Rambler's Top100
 
Статьи ИКС № 04 2011
Игорь КИРИЛЛОВ  05 апреля 2011

Ни секунды простоя

Динамические дизельные ИБП, хорошо известные во всем мире, начинают завоевывать популярность в России. Количество проектов, реализованных в нашей стране, растет, особенно в последние годы. Системы этого типа прекрасно подходят для крупных ЦОДов и других критически важных объектов.

Динамические дизельные ИБП известны на рынке еще с 50-х годов XX века. Количество установленных систем по всему миру измеряется тысячами. Причем решения такого рода используются на критически важных объектах, в том числе государственного значения, где остановка в работе просто немыслима. На новом витке развития технологий интерес к ДДИБП существенно возрос, главным образом в контексте крупных центров обработки данных.

 

Системы ДДИБП выполняют одновременно функции ИБП и дизельного генератора. При достижении дата-центром определенной мощности динамические дизельные ИБП становятся наиболее выгодным решением с точки зрения показателя цена/надежность. В том числе и потому, что масштабировать систему гарантированного электропитания на базе ДДИБП гораздо проще, чем систему, состоящую из отдельных компонентов – ДГУ, ИПБ, аккумуляторных батарей. Кстати, в мировой практике многие ЦОДы, обеспечивающие PUE менее 1,3, используют именно ДДИБП.

 

Динамический? Роторный? Маховиковый?

 

Прежде чем перейти к детальному рассмотрению темы, стоит несколько упорядочить терминологию. Для одних и тех же, по сути, систем на рынке используют разные названия – «динамические дизельные ИБП» и «дизельные роторные ИБП». То есть с тем, что касается ИБП и «дизеля», никто не спорит, но вот с терминами «динамические» и «роторные» возникает путаница. Дело в том, что неотъемлемым компонентом системы является маховиковый (flywheel) ИБП, накапливающий кинетическую энергию механического ротора. Такое устройство представляет собой электрическую машину с тяжелым ротором, который раскручивается («заряжается»), пока на него подается напряжение от внешней сети (рис. 2). Если напряжение пропадает, то за счет накопленной кинетической энергии ротор продолжает вращение и работает уже как электрогенератор («разряжается»). ИБП этого типа предлагаются многими производителями в качестве самостоятельных устройств, а в ДДИБП они являются частью общей системы обеспечения гарантированного электропитания.

 

Следовательно, с точки зрения физики название «роторный» или даже «маховиковый» вполне корректно. В то же время такую систему можно назвать динамическим аккумулятором и ошибки здесь не будет. Поэтому все эти термины могут употребляться в качестве синонимов. Однако с точки зрения маркетингового позиционирования чаще пользуются понятием «динамический» – для противопоставления традиционным «статическим» (без подвижных элементов) ИБП.

 

ДДИБП – похожие и разные

 

Фактически ДДИБП представляет собой динамический ИБП, синхронный генератор и ДГУ (а иногда и аккумуляторные батареи), собранные на одной раме. Таким образом, для связи модулей ИБП и ДГУ не нужны никакие внутренние силовые электрические соединения, коммутационная аппаратура и автоматика.

 

Однако не все производители придерживаются моноблочной компоновки. Например, компоненты ДДИБП Piller не выстроены в ряд на одном общем валу, а могут по-разному располагаться в нескольких шкафах рядом друг с другом. Это, в частности, дает большую гибкость при размещении системы в ограниченном пространстве ЦОДа.

 

В зависимости от производителя и модели ДД-системы могут быть оснащены обычным маховиком или специальным кинетическим модулем. Во втором случае используются сразу два ротора – внешний и внутренний. Внешний ротор свободно вращается с более высокой частотой вокруг «медленного» внутреннего ротора, который, в свою очередь, посредством упругой муфты соединен с синхронным генератором (рис. 3).

