Trg IT industrije je največji porabnik napajalnikov brez prekinitve (UPS), saj porabi približno 75 % vseh proizvedenih UPS. Letna globalna prodaja opreme UPS vsem vrstam podatkovnih centrov, vključno s podjetniškimi, komercialnimi in ultra velikimi, znaša 3 milijarde USD. Hkrati se letna rast prodaje UPS opreme v podatkovnih centrih približuje 10% in zdi se, da to ni meja.
Podatkovni centri postajajo vedno večji, kar posledično ustvarja nove izzive za energetsko infrastrukturo. Medtem ko poteka dolga razprava o tem, kako so statični UPS-ji boljši od dinamičnih in obratno, se bo večina inženirjev strinjala, da večja kot je moč, bolj primerni so električni stroji za to: generatorji se uporabljajo za ustvarjanje električna energija v elektrarnah.
Vsi dinamični UPS-ji uporabljajo motorne generatorje, vendar so različnih izvedb in imajo vsekakor različne značilnosti in lastnosti. Eden od teh dokaj pogostih UPS-jev je rešitev z mehansko povezanim dizelskim motorjem - dizelski rotacijski UPS (DRIBP). Vendar pa je v svetovni praksi gradnje podatkovnih centrov prava konkurenca med statičnim UPS in drugo dinamično UPS tehnologijo - rotacijskim UPS, ki je kombinacija električnega stroja, ki proizvaja sinusno napetost naravne oblike in močnostne elektronike. Takšni rotacijski UPS-ji imajo električno povezavo z napravami za shranjevanje energije, ki so lahko baterije ali vztrajniki.
Sodoben napredek v nadzorni tehnologiji, zanesljivosti, učinkovitosti in gostoti moči ter nižji stroški na enoto napajanja UPS so dejavniki, ki niso edinstveni za statični UPS. Nedavno predstavljena serija Piller UB-V je vredna alternativa.
Oglejmo si še nekaj ključnih meril za ocenjevanje in izbiro sistema UPS za sodoben velik podatkovni center, v kontekstu katerega tehnologija je videti boljša.
1. Stroški kapitala
Res je, da lahko statični UPS ponudijo nižjo ceno na kW za manjše sisteme UPS, vendar ta prednost hitro izgine, ko gre za večje napajalne sisteme. Modularni koncept, ki so ga proizvajalci statičnih UPS neizogibno prisiljeni sprejeti, se vrti okoli vzporedne povezave velikega števila UPS-ov majhne nazivne moči, na primer velikosti 1 kW, kot je prikazano v spodnjem primeru. Ta pristop vam omogoča, da dosežete zahtevano vrednost dane izhodne moči sistema, vendar zaradi zapletenosti številnih podvojenih elementov izgubi 250-20% stroškovne prednosti v primerjavi s ceno rešitve, ki temelji na rotacijskih UPS. Še več, tudi ta vzporedna povezava modulov ima omejitve glede števila enot v enem sistemu UPS, nakar morajo biti vzporedni modularni sistemi sami vzporedni, kar dodatno podraži rešitev zaradi dodatnih razdelilnikov in kablov.
Tabela 1. Primer rešitve za IT obremenitev 48 MW. Večja velikost monoblokov UB-V prihrani čas in denar.
2. Zanesljivost
V zadnjih letih postajajo podatkovni centri čedalje bolj komoditivizirana podjetja, medtem ko je zanesljivost vse bolj samoumevna. V zvezi s tem je vedno več skrbi, da bo to povzročilo težave v prihodnosti. Ker si operaterji prizadevajo za največjo toleranco napak (število "9"), se domneva, da se pomanjkljivosti statične tehnologije UPS najbolje premagajo z nizkim časom popravila (MTTR) zaradi zmožnosti hitre in vroče zamenjave modulov UPS. Toda ta argument je lahko samouničujoč. Več kot je vključenih modulov, večja je verjetnost okvare in, kar je še pomembneje, večje je tveganje, da bo taka okvara povzročila izgubo obremenitve v celotnem sistemu. Bolje je, da sploh ni zrušitev.
Ilustracija odvisnosti števila okvar opreme od vrednosti časa med okvarami (MTBF) med normalnim delovanjem je prikazana na sl. 1 in ustrezni izračuni.
riž. 1. Odvisnost števila okvar opreme od indikatorja MTBF.
Verjetnost okvare opreme Q(t) med normalnim delovanjem v odseku (II) grafa normalne krivulje okvare je precej dobro opisana z eksponentnim zakonom porazdelitve naključnih spremenljivk Q(t) = e-(λx t), kjer λ = 1/MTBF – intenzivnost okvar, t pa obratovalni čas v urah. Skladno s tem bo po času t N(t) naprav v stanju brez težav od začetnega števila vseh naprav N(0): N(t) = Q(t)*N(0).
Povprečni MTBF statičnega UPS-a je 200.000 ur, MTBF rotacijskega UPS serije UB-V Piller pa 1.300.000 ur. Izračuni kažejo, da se bo v 10 letih delovanja 36 % statičnih UPS-ov pokvarilo in le 7 % rotacijskih UPS-ov. Ob upoštevanju različnih količin UPS opreme (Tabela 1) to pomeni 86 okvar od 240 statičnih UPS modulov in 2 odpovedi od 20 Piller rotacijskih UPS modulov v istem podatkovnem centru z uporabno IT obremenitvijo 48 MW v 10 leta delovanja.
