)用于UPS供電系統(tǒng)的鉛酸蓄電池大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài)，只有在停電的情況下，才將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能經(jīng)UPS提供給負(fù)載。其使用率雖然很低，但是一旦出現(xiàn)停電，蓄電池能夠迅速釋放電能保證負(fù)載的不間斷運(yùn)行，所以鉛酸蓄電池是作為后備電源的理想選擇。
　　鉛酸蓄電池能夠提供相對(duì)較長(zhǎng)的備份時(shí)間，它相對(duì)較低的價(jià)格使其成為了最具成本效益且廣泛使用的儲(chǔ)能解決方案。
　　鉛酸蓄電池缺點(diǎn)分析：　　
　　第一， 一般用于大中型數(shù)據(jù)中心的蓄電池組體積較大，并且非常沉重，龐大的電池組占地面積及空間較多。
　　第二， 較高的維護(hù)費(fèi)用。現(xiàn)在UPS產(chǎn)品中使用的密封鉛酸蓄電池，廠家們通常成為“免維護(hù)鉛酸蓄電池”。事實(shí)上，這些鉛酸蓄電池每年至少檢查兩次，看它們的各極導(dǎo)線夾頭有無(wú)松動(dòng)或燒損現(xiàn)象，電池殼體有無(wú)開(kāi)裂和損壞的情況，以確保他們有良好的工作秩序。如果聘請(qǐng)專家來(lái)進(jìn)行這些工作，其費(fèi)用支出較高。
　　第三， 鉛酸選電池組壽命短，更換費(fèi)用高。鉛酸蓄電池的使用壽命一般為4年，而UPS的使用壽命一般為它們的2-3倍。這就意味著數(shù)據(jù)中心在建設(shè)初期必須把蓄電池組的費(fèi)用列在預(yù)算之內(nèi)。
　　第四， 昂貴的廢舊電池處理費(fèi)用。UPS所使用的大量鉛酸蓄電池含有劇毒硫酸，處理淘汰的鉛酸蓄電池費(fèi)用昂貴。
　　第五， 不可預(yù)測(cè)的可靠性。在對(duì)鉛酸蓄電池的每次放電檢測(cè)時(shí)，都會(huì)降低鉛酸蓄電池的性能以及減少其壽命。另外，電池組需要安裝檢測(cè)系統(tǒng)，用來(lái)檢測(cè)出需要更換的單只電池，并提供實(shí)時(shí)的報(bào)告和報(bào)警。以免出現(xiàn)老化的電池導(dǎo)致電池備份時(shí)間縮短。
　　由于鉛酸電池的諸多缺陷，使數(shù)據(jù)中心的管理人員渴望能夠有更新的技術(shù)來(lái)代替鉛酸蓄電池。目前，飛輪蓄能、超級(jí)電容器、燃料電池和鋰離子四種儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)顯示出可行性。雖然還沒(méi)有在UPS產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，但是已經(jīng)獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。

飛輪儲(chǔ)能技術(shù)
　　飛輪通常安裝在UPS的底部，由交流市電驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)同軸的慣性飛輪利用磁懸浮軸承同速旋轉(zhuǎn)。當(dāng)市電斷電時(shí)，平時(shí)儲(chǔ)存在慣性飛輪中的動(dòng)能仍可不間斷地帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，使發(fā)電機(jī)繼續(xù)給負(fù)載供電。
　　優(yōu)勢(shì)：
　　1.無(wú)需占地面積。飛輪置于UPS內(nèi)部，比起鉛酸蓄電池組，不需要專門的放置室。
　　2.環(huán)保無(wú)污染。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)不含有害化學(xué)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境的影響甚小。
　　3.使用壽命長(zhǎng)。飛輪通常的使用壽命為10年，且在工作過(guò)程中不影響其性能。
　　4.較低的維護(hù)費(fèi)用。飛輪的維護(hù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，與預(yù)防行的蓄電池維護(hù)相比要便宜得多。
　　缺點(diǎn)：
　　1.備份時(shí)間較短。鉛酸蓄電池可以根據(jù)UPS的容量進(jìn)行配置，應(yīng)急時(shí)間可達(dá)數(shù)十分鐘乃至幾個(gè)小時(shí)。但是飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)只能提供30秒的待機(jī)能耗，即便是安裝多個(gè)飛輪，也只不過(guò)是幾分鐘而已，且不可以在線維護(hù)。　　
