Il mercato del settore IT è il più grande consumatore di gruppi di continuità (UPS), utilizzando circa il 75% di tutti gli UPS prodotti. Le vendite globali annuali di apparecchiature UPS a tutti i tipi di data center, compresi quelli aziendali, commerciali e ultra-grandi, ammontano a 3 miliardi di dollari. Allo stesso tempo, l'aumento annuo delle vendite di apparecchiature UPS nei data center si avvicina al 10% e sembra che questo non sia il limite.
I data center stanno diventando sempre più grandi e questo, a sua volta, crea nuove sfide per l’infrastruttura energetica. Sebbene sia in corso un lungo dibattito su come gli UPS statici siano superiori a quelli dinamici e viceversa, una cosa su cui la maggior parte degli ingegneri sarà d'accordo è che maggiore è la potenza, più le macchine elettriche sono adatte a gestirla: i generatori vengono utilizzati per generare energia elettrica nelle centrali elettriche.
Tutti gli UPS dinamici utilizzano motogeneratori, ma hanno design diversi e caratteristiche e caratteristiche sicuramente diverse. Uno di questi UPS abbastanza comuni è una soluzione con un motore diesel collegato meccanicamente: un UPS rotativo diesel (DRIBP). Tuttavia, nella pratica mondiale della costruzione di data center, la vera competizione è tra gli UPS statici e un'altra tecnologia UPS dinamica: l'UPS rotativo, che è una combinazione di una macchina elettrica che produce una tensione sinusoidale di forma naturale ed elettronica di potenza. Tali UPS rotanti hanno una connessione elettrica con dispositivi di accumulo dell'energia, che possono essere batterie o volani.
I moderni progressi nella tecnologia di controllo, nell'affidabilità, nell'efficienza e nella densità di potenza, nonché il minor costo unitario dell'alimentazione UPS, sono fattori che non riguardano esclusivamente gli UPS statici. La serie Piller UB-V recentemente introdotta è una valida alternativa.
Esaminiamo ulteriormente alcuni dei criteri chiave per valutare e selezionare un sistema UPS per un moderno data center di grandi dimensioni, nel contesto del quale la tecnologia sembra preferibile.
1. Costi di capitale
È vero che gli UPS statici possono offrire un prezzo inferiore per kW per i sistemi UPS più piccoli, ma tale vantaggio svanisce rapidamente quando si tratta di sistemi di alimentazione più grandi. Il concetto modulare che i produttori di UPS statici sono inevitabilmente costretti ad adottare ruota attorno al collegamento in parallelo di un gran numero di UPS di piccola potenza nominale, ad esempio di taglia 1 kW come nell'esempio seguente. Questo approccio consente di ottenere il valore richiesto di una determinata potenza di uscita del sistema, ma a causa della complessità di molti elementi duplicati perde il 250-20% del vantaggio in termini di costi rispetto al costo di una soluzione basata su UPS rotanti. Inoltre, anche questa connessione parallela di moduli presenta limitazioni sul numero di unità in un sistema UPS, dopodiché i sistemi modulari paralleli stessi devono essere paralleli, il che aumenta ulteriormente il costo della soluzione a causa di dispositivi e cavi di distribuzione aggiuntivi.
Tavolo 1. Esempio di soluzione per un carico IT di 48 MW. La dimensione maggiore dei monoblocchi UB-V consente di risparmiare tempo e denaro.
2. Affidabilità
Negli ultimi anni, i data center sono diventati imprese sempre più mercificate, mentre l’affidabilità è sempre più data per scontata. A questo proposito, crescono le preoccupazioni che ciò possa portare a problemi in futuro. Poiché gli operatori si impegnano per la massima tolleranza ai guasti (numero "9"), si presuppone che le carenze della tecnologia UPS statica possano essere superate al meglio con un tempo di riparazione ridotto (MTTR) grazie alla capacità di sostituire rapidamente i moduli UPS. Ma questo argomento può essere controproducente. Maggiore è il numero dei moduli coinvolti, maggiore è la probabilità di guasto e, cosa ancora più importante, maggiore è il rischio che tale guasto provochi una perdita di carico nell'intero sistema. È meglio non avere alcun incidente.
Un'illustrazione della dipendenza del numero di guasti dell'apparecchiatura dal valore del tempo tra i guasti (MTBF) durante il normale funzionamento è mostrata in Fig. 1 e relativi calcoli.
Riso. 1. Dipendenza del numero di guasti alle apparecchiature dall'indicatore MTBF.
La probabilità di guasto dell'apparecchiatura Q(t) durante il normale funzionamento, nella sezione (II) del grafico della curva di guasto normale, è descritta abbastanza bene dalla legge di distribuzione esponenziale delle variabili casuali Q(t) = e-(λx t), dove λ = 1/MTBF – intensità dei guasti e t è il tempo di funzionamento in ore. Di conseguenza, dopo il tempo t ci saranno N(t) installazioni in uno stato senza problemi dal numero iniziale di tutte le installazioni N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
L'MTBF medio degli UPS statici è di 200.000 ore e l'MTBF degli UPS rotanti della serie UB-V Piller è di 1.300.000 ore. I calcoli mostrano che in 10 anni di funzionamento, il 36% degli UPS statici subirà un incidente e solo il 7% degli UPS rotanti. Tenendo conto delle diverse quantità di apparecchiature UPS (Tabella 1), ciò significa 86 guasti su 240 moduli UPS statici e 2 guasti su 20 moduli UPS rotanti Piller, sullo stesso data center con un carico IT utile di 48 MW su 10 anni di attività.
