Rambler's Top100
 
 
Статьи
Александр БАРСКОВ  13 января 2021

Бесперебойное электропитание гарантируем

В сфере бесперебойного гарантированного электропитания дата-центров очевиден прогресс, который подстегивают продолжающиеся дебаты между сторонниками «статики» и «динамики». Достижения особенно заметны в литий-ионных технологиях и модульных ИБП.

15-я международная конференция «ЦОД», организованная «ИКС-Медиа», в очередной раз стала площадкой, на которой ведущие производители представили свои новинки, а эксперты поделились опытом и дали рекомендации по построению инженерной инфраструктуры дата-центров.

ИБП + ДГУ или ДИБП?

На вопрос о том, что лучше: «статика» или «динамика», пока однозначного ответа нет. Вероятнее всего, его и не будет, поскольку на выбор влияют разнообразные факторы, специфичные для каждого конкретного объекта.

При выборе систем бесперебойного гарантированного электропитания (СБГЭ), как и других инженерных решений, многое зависит от того, строится ли здание специально для ЦОДа или он вписывается в уже имеющееся здание. «В России чаще всего заказчики стараются “впихнуть” ЦОД в существующее здание. При этом информацию о стоимости они находят в интернете. И возникает диссонанс между поставленной задачей и желаемой стоимостью, – отметил Евгений Вирцер, генеральный директор компании «Свободные Технологии Инжиниринг». – Если для ЦОДа строится специальное здание, то можно предложить десятки вариантов типовых решений и выбрать оптимальный. Но если здание уже есть, то масса ограничений серьезно сокращает число возможных вариантов».

В крупных проектах на выбор оказывают влияние не только особенности здания, но и размеры участка, указал Илья Басин, руководитель проекта компании «СБ Девелопмент» (СБД). «Если участок небольшой, то можно построить небольшое здание, что сужает выбор систем СБГЭ до одного-двух вариантов. Установить наиболее эффективные, простые, надежные и удобные в эксплуатации системы получится не всегда, и результатом может оказаться дорогое, трудно реализуемое и тяжело эксплуатируемое решение», – подчеркнул он.
 
 
Выступает Илья Басин, руководитель проекта компании «СБ Девелопмент»
 
Эксперт СБД обратил внимание на то, что при использовании статических ИБП и ДГУ системы бесперебойного (СБЭ) и гарантированного (СГЭ) электропитания разделены и поэтому можно задействовать разные схемы резервирования: например, для ИБП – 2N или N + 2, а для ДГУ – N + 1, что позволит сэкономить на дизель-генераторах. В случае ДИБП система бесперебойного и гарантированного электропитания реализуется как монолитная, и разные схемы резервирования применить нельзя. Если заказчик захочет, например, получить 2N, то придется понести расходы на двойное число дизель-генераторов.

Для крупных высокомощных проектов более важным становится КПД систем, от которого зависят расходы на электроэнергию. По словам Ильи Басина, когда лет шесть назад при выборе решения в проекте, где требовалась схема 2N, рассматривались имевшиеся на рынке статические ИБП, оказалось, что их КПД при загрузке менее 50% (типичной для схемы 2N) довольно низкий. У ДИБП он был гораздо выше. «Однако сейчас, с появлением модульных статических ИБП большой мощности с системами управления модулями, находящимися в активном режиме, КПД у «статики» существенно лучше», – сообщил он.

Факторы, которые необходимо учитывать при выборе концепции СБГЭ

 ДГУ + ИБП (СГЭ + СБЭ) ДИБП(СБГЭ)

  • Время работы от накопителей
  • Время пуска и синхронизации ДГУ
  • КПД системы СБЭ
  • Возможность использовать разные схемы резервирования для СГЭ и СБЭ
  • Инженерная обвязка и окружение СГЭ и СБЭ
  • Монтаж и пусконаладка: доступность, стоимость, время
  • Эксплуатация: доступность, стоимость и время техобслуживания СГЭ и СБЭ
  • Эксплуатация: при техобслуживании СГЭ отказоустойчивость СБЭ сохраняется
  •  Время работы от накопителей
  • Алгоритмы работы байпасов
  • КПД системы СБГЭ
  • Отсутствие возможности использовать разные схемы резервирования в единой системе СБГЭ
  • Инженерная обвязка и окружение СБГЭ
  • Монтаж и пусконаладка: доступность, стоимость, время
  • Эксплуатация: доступность, стоимость и время техобслуживания СБГЭ
  • Эксплуатация: при техобслуживании СБГЭ ее отказоустойчивость снижается
Источник: «Смарт Констракшн»

Эксперт СБД также отметил, что, хотя электрическая схема связки «ИБП + ДГУ» сложнее, на рынке есть много компаний, обладающих достаточным опытом и квалификацией для монтажа таких систем и проведения пусконаладочных работ. В случае с ДИБП специалистов, имеющих необходимую квалификацию, на порядок меньше.