　　2.更高的成本。飛輪系統(tǒng)的金屬盤性能通常取決于軸承，此軸承每隔5年就必須更換，且價(jià)格昂貴。即便是采用飛磁懸浮軸承技術(shù)，價(jià)格依然是讓人望而卻步。
　　3.部件更換費(fèi)用昂貴。飛輪系統(tǒng)包含磁懸浮軸承、真空泵、磁力線圈等，這些部件的更換的時(shí)間間隔需按照廠商提出的建議，由于部件的特殊性，其費(fèi)用要估算在系統(tǒng)的總成本里。
　　雖然飛輪技術(shù)在不斷地改善，但進(jìn)展緩慢。因此，飛輪對(duì)進(jìn)一步延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)在市電斷電時(shí)的繼續(xù)供電時(shí)間已無(wú)能為力，對(duì)大多數(shù)數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，30秒遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足重要IT系統(tǒng)不間斷運(yùn)行的需求。
　　飛輪的使用范圍可以向適合它們的特定環(huán)境發(fā)展。例如醫(yī)院，醫(yī)院往往配備有發(fā)電機(jī)，并且可在市電斷電后10秒鐘投入使用，在這種前提下，飛輪的所提供的30秒待機(jī)能耗足夠完成這一任務(wù)。對(duì)符合這種情況的客戶，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)他們具有一定的吸引力。　　
　　超級(jí)電容器　　
　　超級(jí)電容器采用了電化學(xué)雙層原理，又叫雙電層電容器（ElectricDoubleLayerCapacitor;EDLC)，也叫功率電容器(PowerCapacitor)，是一種介于普通電容器和二次電池之間的新型儲(chǔ)能裝置。超級(jí)電容器集高能量密度、高功率密度、長(zhǎng)壽命等特性于一身，具有工作溫度寬、可靠性高、可快速循環(huán)充放電和長(zhǎng)時(shí)間放電等特點(diǎn)。
　　優(yōu)點(diǎn)：　　
　　超級(jí)電容器與飛輪儲(chǔ)能技術(shù)有著共同的優(yōu)點(diǎn)。他們的體積更小，并且使用無(wú)毒害原料。即便是經(jīng)常充放電也不會(huì)影響其性能和壽命。最重要的一點(diǎn)是，超級(jí)電容器是固態(tài)物體，沒(méi)有可移動(dòng)的部件，因此減少了維修量。
　　缺點(diǎn)：　　
　　超級(jí)電容器是一種提供待機(jī)能耗極短的脈沖電源。一個(gè)典型的超級(jí)電容器僅能提供10秒的待機(jī)能耗。和鉛酸蓄電池相比，超級(jí)電容器也是昂貴的。平均而言，一個(gè)超級(jí)電容前期費(fèi)用　　
　　大約是一個(gè)等效鉛酸蓄電池的1.5倍。　　
　　在未來(lái)的3至5年，技術(shù)的進(jìn)步可能是備份時(shí)間從10秒延長(zhǎng)到30秒，不過(guò)這對(duì)數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵負(fù)載來(lái)說(shuō)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以不可能普遍使用。不過(guò)，一旦超級(jí)電容器可以達(dá)到30秒待機(jī)能耗，以它的價(jià)格優(yōu)勢(shì)很可能代替飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，要做的只是設(shè)置一個(gè)有效的備用電源解決方案。

燃料電池　　
　　燃料電池(FuelCell)是一種將存在于燃料與氧化劑中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置（通常是氫為能源的）。它從外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”。氫燃料蓄電池的排放物僅是水以及參與反映的氫和氧。　　
　　優(yōu)勢(shì)：　　
　　1.效率高。燃料電池按著電化學(xué)原理直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，理論上它的整體熱電合并效率可達(dá)90%以上。　　
