Rynek branży IT jest największym konsumentem zasilaczy awaryjnych (UPS), zużywając około 75% wszystkich wyprodukowanych zasilaczy UPS. Roczna globalna sprzedaż sprzętu UPS do wszystkich typów centrów danych, w tym przedsiębiorstw, obiektów komercyjnych i bardzo dużych, wynosi 3 miliardy dolarów. Jednocześnie roczny wzrost sprzedaży sprzętu UPS w centrach danych zbliża się do 10% i wydaje się, że to nie koniec.
Centra danych stają się coraz większe, a to z kolei stwarza nowe wyzwania dla infrastruktury energetycznej. Chociaż toczy się długa debata na temat przewagi statycznych zasilaczy UPS nad dynamicznymi i odwrotnie, większość inżynierów zgodzi się co do jednej rzeczy: im wyższa moc, tym lepiej przystosowane do niej maszyny elektryczne: generatory służą do generowania mocy. energię elektryczną w elektrowniach.
Wszystkie dynamiczne zasilacze UPS wykorzystują generatory silnikowe, ale mają one różną konstrukcję i zdecydowanie różnią się cechami i właściwościami. Jednym z takich dość powszechnych zasilaczy UPS jest rozwiązanie z mechanicznie połączonym silnikiem wysokoprężnym – UPS rotacyjny z silnikiem Diesla (DRIBP). Jednak w światowej praktyce budowy centrów danych prawdziwą konkurencją jest statyczny UPS z inną technologią dynamiczną UPS - obrotowym UPS, będącym połączeniem maszyny elektrycznej wytwarzającej napięcie sinusoidalne o naturalnym kształcie i energoelektroniki. Takie obrotowe zasilacze UPS mają połączenie elektryczne z urządzeniami magazynującymi energię, którymi mogą być baterie lub koła zamachowe.
Nowoczesny postęp w technologii sterowania, niezawodność, wydajność i gęstość mocy, a także niższy koszt jednostkowy zasilania UPS to czynniki, które nie są unikalne dla statycznych UPS. Godną alternatywą jest niedawno wprowadzona seria Piller UB-V.
Przyjrzyjmy się bliżej niektórym kluczowym kryteriom oceny i wyboru systemu UPS dla nowoczesnego dużego centrum danych, w kontekście których technologia wydaje się preferowana.
1. Koszty kapitałowe
Prawdą jest, że statyczne zasilacze UPS mogą oferować niższą cenę za kW w przypadku mniejszych systemów UPS, ale ta przewaga szybko znika w przypadku większych systemów zasilania. Koncepcja modułowa, którą nieuchronnie zmuszeni są przyjąć producenci statycznych zasilaczy UPS, opiera się na równoległym podłączeniu dużej liczby zasilaczy UPS o małej mocy znamionowej, na przykład 1 kW, jak w poniższym przykładzie. Takie podejście pozwala na osiągnięcie wymaganej wartości mocy wyjściowej danego systemu, jednak ze względu na złożoność wielu powielonych elementów traci 250-20% przewagi kosztowej w porównaniu z kosztem rozwiązania opartego na UPS-ach obrotowych. Co więcej, nawet to równoległe połączenie modułów ma ograniczenia dotyczące liczby jednostek w jednym systemie UPS, po czym same równoległe systemy modułowe muszą być równoległe, co dodatkowo zwiększa koszt rozwiązania ze względu na dodatkowe urządzenia dystrybucyjne i kable.
Tabela 1. Przykład rozwiązania dla obciążenia IT 48 MW. Większy rozmiar monobloków UB-V pozwala zaoszczędzić czas i pieniądze.
2. Niezawodność
W ostatnich latach centra danych stają się przedsiębiorstwami w coraz większym stopniu utowarowionymi, a niezawodność jest coraz częściej uważana za oczywistość. W związku z tym rosną obawy, że doprowadzi to do problemów w przyszłości. Ponieważ operatorzy dążą do maksymalnej odporności na uszkodzenia (liczba „9”) i zakłada się, że niedociągnięcia technologii statycznych UPS najlepiej przezwyciężyć poprzez krótki czas naprawy (MTTR) ze względu na możliwość szybkiej wymiany modułów UPS podczas pracy. Ale ten argument może być samobójczy. Im więcej modułów, tym większe prawdopodobieństwo awarii i, co ważniejsze, tym większe ryzyko, że taka awaria spowoduje utratę obciążenia w całym systemie. Lepiej, żeby w ogóle nie było żadnych awarii.
Ilustrację zależności liczby awarii urządzeń od wartości czasu międzyawaryjnego (MTBF) podczas normalnej pracy przedstawiono na rys. 1 i odpowiednie obliczenia.
Ryż. 1. Zależność liczby awarii sprzętu od wskaźnika MTBF.
Prawdopodobieństwo awarii urządzenia Q(t) podczas normalnej pracy, w sekcji (II) wykresu krzywej awarii normalnej, dość dobrze opisuje prawo rozkładu wykładniczego zmiennych losowych Q(t) = e-(λx t), gdzie λ = 1/MTBF – intensywność awarii, t to czas pracy w godzinach. Odpowiednio po czasie t będzie N(t) instalacji w stanie bezawaryjnym z początkowej liczby wszystkich instalacji N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
Średni współczynnik MTBF statycznego zasilacza UPS wynosi 200.000 1.300.000 godzin, a współczynnik MTBF obrotowego zasilacza UPS serii UB-V Piller wynosi 10 36 7 godzin. Obliczenia pokazują, że w ciągu 1 lat eksploatacji awarii ulegnie 86% zasilaczy UPS statycznych, a tylko 240% zasilaczy obrotowych. Biorąc pod uwagę różną ilość sprzętu UPS (Tabela 2), oznacza to 20 awarii z 48 statycznych modułów UPS i 10 awarie z XNUMX obrotowych modułów UPS Piller, w tym samym centrum danych z użytecznym obciążeniem IT XNUMX MW w ciągu XNUMX lat działalności.