 

Синхронный генератор работает в качестве двигателя. Вал генератора переменного тока вращается со скоростью 1500 об./мин, в то время как аккумулятор кинетической энергии выдает около 3000 об./мин. Если напряжение пропадает, маховик продолжает передавать вращение на вал генератора, но сам при этом, естественно, замедляется, теряя энергию. При кратковременном пропадании электроэнергии можно было бы вполне обойтись только роторным ИБП, без подключения других элементов, но проблема в том, что система на базе маховика неспособна поддерживать нужную мощность длительное время. Стандартное время ее работы исчисляется секундами. После этого надо подключать другие источники питания – аккумуляторные батареи или дизельный генератор. В ДДИБП для обеспечения гарантированного электропитания применяется именно ДГУ.

 

Поскольку переключение на дизель происходит только в случае пропадания электропитания от основного источника, что случается, как правило, довольно редко, было бы нерационально никак не использовать систему во время нормальной работы электросети. Поэтому в штатном режиме система выполняет целый ряд полезных функций: например, работает как источник стабилизированного питания, компенсатор реактивной мощности и активный фильтр, который устраняет короткие перебои (длительностью до 50 мс), пики, провалы напряжения, электрические возмущения и гармонические колебания. В нормальном режиме при наличии сетевого питания энергия подается из электросети на нагрузку через дроссель. При появлении колебаний напряжения электронная система регулировки воздействует на ток возбуждения синхронного генератора. Подаваемое напряжение автоматически поддерживается на уровне номинального значения, но при значительном изменении (больше чем на 10%) инициируется запуск дизельного двигателя.

 

При аварийном пропадании электропитания входной выключатель размыкается и синхронный генератор, который работал как электродвигатель, начинает функционировать в качестве генератора тока, а панель управления модулирует индуктивную связь между главным валом генератора и ротором динамического ИБП. Затем электромагнитная муфта сцепления плавно замыкается, обеспечивая соединение дизельного двигателя с генератором. Обычно этот процесс занимает не более секунды. Таким образом, дизельный двигатель гарантированно принимает нагрузку. Как только электропитание возвращается в норму, а маховик развивает нужную скорость, система снова возвращается к нормальной работе.

 

Это общая схема, которая схожим образом реализована в большинстве ДДИБП. Вместе с тем каждый производитель стремится оснастить свои решения фирменными технологиями, повышающими надежность. Так, компания Euro-Diesel использует систему No-Break KS, которая, в числе прочего, позволяет избежать отказов запуска ДГУ. Даже если дизельный двигатель не запустится после размыкания входного выключателя, электромагнитная муфта сцепления соединит генератор с ДГУ, вследствие чего маховик динамического ИБП механически запустит дизельный двигатель.

 

ДД-модели компании Piller могут комплектоваться не только механическим ротором, но по желанию заказчика и обычными аккумуляторными батареями. Напомним, что маховик ДДИБП Piller не находится на одном валу с другими вращающимися компонентами системы, что является конструктивной особенностью решений производителя. Кроме того, электромотор и электрогенератор систем Piller совмещены в одной электрической машине, благодаря чему уменьшается место, занимаемое системой.

 

Компания Hitzinger выпускает два типа систем – NBDD с обычным маховиком и NBDK, в которой применяется специальный кинетический модуль. В системах NBDK скорость вращения свободного внешнего и внутреннего роторов составляет 2600 и 1500 об./мин соответственно. При отказе электропитания внешний ротор начинает затормаживаться магнитным полем внутреннего ротора. В это же время электронный блок управления стабильно удерживает частоту синхронного генератора. Кроме того, в системах Hitzinger используется специальный развязывающий дроссель (соединяющий вход сетевого напряжения и выход напряжения ИБП), препятствующий прохождению всех гармоник и переходных процессов между входом и выходом. Схема с внешним и внутренним роторами применяется и в решениях компании Hitec.

 

Альтернатива или необходимость?

 

Мощность современных моделей ДДИБП лежит в диапазоне от 100 до 3000 кВ•А, при этом их КПД достигает 93–97%.

 

Как отмечает Рене Лачина, международный менеджер по продажам Hitec Power Protection, дизельные роторные ИБП обеспечивают высокую эффективность использования электроэнергии даже при небольших нагрузках. Благодаря меньшему (по сравнению с традиционными ИБП) количеству компонентов и более простой электрической инфраструктуре повышается надежность системы. Речь идет об отсутствии аккумуляторных батарей и применении механических соединений вместо электрических. Гарантированное время эксплуатации таких систем – не менее 25 лет, но, как показывает практика, реально оно лет на десять дольше.