　　2.噪音低。燃料電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且沒(méi)有高速運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，可以安靜地將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)驗(yàn)證明，距離40kW磷酸燃料電池4.6m的噪音值為60dB。　　
　　3.污染低。當(dāng)以氫燃料作為燃料電池原料時(shí)，制取過(guò)程中二氧化碳的排放量比熱機(jī)過(guò)程少40%以上，可以有效地減緩地球溫室效應(yīng)。其次，由于燃料電池所使用的的燃料氣體在反應(yīng)前必須脫硫，所以幾乎不排放硫化物氣體和氮化物氣體，減輕了對(duì)大氣的污染。當(dāng)以純氫為燃料時(shí)它的產(chǎn)物只有純水。　　
　　4.原料廣。對(duì)于燃料電池而言，只要含有氫原子的物質(zhì)都可以作為燃料，例如天然氣、石油、煤炭等氣化產(chǎn)物，或是沼氣、酒精、甲醇等，因此燃料電池非常符合能源多樣化，可以減緩主流能源耗竭。　　
　　5.應(yīng)用廣泛。發(fā)電量由單節(jié)電池的功率和數(shù)目決定，不論發(fā)電規(guī)模大小均能保持高發(fā)電效率。目前發(fā)展中燃料電池所能提供的電力范圍在1W~1000MW之間，包括可攜帶式電力、車輛電力、現(xiàn)場(chǎng)型汽電共生電廠、分散型電廠以及集中型電廠等。　　
　　缺點(diǎn)：　　
　　1.安全問(wèn)題。氫氣是可燃物，因此燃料電池的用戶在安裝、使用、存儲(chǔ)時(shí)必須小心謹(jǐn)慎。　　
　　2.高成本。雖然見(jiàn)年來(lái)燃料價(jià)格已經(jīng)顯著下降，但其價(jià)格還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸蓄電池。　　
　　3.供電系統(tǒng)切換時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)市電停止時(shí)，燃料電池需要大約30秒的時(shí)間才能開(kāi)始運(yùn)行，在此期間，UPS的啟動(dòng)需要采用小電池提供后備電源。　　
　　考慮到氫氣的易燃性，燃料電池制造商正在尋找可代替氫氣的燃料，已提高安全性和加速采用率。然而，盡管燃料電池成本在不斷下降，但其價(jià)格仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鉛酸蓄電池，且這種情況仍將維持一段較長(zhǎng)的時(shí)間。因此，燃料電池在現(xiàn)階段可能僅作為UPS備用電源存在。　　
　　鋰離子電池　　
　　便攜式電子產(chǎn)品以電池作為電源。隨著便攜式產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，鋰離子電池已普遍使用。雖然在數(shù)據(jù)中心或是工業(yè)應(yīng)用中很少用到，但鋰離子電池有著與鉛酸蓄電池相同的功能。　　
　　優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：鋰離子電池最大的優(yōu)點(diǎn)是比能量比。目前，最好的鋰離子蓄電池與鉛酸蓄電池相比，其重量減輕30%，面積節(jié)省30%以上，同時(shí)備份時(shí)間提高了30%。　　
　　但是，其成本卻比鉛酸蓄電池高出了4倍。另外，其安全性較差，鋰離子電池可能會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而爆炸。　　
　　現(xiàn)階段鋰離子電池價(jià)格昂貴，在短時(shí)間內(nèi)還不能有效地代替鉛酸蓄電池用于UPS供電系統(tǒng)。但是，鋰離子電池的小尺寸和高密度使其對(duì)電動(dòng)汽車廠商極具吸引力。因此，汽車制造商正積極同鋰離子電池供應(yīng)商開(kāi)發(fā)更安全，更緊湊，更便宜的產(chǎn)品。　　
　　事實(shí)上，鋰離子電池因?yàn)榕c鉛酸蓄電池?fù)碛邢嗤墓δ芘c性能，因此專家預(yù)測(cè)鋰離子電池可能成為UPS備用電源的首選技術(shù)。　　
　　結(jié)論　　
　　對(duì)于可以代替鉛酸蓄電池的可行性技術(shù)，是人們一直追尋的目標(biāo)。作為UPS備用電池解決方案，飛輪、超級(jí)電容、燃料電池和鋰離子電池都在節(jié)能和環(huán)保上比鉛酸蓄電池具有優(yōu)勢(shì)。不過(guò)他們目前也有顯著的缺點(diǎn)，特別是它們昂貴的價(jià)格還不能被UPS用戶所接受。　　
　　不過(guò)技術(shù)不斷在進(jìn)步，在備用電源領(lǐng)域一定會(huì)出現(xiàn)運(yùn)作更可靠，更符合成本效益，并能降低擁有成本的新技術(shù)。