El mercado de la industria de TI es el mayor consumidor de sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS), y utiliza aproximadamente el 75% de todos los UPS fabricados. Las ventas globales anuales de equipos UPS para todo tipo de centros de datos, incluidos los empresariales, comerciales y ultragrandes, ascienden a 3 mil millones de dólares. Al mismo tiempo, el aumento anual de las ventas de equipos UPS en centros de datos se acerca al 10% y parece que ese no es el límite.
Los centros de datos son cada vez más grandes y esto, a su vez, crea nuevos desafíos para la infraestructura energética. Si bien existe un largo debate sobre cómo los UPS estáticos son superiores a los dinámicos y viceversa, una cosa en la que la mayoría de los ingenieros estarán de acuerdo es que cuanto mayor sea la potencia, mejores serán las máquinas eléctricas para manejarla: los generadores se utilizan para generar. energía eléctrica en centrales eléctricas.
Todos los UPS dinámicos utilizan motogeneradores, pero son de diferentes diseños y definitivamente tienen características y características diferentes. Uno de estos UPS bastante comunes es una solución con un motor diesel conectado mecánicamente: un UPS rotativo diesel (DRIBP). Sin embargo, en la práctica mundial de la construcción de centros de datos, la competencia real se da entre los UPS estáticos y otra tecnología de UPS dinámica: los UPS rotativos, que es una combinación de una máquina eléctrica que produce un voltaje sinusoidal de forma natural y electrónica de potencia. Estos SAI rotativos tienen una conexión eléctrica con dispositivos de almacenamiento de energía, que pueden ser baterías o volantes.
Los avances modernos en tecnología de control, confiabilidad, eficiencia y densidad de potencia, así como el menor costo unitario de la energía del UPS, son factores que no son exclusivos de los UPS estáticos. La serie Piller UB-V recientemente presentada es una alternativa digna.
Veamos más a fondo algunos de los criterios clave para evaluar y seleccionar un sistema UPS para un gran centro de datos moderno en el contexto de qué tecnología parece preferible.
1. Costos de capital
Es cierto que los UPS estáticos pueden ofrecer un precio más bajo por kW para sistemas UPS más pequeños, pero esa ventaja se evapora rápidamente cuando se trata de sistemas de energía más grandes. El concepto modular que los fabricantes de SAI estáticos se ven inevitablemente obligados a adoptar gira en torno a la conexión en paralelo de un gran número de SAI de pequeña potencia nominal, por ejemplo de 1 kW de tamaño, como se muestra en el ejemplo siguiente. Este enfoque le permite alcanzar el valor requerido de la potencia de salida de un sistema determinado, pero debido a la complejidad de muchos elementos duplicados, pierde entre un 250 y un 20% de la ventaja de costos en comparación con el costo de una solución basada en UPS rotativos. Además, incluso esta conexión paralela de módulos tiene limitaciones en el número de unidades en un sistema UPS, después de lo cual los propios sistemas modulares paralelos deben ser paralelos, lo que aumenta aún más el costo de la solución debido a los dispositivos y cables de distribución adicionales.
Mesa 1. Ejemplo de solución para una carga TI de 48 MW. El mayor tamaño de los monobloques UB-V ahorra tiempo y dinero.
2. Confiabilidad
En los últimos años, los centros de datos se han convertido en empresas cada vez más mercantilizadas, mientras que la confiabilidad se da cada vez más por sentada. En este sentido, existe una creciente preocupación de que esto genere problemas en el futuro. A medida que los operadores se esfuerzan por lograr la máxima tolerancia a fallas (número de "9") y se supone que las deficiencias de la tecnología UPS estática se superan mejor con un tiempo de reparación bajo (MTTR) debido a la capacidad de intercambiar módulos UPS rápidamente y en caliente. Pero este argumento puede resultar contraproducente. Cuantos más módulos estén involucrados, mayor será la probabilidad de falla y, lo que es más importante, mayor será el riesgo de que dicha falla resulte en una pérdida de carga en todo el sistema. Es mejor no tener ningún fallo.
En la figura 1 se muestra una ilustración de la dependencia del número de fallas del equipo con el valor del tiempo entre fallas (MTBF) durante el funcionamiento normal. XNUMX y cálculos correspondientes.
Arroz. 1. Dependencia del número de averías del equipo del indicador MTBF.
La probabilidad de falla del equipo Q(t) durante la operación normal, en la sección (II) del gráfico de la curva de falla normal, se describe bastante bien mediante la ley de distribución exponencial de variables aleatorias Q(t) = e-(λx t), donde λ = 1/MTBF – fallos de intensidad, y t es el tiempo de funcionamiento en horas. En consecuencia, después del tiempo t habrá N(t) instalaciones en estado libre de problemas del número inicial de todas las instalaciones N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
El MTBF promedio de los UPS estáticos es de 200.000 1.300.000 horas y el MTBF de los UPS rotativos de la serie UB-V Piller es de 10 36 7 horas. Los cálculos muestran que durante 1 años de funcionamiento, el 86% de los SAI estáticos sufrirán un accidente y sólo el 240% de los SAI rotativos. Teniendo en cuenta las diferentes cantidades de equipos UPS (Tabla 2), esto significa 20 fallas de 48 módulos UPS estáticos y 10 fallas de XNUMX módulos UPS rotativos de Piller, en el mismo centro de datos con una carga informática útil de XNUMX MW en XNUMX años de funcionamiento.
