儘管不斷電系統（UPS）增添了許多重要功能，但多數使用者最重視的功能仍是電力中斷時可即時提供的緊急電源。UPS可於電力服務中斷時啟動備用發電機，同時依照流程關閉系統，或將資料移動、處理至災難復原區等，讓IT人員有更充裕的時間保護敏感設備和資料。
無可避免地，鋰離子有成本較高的缺點，鋰離子電池的成本至今仍較同等級的鉛酸電池高上數倍。並且安全上仍有疑慮，鋰離子電池在溫度過高或充電過度時，容易點燃引起大量爆炸或燃燒。不過，UPS應用使用的鋰化學物質較為安全，且主動管理系統會在危險狀況發生前提早斷開故障電池。
談及未來發展，現今鋰離子電池儼然已成為極具吸引力的UPS鉛酸電池替代方案。鋰離子電池尺寸小、密度高的特性，尤其適合油電混合車及電動車，因此汽車製造商正致力與供應商聯手開發更安全、更輕巧、更經濟實惠的車款。事實上，專家也同意鋰離子電池的總整體擁有成本確實比鉛酸電池低，市場普遍認為鋰離子電池很有可能成為UPS備用電源的明日之星。
值得注意的是，鋰離子並非UPS應用新式化學電池的唯一選擇。鎳鋅電池（Nickel Zinc）、鈉硫電池（Sodium Sulfur）或鹽水電池（Saltwater Battery）目前都在UPS系統測試中。與鉛酸電池或鋰離子電池相比，這些化學電池不僅表現優異，甚至更安全。
替代選項2：飛輪
飛輪（Flywheels）是一種機械裝置，通常中心有個大型金屬圓盤（圖3）。在正常的運作狀況下，電力會快速隨著圓盤旋轉。電力中斷時，圓盤會繼續自主旋轉，產生直流電供UPS作為緊急電源使用。隨著UPS持續耗電，圓盤會逐漸喪失動能，所產生的電力也越來越少，終至完全停止轉動。
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| ▲圖3 飛輪。 |
飛輪外型小巧，它比UPS鉛酸電池體積更小，也更輕巧。對環境衝擊低，與鉛酸電池不同，飛輪內沒有具危險性且會對環境造成危害的化學物質。飛輪的使用壽命通常可達十年，大多數鉛酸電池則僅有五年。此外，鉛酸電池只要每次放電時都會些微降低電池的性能，但飛輪可使用上百次甚至上千次，其效能或使用壽命仍不受影響。其保養條件、總擁有成本皆低，由於飛輪是一個機械裝置而非化學儲存系統，因此所需的預防性維護比UPS電池更少，價格更低。
飛輪並非完美無缺，備用時間有限、成本較高、需特殊重要保養則是它的缺點。典型UPS鉛酸電池可提供3～15分鐘的緊急電力，但飛輪的待機電力只有15～30秒。雖然企業可安裝多個飛輪，但總備用電力仍僅有數分鐘。
多數大型飛輪的中心金屬圓盤往往須安置於軸承上，價格昂貴且必須每5年更換一次。高速輕量圓盤模組（SModels）雖以磁浮技術代替軸承，價格依舊相當高。事實上，以飛輪為基礎的備援系統，平均售價往往比鉛酸電池系統預付款高出一倍。飛輪的低保養成本與強大的耐用性雖能逐漸彌補這項差額，但整體費用仍高。
飛輪內可能有軸承、真空泵（Vacuum Pumps）或特殊組件，必須依照製造商建議的間隔時間，以工作週期定時更換。建議的更換時間並非固定，因此在產品的壽命期間，每年的服務成本也會不同。若需估算總擁有成本，不妨以15年為一週期，以便完整涵蓋這些特殊經常性成本。
雖然飛輪技術已有進展，但發展速度仍相當緩慢。因此，若要生產能夠供電超過30秒的實用型飛輪，目前仍無法達成。對大多數企業來說，30秒仍不足以在重大電力中斷事故發生時保護關鍵的IT系統，因此欲於資料中心使用飛輪作為唯一備用電源，近期內仍成效有限。
不過，在適合的特定使用情境下，飛輪則有可能被廣泛應用。例如，大多數醫院均備有發電機，能在電力中斷10秒內啟用。在這個前提下，30秒的備用電源非常足夠，且相較於鉛酸電池，飛輪則是更具吸引力的替代方案。
