O mercado da indústria de TI é o maior consumidor de fontes de alimentação ininterruptas (UPS), utilizando aproximadamente 75% de todos os UPS fabricados. As vendas globais anuais de equipamentos UPS para todos os tipos de data centers, incluindo corporativos, comerciais e ultragrandes, são de US$ 3 bilhões. Ao mesmo tempo, o aumento anual nas vendas de equipamentos UPS em data centers aproxima-se dos 10% e parece que este não é o limite.
Os centros de dados estão a tornar-se cada vez maiores e isto, por sua vez, cria novos desafios para a infra-estrutura energética. Embora haja um longo debate sobre como os UPS estáticos são superiores aos dinâmicos e vice-versa, uma coisa com a qual a maioria dos engenheiros concordará é que quanto maior a potência, mais adequadas serão as máquinas elétricas para lidar com isso: os geradores são usados para gerar energia elétrica em usinas.
Todos os UPSs dinâmicos usam motogeradores, mas eles têm designs diferentes e definitivamente possuem recursos e características diferentes. Um desses UPSs bastante comuns é uma solução com um motor diesel conectado mecanicamente - um UPS rotativo a diesel (DRIBP). No entanto, na prática mundial de construção de data centers, a competição real é entre UPS estática e outra tecnologia UPS dinâmica - UPS rotativa, que é uma combinação de uma máquina elétrica que produz uma tensão senoidal de formato natural e eletrônica de potência. Esses UPSs rotativos possuem conexão elétrica com dispositivos de armazenamento de energia, que podem ser baterias ou volantes.
Os avanços modernos na tecnologia de controle, confiabilidade, eficiência e densidade de potência, bem como o menor custo unitário da energia do UPS, não são fatores exclusivos dos UPS estáticos. A recentemente lançada série Piller UB-V é uma alternativa válida.
Vejamos mais detalhadamente alguns dos principais critérios para avaliar e selecionar um sistema UPS para um grande data center moderno, no contexto em que a tecnologia parece preferível.
1. Custos de capital
É verdade que as UPS estáticas podem oferecer um preço mais baixo por kW para sistemas UPS mais pequenos, mas essa vantagem evapora-se rapidamente quando se trata de sistemas de energia maiores. O conceito modular que os fabricantes de UPS estáticas são inevitavelmente forçados a adoptar gira em torno da ligação paralela de um grande número de UPS de pequena potência nominal, por exemplo 1 kW de tamanho, como no exemplo abaixo. Esta abordagem permite atingir o valor necessário de uma determinada potência de saída do sistema, mas devido à complexidade de muitos elementos duplicados, perde 250-20% da vantagem de custo em comparação com o custo de uma solução baseada em UPSs rotativos. Além disso, mesmo esta ligação paralela de módulos tem limitações no número de unidades num sistema UPS, após o que os próprios sistemas modulares paralelos devem ser paralelos, o que aumenta ainda mais o custo da solução devido a dispositivos de distribuição e cabos adicionais.
Mesa 1. Exemplo de solução para uma carga de TI de 48 MW. O tamanho maior dos monoblocos UB-V economiza tempo e dinheiro.
2. Confiabilidade
Nos últimos anos, os data centers tornaram-se empresas cada vez mais comoditizadas, enquanto a confiabilidade é cada vez mais considerada um dado adquirido. A este respeito, há preocupações crescentes de que isto possa levar a problemas no futuro. Como os operadores se esforçam para obter a máxima tolerância a falhas (número "9"), presume-se que as deficiências da tecnologia UPS estática são melhor superadas pelo baixo tempo de reparo (MTTR) devido à capacidade de troca rápida e a quente dos módulos UPS. Mas este argumento pode ser autodestrutivo. Quanto mais módulos estiverem envolvidos, maior será a probabilidade de falha e, mais importante, maior será o risco de que tal falha resulte em perda de carga no sistema como um todo. É melhor não ter nenhum travamento.
Uma ilustração da dependência do número de falhas do equipamento no valor do tempo entre falhas (MTBF) durante a operação normal é mostrada na Fig. 1 e cálculos correspondentes.
Arroz. 1. Dependência do número de falhas de equipamentos do indicador MTBF.
A probabilidade de falha do equipamento Q(t) durante a operação normal, na seção (II) do gráfico da curva de falha normal, é muito bem descrita pela lei de distribuição exponencial de variáveis aleatórias Q(t) = e-(λx t), onde λ = 1/MTBF – intensidade de falhas e t é o tempo de operação em horas. Assim, após o tempo t haverá N(t) instalações sem problemas a partir do número inicial de todas as instalações N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
O MTBF médio do UPS estático é de 200.000 horas, e o MTBF do UPS rotativo da série UB-V Piller é de 1.300.000 horas. Os cálculos mostram que em 10 anos de operação, 36% dos UPS estáticos sofrerão um acidente e apenas 7% dos UPS rotativos. Levando em consideração as diferentes quantidades de equipamentos UPS (Tabela 1), isso significa 86 falhas em 240 módulos UPS estáticos e 2 falhas em 20 módulos UPS rotativos da Piller, no mesmo data center com uma carga útil de TI de 48 MW em 10 anos de operação.
