Trh IT priemyslu je najväčším spotrebiteľom neprerušiteľných zdrojov napájania (UPS), ktorý využíva približne 75 % všetkých vyrobených UPS. Ročný globálny predaj zariadení UPS vo všetkých typoch dátových centier, vrátane firemných, komerčných a ultra veľkých, je 3 miliardy USD. Zároveň sa ročný nárast predaja UPS zariadení v dátových centrách blíži k 10% a zdá sa, že to nie je limit.
Dátové centrá sú stále väčšie a väčšie, čo zase vytvára nové výzvy pre energetickú infraštruktúru. Aj keď sa vedú dlhé debaty o tom, kde sú statické UPS lepšie ako dynamické a naopak, existuje jedna vec, na ktorej sa väčšina inžinierov zhodne - že čím vyšší výkon, tým vhodnejšie sú elektrické stroje na prácu s nimi: sú to generátory. používa sa na výrobu elektriny v elektrárňach.
Všetky dynamické UPS používajú motorgenerátory, avšak majú rôzny dizajn a určite sa líšia vlastnosťami a výkonom. Jedným z takýchto pomerne bežných UPS je mechanicky pripojené riešenie dieselového motora, dieselový rotačný UPS (DRIBP). Vo svetovej praxi budovania dátových centier je však skutočná konkurencia medzi statickým UPS a ďalšou dynamickou technológiou UPS - rotačným UPS, čo je kombinácia elektrického stroja, ktorý generuje sínusové napätie prirodzeného tvaru a výkonovej elektroniky. Takéto rotačné UPS sú elektricky spojené so zariadeniami na uchovávanie energie, ktorými môžu byť buď batérie, alebo zotrvačníky.
Moderné pokroky v technológii riadenia, spoľahlivosť, účinnosť a hustota výkonu, ako aj zníženie jednotkových nákladov na napájanie UPS sú faktory, ktoré nie sú jedinečné pre statické UPS. Nedávno predstavená séria Piller UB-V je dôstojnou alternatívou.
Pozrime sa na niektoré z kľúčových kritérií hodnotenia a výberu systému UPS pre moderné veľké dátové centrum, v kontexte ktorých sa technológia javí ako preferovaná.
1. Kapitálové náklady
Je pravda, že statické UPS môžu ponúknuť nižšiu cenu za kW pre menšie systémy UPS, ale táto výhoda sa rýchlo vytratí, keď príde na systémy s vysokým výkonom. Modulárny koncept, ktorý musia výrobcovia statických UPS nevyhnutne prijať, sa točí okolo paralelného zapojenia veľkého počtu UPS s nízkou spotrebou, ako je napríklad veľkosť 1 kW uvedená v príklade nižšie. Tento prístup dosahuje požadovaný výstupný výkon systému, ale kvôli zložitosti mnohých redundantných prvkov stráca 250-20% nákladovú výhodu v porovnaní s nákladmi na riešenie založené na rotačných UPS. Navyše aj toto paralelné zapojenie modulov má limity na počet jednotiek v jednom UPS systéme, po ktorom musia byť samotné paralelné modulárne systémy paralelné, čo ešte viac zvyšuje náklady na riešenie kvôli ďalším rozvádzačom a káblom.
Tab. 1. Príklad riešenia pre 48MW IT záťaž. Väčšia veľkosť monoblokov UB-V šetrí čas a peniaze.
2. Spoľahlivosť
V posledných rokoch sa dátové centrá stávajú čoraz viac komoditizovanými podnikmi, pričom spoľahlivosť je čoraz viac považovaná za samozrejmosť. V tejto súvislosti narastajú obavy, že to v budúcnosti povedie k problémom. Pretože operátori sa zameriavajú na najvyššie hodnotenie odolnosti voči poruchám (počet 9) a predpokladá sa, že nevýhody technológie statických UPS najlepšie prekonajú krátky čas na opravu (MTTR) prostredníctvom schopnosti rýchlej výmeny modulov UPS za prevádzky. Ale tento argument môže byť sebazničujúci. Čím viac modulov je zapojených, tým vyššia je pravdepodobnosť zlyhania a čo je dôležitejšie, tým vyššie je riziko, že takáto porucha povedie k strate zaťaženia celého systému. Je lepšie nemať žiadne pády.
Znázornenie závislosti počtu porúch zariadenia od hodnoty času medzi poruchami (MTBF) pri bežnej prevádzke je na obr. 1 a príslušné výpočty.
Ryža. 1. Závislosť počtu porúch zariadení od indexu MTBF.
Pravdepodobnosť poruchy zariadenia Q(t) počas normálnej prevádzky, v časti (II) grafu krivky normálnej poruchy, celkom dobre popisuje exponenciálny zákon rozdelenia náhodných veličín Q(t) = e-(λx t ), kde λ = 1/MTBF sú poruchy intenzity a t je prevádzkový čas v hodinách. Podľa toho po čase t v bezporuchovom stave bude N(t) zariadení z počiatočného počtu všetkých zariadení N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
Priemerná MTBF statických UPS je 200.000 1.300.000 hodín, zatiaľ čo MTBF rotačných UPS radu UB-V Piller je 10 36 7 hodín. Výpočet ukazuje, že za 1 rokov prevádzky bude havarovaných 86 % statických UPS a iba 240 % rotačných UPS. Ak vezmeme do úvahy rôzny počet zariadení UPS (tabuľka 2), znamená to 20 porúch z 48 statických modulov UPS a 10 poruchy z XNUMX rotačných UPS Piller v rovnakom dátovom centre s XNUMX MW IT užitočnou záťažou počas XNUMX rokov prevádzky.