Выбор ДГУ

При всех своих недостатках ДГУ остаются необходимым средством автономной генерации электроэнергии. Заменить их сейчас просто нечем. Нет другой технологии, которая обеспечила бы столь высокую надежность и низкие эксплуатационные расходы при практически неограниченной возможности генерации.

Своеобразным руководством по выбору ДГУ стало выступление Ильи Остапольца, руководителя направления ЦОД компании «ГрандМоторс». Он обратил внимание участников конференции на три группы характеристик. Первая – пусковые характеристики. В этой группе для заказчика наиболее важно время готовности установки к принятию нагрузки.
Выступает Илья Остаполец, руководитель направления ЦОД компании «ГрандМоторс»
 
«Часто сталкиваюсь с мнением, что для запуска ДГУ требуется пять минут и больше. Это мешает внедрению ИБП с механическими накопителями», – посетовал Илья Остаполец. Он рекомендовал опираться на стандарт NFPA 110, который классифицирует системы резервного энергоснабжения, в частности, по времени готовности ДГУ. В стандарте несколько значений: 10 с (Type 10), 60 c (Type 60) и 120 с (Type 120). Ведущие производители, такие как Kohler-SDMO и Cummins, гарантируют для своих ДГУ время готовности 10 c (Type 10). «Но для этого ДГУ нужно снабдить постоянным подогревом, системами предпусковой подготовки и обеспечить должным техническим обслуживанием. Их нельзя просто поставить на задний двор, время от времени проверяя их наличие», – напомнил эксперт «ГрандМоторс».

 
Источник: ГОСТ Р ISO 8528-5-2017 Часть 5. Электроагрегаты

Изменение выходного напряжения ДГУ при подключении нагрузки (ИБП)

Вторая группа характеристик – динамические. Они определяют искажения выходного сигнала при набросах и сбросах нагрузки. Здесь важно, чтобы эти искажения не выходили за пределы допустимых отклонений для питаемого оборудования, в первую очередь ИБП. «Если этого не сделать, то система может войти в колебательный режим, в котором ИБП воспринимает искажение как потерю питания и переходит на АКБ, после чего опять подключается к ДГУ. И так несколько раз», – предостерег Илья Остаполец.

Третья группа связана с типовым шаблоном потребления мощности в некоторый интервал времени, так называемым рейтингом мощности ДГУ. До недавнего времени стандартом ISO 8528 были определены четыре варианта типовых шаблонов: ESP (Emergency Stand-by Power), LTP (Limited Time Power), PRP (Primary Power) и COP (Continuous Operation Power). Однако среди них отсутствовал шаблон, который напоминал бы типичную нагрузку в ЦОДе. «Многие специалисты считали, что нагрузке в ЦОДах наиболее близок режим COP (предполагает неограниченное время работы на 100% заявленной в рейтинге мощности), но это не так», – утверждает Илья Остаполец.

Источник: ISO 8528-1-2018

Особенности энергопотребления ЦОДа

В виду отсутствия специального рейтинга для ЦОДов производители ДГУ начали придумывать свои рейтинги, но, как считает эксперт «ГрандМоторс», заказчики им не очень доверяли. В 2018 году в новой редакции стандарта (ISO 8528-1-2018) наконец появился рейтинг для ЦОДов. Он получил название DCP (Data Center Power), но в его описании присутствует фраза: «...в зависимости от специфики внешней сети электропитания производитель оборудования обязан определить уровень мощности, который необходим для поддержания этих требований». Получается, что все сводится к доверию производителю. Так, для своих ДГУ KD-Series компания Kohler-SDMO декларирует рейтинг DCP, равный рейтингу ESP. По мнению эксперта «ГрандМоторс», работа на такой мощности относится к стационарным режимам работы и ограничена только ресурсом самого оборудования, что соответствует требованиям Uptime Institute и оптимально для большинства проектов. Ресурс ДГУ при работе на нагрузку в режиме ESP составляет 4 тыс. ч до капремонта. Для большинства типовых ЦОДов, которые запускают ДГУ в среднем на 100–200 ч в год, этого более чем достаточно, чтобы обеспечить общепринятые сроки полезного использования оборудования. Если же ЦОД и его экономическая модель рассчитываются из необходимости и возможности работать на дизельной генерации более 1000 ч в год, то рейтинг DCP для такой площадки должен вычисляться индивидуально, исходя из анализа рисков и экономических показателей проекта.