Doświadczenie w obsłudze statycznych zasilaczy UPS w centrach danych w Rosji i na całym świecie potwierdza wiarygodność powyższych obliczeń, opartych na statystykach awarii i napraw dostępnych z otwartych źródeł.
Wszystkie zasilacze UPS firmy Piller, a w szczególności seria UB-V, wykorzystują maszynę elektryczną do generowania czystej fali sinusoidalnej i nie korzystają z kondensatorów mocy oraz tranzystorów IGBT, które bardzo często są przyczyną awarii wszystkich statycznych UPSów. Ponadto statyczny UPS jest złożoną częścią systemu zasilania. Złożoność zmniejsza niezawodność. Obrotowe zasilacze UPS UB-V mają mniej komponentów i bardziej solidną konstrukcję systemu (silnik-generator), co zwiększa niezawodność.
3. Efektywność energetyczna
Nowoczesne statyczne zasilacze UPS charakteryzują się znacznie lepszą efektywnością energetyczną online (lub w trybie „normalnym”) niż ich poprzednicy. Zwykle ze szczytowymi wartościami sprawności wynoszącymi 96,3%. Często podawane są wyższe wartości, ale można to osiągnąć jedynie wtedy, gdy statyczny UPS działa poprzez przełączanie pomiędzy trybem online i alternatywnym (np. trybem ECO). Jednakże w przypadku korzystania z alternatywnego trybu oszczędzania energii obciążenie działa z sieci zewnętrznej bez żadnych zabezpieczeń. Z tego powodu w praktyce w większości przypadków centra danych korzystają wyłącznie z trybu online.
Seria obrotowych zasilaczy UPS Piller UB-V nie zmienia stanu podczas normalnej pracy, zapewniając jednocześnie sprawność do 98% w trybie online przy 100% poziomie obciążenia i 97% sprawności przy 50% poziomie obciążenia.
Ta różnica w efektywności energetycznej pozwala uzyskać znaczne oszczędności energii elektrycznej podczas pracy (tabela 2).
Tabela 2. Oszczędność kosztów energii w centrum danych z obciążeniem IT 48 MW.
4. Zajęte miejsce
Statyczne zasilacze UPS ogólnego przeznaczenia stały się znacznie bardziej kompaktowe wraz z przejściem na technologię IGBT i eliminacją transformatorów. Jednak nawet biorąc pod uwagę tę okoliczność, obrotowe zasilacze UPS serii UB-V zapewniają wzrost o 20% lub więcej pod względem zajmowanej przestrzeni na jednostkę mocy. Uzyskaną oszczędność miejsca można wykorzystać zarówno na zwiększenie mocy węzła energetycznego, jak i na zwiększenie „białej”, użytecznej przestrzeni budynku w celu umieszczenia dodatkowych serwerów.
Ryż. 2. Miejsce zajmowane przez UPS o mocy 2 MW w różnych technologiach. Prawdziwe instalacje na dużą skalę.
5. Dostępność
Jednym z kluczowych wskaźników dobrze zaprojektowanego, zbudowanego i obsługiwanego centrum danych jest jego wysoki współczynnik odporności. Choć celem zawsze jest 100% czasu sprawności, raporty wskazują, że w ponad 30% centrów danych na świecie co roku dochodzi do nieplanowanych przestojów. Wiele z nich jest spowodowanych błędami ludzkimi, ale infrastruktura energetyczna również odgrywa ważną rolę. Seria UB-V wykorzystuje sprawdzoną technologię obrotowych zasilaczy UPS Piller w konstrukcji monoblokowej, której niezawodność jest znacznie wyższa niż w przypadku wszystkich innych technologii. Co więcej, same zasilacze UPS UB-V w centrach danych z odpowiednio kontrolowanym środowiskiem nie wymagają corocznych przestojów w celu konserwacji.
6. Elastyczność
Często systemy informatyczne centrów danych są aktualizowane i modernizowane w ciągu 3-5 lat. Dlatego infrastruktury zasilania i chłodzenia muszą być wystarczająco elastyczne, aby to uwzględnić i być wystarczająco przyszłościowe. Zarówno konwencjonalny statyczny UPS, jak i UPS UB-V można skonfigurować na różne sposoby.
Jednak gama rozwiązań opartych na tych ostatnich jest szersza i, ogólnie rzecz ujmując, wykraczając poza zakres tego artykułu, pozwala na realizację systemów zasilania gwarantowanego na napięcie średniego napięcia 6-30 kV, do pracować w sieciach z odnawialnymi i alternatywnymi źródłami wytwarzania, budować opłacalne, wysoce niezawodne systemy z izolowaną magistralą równoległą (IP Bus), odpowiadającą poziomowi Tier IV UI w konfiguracji N+1.
Podsumowując, można wyciągnąć kilka wniosków. Im więcej centrów danych się rozwija, tym bardziej złożone staje się zadanie ich optymalizacji, gdy konieczna jest jednoczesna kontrola wskaźników ekonomicznych, aspektów niezawodności, reputacji i minimalizacji wpływu na środowisko. Statyczne zasilacze UPS były i będą stosowane w przyszłości w centrach danych. Nie można jednak zaprzeczyć, że istnieją alternatywy dla istniejących podejść w dziedzinie systemów zasilania, które mają znaczną przewagę nad „starą dobrą statyką”.
Źródło: www.habr.com