Skúsenosti s prevádzkou statických UPS v dátových centrách v Rusku a vo svete potvrdzujú spoľahlivosť vyššie uvedených výpočtov na základe štatistík porúch a opráv dostupných z otvorených zdrojov.
Všetky rotačné UPS Piller a najmä séria UB-V využívajú elektrický stroj na generovanie čistej sínusovej vlny a nepoužívajú výkonové kondenzátory a IGBT tranzistory, ktoré sú veľmi často príčinou porúch všetkých statických UPS. Okrem toho je statický UPS komplexnou súčasťou systému napájania. Zložitosť znižuje spoľahlivosť. Rotačné UPS UB-V majú menej komponentov a robustnejšiu konštrukciu systému (motor-generátor) pre vyššiu spoľahlivosť.
3. Energetická účinnosť
Moderné statické UPS majú oveľa lepšiu energetickú účinnosť online (alebo „normálny“ režim) ako ich predchodcovia. Spravidla so špičkovými hodnotami účinnosti na úrovni 96,3 %. Často sa uvádzajú vyššie čísla, ale to je možné dosiahnuť len vtedy, keď je v prevádzke statický UPS, ktorý prepína medzi online a alternatívnym režimom (napr. ECO režim). Pri použití alternatívneho režimu úspory energie je však záťaž prevádzkovaná z vonkajšej siete bez akejkoľvek ochrany. Z tohto dôvodu sa v praxi v dátových centrách vo väčšine prípadov používa iba online režim.
Séria rotačných UPS Piller UB-V nemení stav počas bežnej prevádzky, pričom stále poskytuje až 98% účinnosť online pri 100% zaťažení a 97% pri 50% zaťažení.
Tento rozdiel v energetickej účinnosti vám umožňuje dosiahnuť značné úspory elektrickej energie počas prevádzky (tabuľka 2).
Tab. 2. Úspora nákladov na energiu v dátovom centre 48 MW IT záťaže.
4. Obsadený priestor
Statické UPS na všeobecné použitie sa prechodom na technológiu IGBT a odstránením transformátorov stali výrazne kompaktnejšími. Avšak aj keď vezmeme do úvahy túto okolnosť, rotačné UPS série UB-V poskytujú zisk 20% alebo viac z hľadiska priestoru obsadeného na jednotku výkonu. Výslednú úsporu miesta je možné využiť na zvýšenie kapacity energetického centra, ako aj na zväčšenie „bieleho“, užitočného priestoru budovy na umiestnenie ďalších serverov.
Ryža. 2. Priestor obsadený 2MW UPS rôznych technológií. Skutočné inštalácie v mierke.
5. Dostupnosť
Jedným z kľúčových ukazovateľov dobre navrhnutého, postaveného a prevádzkovaného dátového centra je jeho vysoký faktor odolnosti voči chybám. Zatiaľ čo 100 % dostupnosť je vždy cieľom, správy uvádzajú, že viac ako 30 % svetových dátových centier zaznamená aspoň jeden neplánovaný výpadok ročne. Mnohé z nich sú spôsobené ľudskou chybou, ale dôležitú úlohu zohráva aj energetická infraštruktúra. Séria UB-V využíva rokmi overenú technológiu monoblokových rotačných UPS Piller, ktorá je v spoľahlivosti oveľa lepšia ako akákoľvek iná technológia. A čo viac, samotný UPS UB-V v dátových centrách s riadne kontrolovaným prostredím nie je potrebné každoročne odstavovať z dôvodu údržby.
6. Flexibilita
IT systémy dátových centier sa často aktualizujú a inovujú v priebehu 3 až 5 rokov. Energetická a chladiaca infraštruktúra preto musí byť dostatočne flexibilná, aby to splnila a mala dostatočné vyhliadky do budúcnosti. Bežné statické UPS aj UB-V UPS môžu byť konfigurované rôznymi spôsobmi.
Zloženie riešení založených na druhom je však širšie a vo všeobecnosti, keďže to presahuje rámec tohto článku, umožňuje implementovať systémy neprerušiteľného napájania pri strednom napätí 6-30 kV, pracovať na siete s obnoviteľnými a alternatívnymi zdrojmi výroby na vybudovanie nákladovo efektívnych, mimoriadne spoľahlivých IP Bus systémov kompatibilných s Tier IV UI v konfigurácii N+1.
Na záver možno vyvodiť niekoľko záverov. Čím viac sa dátové centrá vyvíjajú, tým ťažšia je úloha ich optimalizácie, keď je potrebné súčasne kontrolovať ekonomické ukazovatele, aspekty spoľahlivosti, reputácie a minimalizácie dopadov na životné prostredie. Statické UPS boli a budú aj v budúcnosti používané v dátových centrách. Je však tiež nepopierateľné, že existujú alternatívy k existujúcim prístupom v oblasti napájacích systémov, ktoré majú oproti „starej dobrej statike“ značné výhody.
Zdroj: hab.com