La experiencia en el funcionamiento de UPS estáticos en centros de datos en Rusia y en todo el mundo confirma la confiabilidad de los cálculos anteriores, basados en estadísticas de fallas y reparaciones disponibles en fuentes abiertas.
Todos los SAI rotativos de Piller, y en particular la serie UB-V, utilizan una máquina eléctrica para generar una onda sinusoidal pura y no utilizan condensadores de potencia ni transistores IGBT, que suelen ser la causa de fallos en todos los SAI estáticos. Además, un UPS estático es una parte compleja del sistema de suministro de energía. La complejidad reduce la confiabilidad. Los UPS rotativos UB-V tienen menos componentes y un diseño de sistema más robusto (motor-generador), lo que aumenta la confiabilidad.
3. Eficiencia energética
Los UPS estáticos modernos tienen una eficiencia energética en línea (o en modo "normal") mucho mejor que sus predecesores. Normalmente con valores máximos de eficiencia del 96,3%. A menudo se citan cifras más altas, pero esto sólo se puede lograr cuando el UPS estático funciona cambiando entre los modos en línea y alternativo (por ejemplo, modo ECO). Sin embargo, cuando se utiliza el modo alternativo de ahorro de energía, la carga opera desde la red externa sin ninguna protección. Por esta razón, en la práctica, en la mayoría de los casos los centros de datos utilizan únicamente el modo en línea.
La serie Piller UB-V de UPS rotativos no cambia de estado durante el funcionamiento normal, al tiempo que ofrece hasta un 98 % de eficiencia en línea con un nivel de carga del 100 % y un 97 % de eficiencia con un nivel de carga del 50 %.
Esta diferencia en eficiencia energética permite obtener importantes ahorros de electricidad durante el funcionamiento (Tabla 2).
Mesa 2. Ahorro de costes energéticos en un centro de datos con 48 MW de carga TI.
4. Espacio ocupado
Los UPS estáticos de uso general se han vuelto significativamente más compactos con la transición a la tecnología IGBT y la eliminación de transformadores. Sin embargo, incluso teniendo en cuenta esta circunstancia, los SAI rotativos de la serie UB-V proporcionan una ganancia del 20% o más en términos de espacio ocupado por unidad de potencia. El ahorro de espacio resultante se puede utilizar tanto para aumentar la potencia del centro de energía como para aumentar el espacio útil "blanco" del edificio para acomodar servidores adicionales.
Arroz. 2. Espacio ocupado por UPS de 2 MW de diferentes tecnologías. Instalaciones reales a escala.
5. Disponibilidad
Uno de los indicadores clave de un centro de datos bien diseñado, construido y operado es su alto factor de resiliencia. Si bien el 100% de tiempo de actividad es siempre un objetivo, los informes indican que más del 30% de los centros de datos del mundo experimentan al menos una interrupción no planificada por año. Muchos de ellos se deben a errores humanos, pero la infraestructura energética también desempeña un papel importante. La serie UB-V utiliza la probada tecnología UPS rotativa de Piller en un diseño monobloque, cuya confiabilidad es significativamente mayor que la de todas las demás tecnologías. Además, los propios UPS UB-V en centros de datos con un entorno adecuadamente controlado no requieren paradas anuales para mantenimiento.
6. Flexibilidad
A menudo, los sistemas de TI de los centros de datos se actualizan y modernizan en un plazo de 3 a 5 años. Por lo tanto, las infraestructuras de energía y refrigeración deben ser lo suficientemente flexibles para adaptarse a esto y estar suficientemente preparadas para el futuro. Tanto el UPS estático convencional como el UPS UB-V se pueden configurar de varias maneras.
Sin embargo, la gama de soluciones basadas en este último es más amplia y, en general, al estar fuera del alcance de este artículo, permite implementar sistemas de suministro de energía ininterrumpida en media tensión de 6-30 kV, para trabajar en redes con fuentes de generación renovables y alternativas, para construir sistemas rentables y altamente confiables con un bus paralelo aislado (IP Bus), correspondiente al nivel UI Tier IV en una configuración N+1.
Como conclusión, se pueden sacar varias conclusiones. Cuanto más se desarrollan los centros de datos, más compleja se vuelve la tarea de optimizarlos, cuando es necesario controlar simultáneamente indicadores económicos, aspectos de confiabilidad, reputación y minimización del impacto ambiental. Los UPS estáticos se han utilizado y se utilizarán en el futuro en los centros de datos. Sin embargo, también es innegable que existen alternativas a los enfoques existentes en el campo de los sistemas de suministro de energía que tienen ventajas significativas sobre la "vieja estática".
Fuente: habr.com