Izkušnje z delovanjem statičnih UPS-jev v podatkovnih centrih v Rusiji in po svetu potrjujejo zanesljivost zgornjih izračunov, ki temeljijo na statističnih podatkih o okvarah in popravilih, ki so na voljo iz odprtih virov.
Vsi Piller rotacijski UPS-ji, še posebej serija UB-V, uporabljajo električni stroj za ustvarjanje čistega sinusnega valovanja in ne uporabljajo močnostnih kondenzatorjev in IGBT tranzistorjev, ki so zelo pogosto vzrok za okvare pri vseh statičnih UPS-ih. Poleg tega je statični UPS kompleksen del napajalnega sistema. Kompleksnost zmanjšuje zanesljivost. Rotacijski UPS-ji UB-V imajo manj komponent in robustnejšo zasnovo sistema (motor-generator), kar povečuje zanesljivost.
3. Energetska učinkovitost
Sodobni statični UPS-ji imajo veliko boljšo energetsko učinkovitost v spletu (ali v "normalnem" načinu) kot njihovi predhodniki. Običajno z najvišjo vrednostjo učinkovitosti 96,3%. Pogosto se navajajo višje številke, vendar je to mogoče le, če statični UPS deluje s preklapljanjem med spletnim in alternativnim načinom (npr. ECO-način). Vendar pa pri uporabi alternativnega načina varčevanja z energijo obremenitev deluje iz zunanjega omrežja brez zaščite. Zaradi tega v praksi v večini primerov podatkovni centri uporabljajo samo spletni način.
Serija rotacijskih UPS-jev Piller UB-V med običajnim delovanjem ne spremeni stanja, hkrati pa zagotavlja do 98-odstotno učinkovitost na spletu pri 100-odstotni ravni obremenitve in 97-odstotno učinkovitost pri 50-odstotni ravni obremenitve.
Ta razlika v energetski učinkovitosti vam omogoča znatne prihranke električne energije med delovanjem (tabela 2).
Tabela 2. Prihranek stroškov energije v podatkovnem centru z 48 MW obremenitve IT.
4. Zasedeni prostor
Statični UPS-ji za splošno uporabo so s prehodom na tehnologijo IGBT in odpravo transformatorjev postali bistveno bolj kompaktni. Toda tudi ob upoštevanju te okoliščine rotacijski UPS-ji serije UB-V zagotavljajo 20% ali več dobička v smislu zasedenosti prostora na enoto moči. Posledični prihranek prostora se lahko uporabi tako za povečanje moči energetskega centra kot za povečanje »belega« uporabnega prostora stavbe za namestitev dodatnih strežnikov.
riž. 2. Prostor, ki ga zasedajo 2 MW UPS različnih tehnologij. Realne instalacije v merilu.
5. Razpoložljivost
Eden od ključnih pokazateljev dobro zasnovanega, zgrajenega in upravljanega podatkovnega centra je njegov visok faktor odpornosti. Medtem ko je 100-odstotni čas delovanja vedno cilj, poročila kažejo, da več kot 30 % svetovnih podatkovnih centrov doživi vsaj en nenačrtovan izpad na leto. Mnogi od njih so posledica človeške napake, vendar ima pomembno vlogo tudi energetska infrastruktura. Serija UB-V uporablja preverjeno rotacijsko tehnologijo UPS Piller v monoblok izvedbi, katere zanesljivost je bistveno višja od vseh drugih tehnologij. Poleg tega sami UPS-ji UB-V v podatkovnih centrih z ustrezno nadzorovanim okoljem ne zahtevajo letne zaustavitve zaradi vzdrževanja.
6. Prilagodljivost
Pogosto se informacijski sistemi podatkovnih centrov posodobijo in posodobijo v 3-5 letih. Zato mora biti infrastruktura za napajanje in hlajenje dovolj prožna, da se temu prilagodi, in dovolj pripravljena na prihodnost. Običajni statični UPS in UB-V UPS je mogoče konfigurirati na različne načine.
Vendar pa je nabor rešitev, ki temeljijo na slednjem, širši in na splošno, ker to presega obseg tega članka, omogoča izvedbo sistemov brezprekinitvenega napajanja na srednjenapetostni napetosti 6-30 kV, tj. delo na omrežjih z obnovljivimi in alternativnimi viri proizvodnje, za izgradnjo stroškovno učinkovitih, zelo zanesljivih sistemov z izoliranim vzporednim vodilom (IP Bus), ki ustreza ravni uporabniškega vmesnika stopnje IV v konfiguraciji N+1.
Kot zaključek je mogoče potegniti več zaključkov. Bolj ko se podatkovni centri razvijajo, bolj zapletena postaja naloga njihove optimizacije, ko je treba hkrati nadzorovati ekonomske kazalce, vidike zanesljivosti, ugleda in minimiziranja vplivov na okolje. Statični UPS-ji so bili in se bodo v prihodnosti uporabljali v podatkovnih centrih. Nesporno pa je tudi, da obstajajo alternative obstoječim pristopom na področju napajalnih sistemov, ki imajo pomembne prednosti pred »staro dobro statiko«.
Vir: www.habr.com