A experiência na operação de UPS estáticos em data centers na Rússia e em todo o mundo confirma a confiabilidade dos cálculos acima, com base em estatísticas de falhas e reparos disponíveis em fontes abertas.
Todos os UPSs rotativos da Piller, e em particular a série UB-V, utilizam uma máquina elétrica para gerar uma onda senoidal pura e não utilizam capacitores de potência e transistores IGBT, que muitas vezes são a causa de falhas em todos os UPSs estáticos. Além disso, um UPS estático é uma parte complexa do sistema de fornecimento de energia. A complexidade reduz a confiabilidade. Os UPSs rotativos UB-V possuem menos componentes e um design de sistema mais robusto (motor-gerador), o que aumenta a confiabilidade.
3. Eficiência energética
Os UPS estáticos modernos têm uma eficiência energética on-line (ou modo “normal”) muito melhor do que seus antecessores. Normalmente com valores de eficiência máxima de 96,3%. Valores mais elevados são frequentemente citados, mas isto só é possível quando a UPS estática funciona alternando entre os modos online e alternativo (por exemplo, modo ECO). Porém, ao utilizar o modo alternativo de economia de energia, a carga opera a partir da rede externa sem qualquer proteção. Por esse motivo, na prática, na maioria dos casos, os data centers utilizam apenas o modo online.
A série Piller UB-V de UPSs rotativas não muda de estado durante a operação normal, ao mesmo tempo que oferece até 98% de eficiência on-line no nível de carga de 100% e 97% de eficiência no nível de carga de 50%.
Esta diferença de eficiência energética permite obter poupanças significativas de energia eléctrica durante o funcionamento (Tabela 2).
Mesa 2. Economizar custos de energia em um data center com 48 MW de carga de TI.
4. Espaço ocupado
Os UPS estáticos de uso geral tornaram-se significativamente mais compactos com a transição para a tecnologia IGBT e a eliminação dos transformadores. Porém, mesmo levando em consideração esta circunstância, os UPSs rotativos da série UB-V proporcionam um ganho de 20% ou mais em termos de espaço ocupado por unidade de potência. A economia de espaço resultante pode ser usada tanto para aumentar a potência do centro de energia quanto para aumentar o espaço útil “branco” do edifício para acomodar servidores adicionais.
Arroz. 2. Espaço ocupado por UPS de 2 MW de diferentes tecnologias. Instalações reais em escala.
5. Disponibilidade
Um dos principais indicadores de um data center bem projetado, construído e operado é o seu alto fator de resiliência. Embora 100% de tempo de atividade seja sempre uma meta, os relatórios indicam que mais de 30% dos data centers do mundo passam por pelo menos uma interrupção não planejada por ano. Muitas delas são causadas por erro humano, mas as infra-estruturas energéticas também desempenham um papel importante. A série UB-V utiliza a comprovada tecnologia UPS rotativa da Piller em um design monobloco, cuja confiabilidade é significativamente maior do que todas as outras tecnologias. Além disso, os próprios UPS UB-V em data centers com ambiente devidamente controlado não necessitam de paradas anuais para manutenção.
6. Flexibilidade
Freqüentemente, os sistemas de TI dos data centers são atualizados e modernizados dentro de 3 a 5 anos. Portanto, as infraestruturas de energia e refrigeração devem ser suficientemente flexíveis para acomodar isto e estar suficientemente preparadas para o futuro. Tanto o UPS estático convencional quanto o UPS UB-V podem ser configurados de várias maneiras.
No entanto, o leque de soluções baseadas neste último é mais amplo e, de um modo geral, por fugir ao âmbito deste artigo, permite implementar sistemas de alimentação ininterrupta em média tensão de 6-30 kV, para trabalhar em redes com fontes de geração renováveis e alternativas, para construir sistemas econômicos e altamente confiáveis, com barramento paralelo isolado (IP Bus), correspondente ao nível Tier IV UI em configuração N+1.
Como conclusão, várias conclusões podem ser tiradas. Quanto mais os data centers se desenvolvem, mais complexa se torna a tarefa de otimizá-los, quando é necessário controlar simultaneamente indicadores económicos, aspetos de fiabilidade, reputação e minimização do impacto ambiental. No-Breaks estáticos foram e serão usados no futuro em data centers. No entanto, também é inegável que existem alternativas às abordagens existentes no campo dos sistemas de fornecimento de energia que apresentam vantagens significativas sobre a “boa e velha estática”.
Fonte: habr.com