Жизнь без ДГУ

Нередко возникают ситуации, когда применение ДГУ невозможно, – например, по санитарным нормам или их просто некуда установить. Особенно часто, по словам Алексея Лобова, руководителя проектов по трехфазному направлению ИБП компании MERLION, это происходит в мини-ЦОДах, хотя и там надо обеспечить длительное время автономного электропитания. Примерами таких проектов могут служить небольшие дата-центры в центре Москвы, удаленные объекты нефтегазового сектора, мобильные ЦОДы и т.п.
 
Выступает Алексей Лобов, руководитель проектов по трехфазному направлению ИБП компании MERLION
 
Как рассказал Дмитрий Шпанько, директор по сервису компании Powercom, даже когда установить ДГУ невозможно, заказчики запрашивают время автономии в несколько часов или даже сутки. Использовать для этого ИБП избыточной мощности невыгодно по экономическим причинам. Powercom предложила специализированное решение, которое обеспечивает высокую плотность мощности с сохранением длительного резервирования и короткого времени восстановления заряда АКБ без применения систем избыточной мощности.
 
Источник: Powercom

Увеличение времени автономии при использовании дополнительных зарядных устройств

Для достижения необходимого времени автономной работы силовые модули в ИБП заменяются на зарядные. В результате там, где при традиционном подходе для обеспечения требуемого номинального заряда массива АКБ нужен стандартный ИБП мощностью 250 кВА, можно использовать ИБП существенно меньшей мощности с дополнительными зарядными устройствами. Это позволяет сэкономить место, повысить КПД (на 7%), снизить затраты на отведение тепла (в 3 раза), а также уменьшить ТСО.
 
Выступает Дмитрий Шпанько, директор по сервису компании Powercom
 
Также эксперт Powercom отметил функцию самотестирования, которая присутствует во всех трехфазных ИБП этой компании. Данная функция дает возможность проводить испытания компонентов ИБП без реальной нагрузки, что позволяет сэкономить более 90% электроэнергии. 

Будущее – за модульными ИБП

Такое впечатление, что успехи динамических ИБП на рынке крупных ЦОДов подстегнули развитие их статических собратьев, которые долгое время «вели себя» довольно консервативно. В рамках конференции «ЦОД» целый ряд производителей представил новейшие решения в этой области.

Так, компания Schneider Electric анонсировала выпуск в апреле 2021 года ИБП Galaxy VL. Как рассказал Павел Пономарев, менеджер по развитию направления «Трехфазные ИБП» подразделения Secure Power компании, эти устройства мощностью 200–500 кВт состоят из модулей по 50 кВт. Возможности параллельного подключения ИБП Galaxy VL позволят реализовать комплексы мощностью до 2 МВт (в дальнейшем – до 2,5 МВт). В новых ИБП применяются патентованные решения, которые обеспечивают КПД более 97% в режиме двойного преобразования и 99% в режиме ECOnversion. При любых проблемах в электросети время перехода на питание от батареи остается нулевым, а благодаря мощному (до 80% номинала ИБП) зарядному устройству можно использовать большие массивы как литий-ионных, так и свинцово-кислотных АКБ.

Изюминка новинки Schneider Electric – новая технология «горячей» замены модулей LiveSwap. В большинстве представленных на рынке модульных ИБП внутри находятся оголенные шины, а потому, в соответствии с современными стандартами безопасности, замену должен проводить персонал сервисной организации. Galaxy VL разработан с акцентом на полностью безопасную замену модулей самим пользователем. В нем установлены специальные разъемы с защитой от касания. Кроме того, такие разъемы обеспечивают дополнительную защиту от электрической дуги.
Выступает Алексей Соловьев, технический директор подразделения Secure Power компании Schneider Electric
 
Комментируя переход на модульные решения, Алексей Соловьев, технический директор подразделения Secure Power компании Schneider Electric, отметил, что модульный подход начинает активно применяться для всех систем ЦОДов. «Он дает очевидные преимущества ЦОДам любого масштаба: проще монтировать, проще обслуживать, проще настраивать, меньше рисков при построении и обслуживании», – заключил он.

Свое модульное решение представила на форуме и компания Legrand. КПД ее нового ИБП Borri KEOR MOD достигает наибольшего значения при неполной загрузке (20–60%), которая обычно и имеет место в реальных условиях эксплуатации. Особенность конструкции устройства в том, что внутри ИБП нет кабелей – все подключения выполнены на жестких шинах, что повышает надежность.
 