L'esperienza nell'utilizzo di UPS statici nei data center in Russia e nel mondo conferma l'affidabilità dei calcoli di cui sopra, basati sulle statistiche di guasti e riparazioni disponibili da fonti aperte.
Tutti gli UPS rotativi Piller, ed in particolare la serie UB-V, utilizzano una macchina elettrica per generare un'onda sinusoidale pura e non utilizzano condensatori di potenza e transistor IGBT, che molto spesso sono causa di guasti in tutti gli UPS statici. Inoltre, un UPS statico è una parte complessa del sistema di alimentazione. La complessità riduce l’affidabilità. Gli UPS rotanti UB-V hanno meno componenti e un design del sistema più robusto (motore-generatore), che aumenta l'affidabilità.
3. Efficienza energetica
I moderni UPS statici hanno un'efficienza energetica online (o modalità "normale") molto migliore rispetto ai loro predecessori. Tipicamente con valori di efficienza di picco pari al 96,3%. Spesso vengono citati valori più elevati, ma ciò è ottenibile solo quando l'UPS statico funziona passando dalla modalità online a quella alternativa (ad esempio la modalità ECO). Tuttavia, quando si utilizza la modalità di risparmio energetico alternativa, il carico funziona dalla rete esterna senza alcuna protezione. Per questo motivo, nella pratica, nella maggior parte dei casi i data center utilizzano solo la modalità online.
La serie di UPS rotativi Piller UB-V non cambia stato durante il normale funzionamento, offrendo allo stesso tempo fino al 98% di efficienza online al 100% di carico e al 97% di efficienza al 50% di carico.
Questa differenza di efficienza energetica consente di ottenere un notevole risparmio di energia elettrica durante il funzionamento (Tabella 2).
Tavolo 2. Risparmio sui costi energetici in un data center con 48 MW di carico IT.
4. Spazio occupato
Gli UPS statici per uso generale sono diventati significativamente più compatti con il passaggio alla tecnologia IGBT e l'eliminazione dei trasformatori. Tuttavia, anche tenendo conto di questa circostanza, gli UPS rotativi della serie UB-V garantiscono un guadagno del 20% o più in termini di spazio occupato per unità di potenza. Il conseguente risparmio di spazio può essere utilizzato sia per aumentare la potenza del centro energetico, sia per aumentare lo spazio “bianco” utile dell'edificio per ospitare server aggiuntivi.
Riso. 2. Spazio occupato da UPS da 2 MW di diverse tecnologie. Installazioni reali in scala.
5. Disponibilità
Uno degli indicatori chiave di un data center ben progettato, costruito e gestito è il suo elevato fattore di resilienza. Sebbene il 100% di operatività sia sempre un obiettivo, i rapporti indicano che oltre il 30% dei data center di tutto il mondo subisce almeno un'interruzione non pianificata all'anno. Molti di questi sono causati da errori umani, ma anche le infrastrutture energetiche svolgono un ruolo importante. La serie UB-V utilizza la collaudata tecnologia UPS rotativa Piller in un design monoblocco, la cui affidabilità è significativamente più elevata rispetto a tutte le altre tecnologie. Inoltre, gli stessi UPS UB-V nei data center con un ambiente adeguatamente controllato non richiedono arresti annuali per manutenzione.
6. Flessibilità
Spesso i sistemi IT dei data center vengono aggiornati e modernizzati entro 3-5 anni. Pertanto, le infrastrutture di alimentazione e raffreddamento devono essere sufficientemente flessibili per far fronte a tutto ciò ed essere sufficientemente a prova di futuro. Sia gli UPS statici convenzionali che gli UPS UB-V possono essere configurati in vari modi.
Tuttavia, la gamma di soluzioni basate su quest'ultima è più ampia e, in generale, non rientrando nell'ambito di questo articolo, consente di realizzare sistemi di continuità a media tensione 6-30 kV, per lavorare su reti con fonti di generazione rinnovabili e alternative, per realizzare sistemi economicamente vantaggiosi e altamente affidabili con un bus parallelo isolato (IP Bus), corrispondente al livello Tier IV UI in una configurazione N+1.
In conclusione si possono trarre diverse conclusioni. Quanto più si sviluppano i data center, tanto più complesso diventa il compito di ottimizzarli, quando è necessario controllare contemporaneamente indicatori economici, aspetti di affidabilità, reputazione e minimizzazione dell'impatto ambientale. Gli UPS statici sono stati e saranno utilizzati in futuro nei data center. Tuttavia è anche innegabile che esistano alternative agli approcci esistenti nel campo dei sistemi di alimentazione elettrica che presentano vantaggi significativi rispetto alla “buona vecchia statica”.
Fonte: habr.com