 

ДДИБП обладают множеством неоспоримых пре-имуществ перед иными системами гарантированного электропитания. Но, как это часто бывает, продолжением достоинств являются недостатки решения. Начнем все же с достоинств.

 

Во-первых, важным фактором является необязательность наличия аккумуляторных батарей. В результате не только уменьшается площадь, необходимая для размещения ИБП (по данным производителей, на 35–60%), но и достигается прямая экономия. Батареи стоят немалых денег, к тому же требуют постоянной замены, помещения и специальных условий хранения.

 

Кроме того, для охлаждения ДДИБП не нужны кондиционеры, для всех режимов работы достаточно простой вентиляции. Следовательно, можно снизить расходы на электроэнергию и охлаждение для ЦОДа. Когда речь идет о больших мощностях, динамическая дизельная система имеет меньшее количество компонентов (и соответственно, меньшее число потенциальных точек отказа), чем статические ИБП. Для повышения надежности и наращивания мощности ДДИБП могут резервироваться по схеме N + 1 или подключаться параллельно.

 

Стоит отметить, что при многократных отключениях внешнего электропитания ДДИБП – это буквально безальтернативное решение. Зачастую мощность традиционных ИБП рассчитывается таким образом, чтобы их хватило для поддержания работы оборудования в течение 10–15 минут. Но если на протяжении короткого отрезка времени (менее часа) напряжение в сети пропадет несколько раз подряд хотя бы на 4–5 минут, то аккумуляторы могут просто не успеть зарядиться. ДДИБП в силу конструктивных особенностей такая угроза не страшна. Кроме того, они служат в 2–3 раза дольше традиционных источников бесперебойного электропитания. Регулярное техническое обслуживание ДД-систем сводится к ежегодной замене масла, выполняемой без остановки агрегата, а также мониторингу состояния стартовых аккумуляторов. Раз в десять лет надо производить замену подшипников (тут уж без отключения не обойтись). Однако цена комплекта значительно ниже, чем стоимость запаса батарей на 5 минут работы (для систем сопоставимой мощности). Более того, аккумуляторы обычных ИБП надо менять раз в 3–5 лет, а то и чаще.

 

Тем не менее, если предприятие планирует использовать динамические дизельные системы, то надо принимать в расчет и некоторые потенциально неприятные факторы. К ним относятся, скажем, высокие капитальные затраты.

 

Немалое значение имеет и размер агрегата, особенно если используется моноблочная конструкция. Длина всей системы может достигать 9 м, а с учетом технологических отступов от стен протяженность помещения должна быть не менее 10 м. Хотя ДДИБП не требует специального охлаждения, все же дизель, когда он запустится, выделяет большое количество тепла, которое надо как-то утилизировать. Для этого потребуется, как минимум, мощная система вытяжной вентиляции, стоимость которой также необходимо закладывать в проект.

 

Потенциально опасным моментом является некачественное или несезонное дизельное топливо. Если было залито плохое горючее, ДГУ может вообще не завестись при любой, даже самой надежной схеме старта. Кроме того, низкокачественное дизтопливо способно спровоцировать троение двигателя, в результате которого ДГУ будет не в состоянии выйти на постоянные обороты и стабилизировать частоту напряжения. Как следствие, автомат ввода резерва не переключится и ДГУ не сможет подавать напряжение к оборудованию. Если это произойдет, бесперебойную подачу электроэнергии должны будут обеспечивать либо маховик (которого хватит, в лучшем случае, на полминуты) либо обычные аккумуляторы, при их наличии, конечно. Так что на качестве топлива лучше не экономить. Также надо регулярно производить тестовые запуски дизельного электрогенератора, чтобы убедиться в его работоспособности.

 

Но справедливости ради стоит отметить, что все вышеперечисленные проблемы относятся скорее к разряду теоретических (впрочем, «теоретической» называли и возможность крушения «Титаника»), поскольку есть мировая практика использования, которая подтверждает безотказность работы ДДИБП на самых ответственных объектах, даже в сложных условиях эксплуатации.