除此之外，企業也常使用飛輪強化電池功能，而非作為電池的替代品。超過95%的電力中斷僅持續數秒，而中斷時間較長、較嚴重的情況，一年中往往僅占少數。綜合而言，混合型解決方案是在短暫斷電時使用飛輪提供備用電源，時間較長的意外則由電池提供備援。如此一來，就能延長電池的使用壽命，進而減少UPS壽命期間更換電池的次數。
替代選項3：超級電容器
超級電容器（Ultracapacitor，又稱Supercapacitor）是一項專門用於高密度、高速的儲能選項（圖4），這是非機械式替代方案，通常內含無毒的碳基材質，如活性碳及石墨烯。
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| ▲圖4 超級電容器。 |
超級電容器與飛輪相似，皆比鉛酸電池更小、更輕。超級電容器與飛輪均不含硫酸，因此沒有棄置化學物質的疑慮，對環境衝擊低。此外，可隨喜好重複放電、充電，且電容量、效能或壽命都不受影響。更特別的是，超級電容器是一項固態裝置，完全沒有零件，因此保養需求也較低。
儘管如此，超級電容器還是有備用時間有限、成本較高的缺點。超級電容器與飛輪相同，供電的時間極短。截至目前為止，超級電容器仍僅能提供10秒的備援電力。現代超級電容器系統的備用時間可長達30秒，是飛輪以外的非機械式替代方案。就成本考量，超級電容器比鉛酸電池更昂貴。平均而言，超級電容器的前期成本約為鉛酸電池的兩倍。
在未來三至五年內，超級電容器的成本會持續下跌，隨著使用者越來越能接受短暫轉瞬間的備用時間，需求量也會逐步提升。
替代選項4：燃料電池
與電池不同的是，燃料電池（Fuel Cells）的功用不在儲能，而是在產能。燃料電池基本上是一種電化學裝置，能將燃料（通常是氫氣或天然氣）轉換成電能。不過，與同樣將燃料轉換成能源的內燃機（Internal Combustion）不同的是，以氫氣為燃料的燃料電池的唯一產物是水。因此，包括汽車製造商、公用電力事業以及UPS製造商，不是在測試燃料電池的應用，就是調查燃料電池的用途。有些較先進的資料中心客戶會將燃料電池與設施電力以2N串聯使用，或設置為雙匯流排。
燃料電池與鉛酸電池不同，本身相當環保。其備用時間長，只要提供燃料，燃料電池就能提供不間斷的緊急電源。這表示一般燃料電池所提供的備用電源時間遠勝於鉛酸電池，或本文探討的其他三種備用電源替代方案。
可惜的是，燃料電池的成本較高，雖然近年來成本大幅下降，但燃料電池仍比鉛酸電池昂貴許多。電力成本是考量因素之一，因為一般燃料電池的能量效率僅有85%。而且有安全疑慮，由於燃料來源可燃，因此燃料電池使用者在安裝、保存與支援時需要格外小心。
除此之外，燃料電池從啟用至全力運轉，一般約需30秒，啟用時間較慢。因此，採用燃料電池的UPS往往會另外安裝一個小型電池，作為啟用期間的備用電源。
展望未來，燃料電池製造商正實驗以不易燃替代方案取代氫氣，用意在於提升安全性並增加採用率。然而，燃料電池的成本雖有下降的趨勢，但比起鉛酸電池仍高出許多，且近期內可能不太有新進展。因此，未來幾年要看到燃料電池作為UPS備用電源的機會仍相當有限，不過在分散式發電環境中，則有可能受到廣泛應用，因為燃料電池是該領域的主要供電來源。
結語
現在仍無法斷定何種為最佳替代方案，鋰離子與飛輪具備實用、經濟效益等優勢，已被運用於少數應用場景中。隨著對效率更佳、更環保的儲能解決方案的需求日益增加，製造商也致力降低成本，以解決備用電源技術替代方案的不足之處。
＜本文作者Ed Spears為伊頓（Eaton）電力品質部門產品經理。伊頓是一家擁有百年經驗的動力管理公司，2017年銷售額達204億美元。伊頓為客戶提供高效能解決方案，以協助客戶以更高效率、安全永續地有效管理電力、液壓動力及機械動力。＞