Источник: Legrand

Зависимость КПД ИБП Borri KEOR MOD от уровня загрузки
 
Будущее – за модульными ИБП, так считает и Сергей Вышемирский, технический директор IXcellerate. К преимуществам этих устройств он относит возможности «горячей» замены модулей, их доустановки в процессе эксплуатации, что позволяет заложить резерв мощности и плавно наращивать ее без высоких капитальных затрат.

Российский ИБП… из Италии

Интересна история развития линейки ИБП компании ДКС. В 2014 году ГК ДКС приобрела итальянского производителя, выпускавшего ИБП в Турине. В 2016 году производство было перенесено в Рим, и начались продажи в Россию. Онлайновые ИБП большой мощности изготавливаются в Риме и сейчас, а вот производство ИБП средней мощности по итальянской технологии в 2019 году было налажено на заводе ДКС в Твери.

Для ЦОДов ДКС предлагает онлайновые ИБП Trio XT/XTG мощностью 30–50 кВА, а также более мощные аппараты Extra TT, которые выпускаются номиналом 60–550 кВт и могут устанавливаться параллельно (до шести ИБП). Все названные трехфазные устройства имеют выходной коэффициент мощности, равный 1, КПД достигает 96% в режиме онлайн, 98% в экорежиме. 
 
Выступает Сергей Смолин, продакт-менеджер компании ДКС
 
Как рассказал Сергей Смолин, продакт-менеджер ДКС, уже в первом квартале 2021 года компания планирует начать поставки ИБП серии Trio XT с литий-ионными батареями. Во втором квартале будет реализована возможность работы этих ИБП в параллель, а в четвертом – появятся аппараты с выходной мощностью 200 кВт.

Литиевая революция

Одним из важнейших изменений в области систем бесперебойного электропитания за последние несколько лет стало использований литий-ионных батарей. «Мы видим повышенный интерес к литий-ионным АКБ», – подчеркнул Павел Пономарев из Schneider Electric. Компания поставляет решения с ЛИ АКБ с 2011 года, и общая мощность таких систем уже превысила 1,7 ГВт. Говоря о том, что вопросы безопасности для ЛИ АКБ давно сняты, эксперт Schneider Electric особо отметил, что батареи, которыми комплектуются системы компании, сертифицированы Ростехнадзором для применения на объектах атомной промышленности.

При всех своих плюсах литий-ионные АКБ пока остаются дороже свинцово-кислотных. А вот компания Huawei, как заявил ее менеджер по продукции Алексей Кудрявцев, смогла снизить цену на ЛИ АКБ до уровня цены на СК АКБ. Добиться этого удалось благодаря эффекту масштаба: ЛИ АКБ активно применяются не только в системах питания переменного тока для ЦОДов, но и в системах постоянного тока, которые компания использует в телекоммуникационных проектах, в том числе при развертывании сетей 4G и 5G.
 
Выступает Алексей Кудрявцев, менеджер по продукции компании Huawei
 
Если для СК АКБ наличие систем контроля – это дополнительная опция, то ЛИ АКБ оснащаются ими в обязательном порядке. Помимо базовых средств мониторинга некоторые производители реализуют дополнительный функционал, повышающий надежность и расширяющий возможности систем. Так, в решении Huawei SmartLi имеется интеллектуальный модуль управления аккумуляторами, который обеспечивает контроль баланса активного напряжения, что позволяет сохранить работоспособность системы при выходе из строя одного модуля.
 
 
Источник: Huawei

Пример использования технологии контроля баланса активного напряжения
 
Вся емкость шкафа (16 батарейных модулей) поделена на две группы по восемь модулей. В каждой группе допускается выход из строя одного батарейного модуля. При этом батарейный шкаф не отключается: происходит лишь незначительное уменьшение потенциального времени автономности нагрузки. При таком сценарии частичного отказа для того, чтобы уравнять напряжение на выходе шкафа, задействуется преобразователь DC-DC.

В решениях Huawei на базе литий-ионных аккумуляторных ячеек также используется система активного управления балансом тока. В первую очередь она необходима для совместной работы старых и новых батарейных шкафов или батарейных модулей, подключенных параллельно к общей шине. Допустим, заказчик уже применяет решение SmartLi. При росте нагрузки необходимо обеспечить прежний уровень автономности, что требует подключения дополнительных батарейных шкафов или установки добавочных батарейных модулей. При совместной эксплуатации старых и новых батарейных групп срок службы последних будет сокращаться. Для того чтобы избежать подобного негативного сценария, как раз и задействуется запатентованная технология управления балансом токов.

Для создаваемой цифровой экономики ЦОДов нужно построить много, причем с самыми разными тактико-техническими характеристиками. Так что все представленные на форуме решения найдут своих потребителей.
Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!