 

В общем случае динамические дизельные системы требуют значительных капитальных затрат на первом этапе, но затем окупаются за счет экономии на операционных расходах, особенно если учесть длительный срок их эксплуатации. Что касается скорости поставки, то на российский объект ДДИБП может быть привезен за период от 3 до 8 месяцев – это зависит от производителя, выбранной модели, удаленности заказчика и т.д. На время ввода в эксплуатацию сильно влияет техническая готовность объекта в момент доставки оборудования. В лучшем случае, если все действия, связанные с созданием инженерной инфраструктуры, выполнены, то работы по установке, подключению и пуску ДДИБП занимают в среднем 1–2 недели.

 

 

Когда речь идет о проектах, для которых остановки в работе недопустимы даже на короткое время, динамические дизельные ИБП – идеальное решение. При этом следует понимать, что высокая начальная стоимость решения обусловлена тем, что ДДИБП рассчитаны на длительную эксплуатацию. За свой жизненный цикл они себя с лихвой окупают.

 

Но тогда и объект, энергетическую безопасность которого они обеспечивают, должен действовать десятки лет без длительных остановок. В то же время многие потенциальные заказчики в России опасаются заглядывать так далеко. Поэтому динамические дизельные ИБП на российских просторах все еще экзотика. Однако по мере роста экономики и укрепления позиций крупных предприятий проекты с использованием систем этого класса будут появляться все чаще – предпосылки к этому есть. Таким образом, динамика рынка ДДИБП является своеобразным показателем уверенности крупных предприятий в завтрашнем и даже послезавтрашнем дне. 

 

ДДИБП в России и мире

 

К настоящему времени динамические дизельные ИБП заняли прочное место в различных областях экономики на самых ответственных объектах, где сбой технологического процесса в результате даже кратковременного нарушения энергоснабжения приводит к серьезным потерям. В качестве приоритетных направлений использования ДДИБП Василий Смирнов, гендиректор компании «Росэнергосеть» (ГК «А.Д.Д.»), называет телекоммуникационные и телевизионные компании, медицинские центры, ЦОДы, аэропорты.

 

Например, голландский оператор KPN использует в своих дата-центрах ДДИБП на десятки мегавольт-ампер. Применяют их также AT&T, Verizon, British Airways, крупнейший международный аэропорт Schiphol (Амстердам), национальные банки Болгарии и Бельгии, Royal Bank of Scotland, Citibank, Sell, IBM, Intel, Samsung и сотни других коммерческих и государственных организаций.

 

В России широкого внедрения ДДИБП пока не наблюдается, хотя на нашем рынке активно работают четыре производителя – Euro-Diesel, Hitec Power Protection, Hitzinger и Piller. Несколько проектов было реализовано в конце прошлого века. В частности, по информации Александра Бучинчика, гендиректора компании «Энергоком Лтд» (представитель Piller в России), в конце 90-х годов в одном из московских банков была установлена система мощностью 440 кВ•А на базе решения Piller UBRD.

 

Уже более 14 лет на российских предприятиях работают динамические дизельные ИБП Hitzinger. В числе объектов, где функционируют системы этого вендора, Андрей Нешин из компании «Акси», эксклюзивного поставщика Hitzinger, назвал Московскую межбанковскую валютную биржу, бизнес-центр «Даев Плаза», космодром «Байконур».

 

Наметившееся посткризисное восстановление экономики, похоже, стимулирует сегмент динамических дизельных ИБП. Среди новых ДДИБП-проектов А. Нешин выделил Центр по работе с населением префектуры Центрального административного округа Москвы, где установлено оборудование Hitzinger.

 

В 2010 г. было начато несколько крупных проектов, завершить которые планируется уже в 2011 г. Так, в марте нынешнего года, как сообщил А. Бучинчик, на стадионе в Тюмени планируется ввести в эксплуатацию систему Piller UBRD мощностью 1670 кВ•А.

 

О проектах для крупных ЦОДов заявляют представители Hitec Power Protection: в марте 2011 г. будет завершено внедрение ДДИБП на двух объектах. В первом случае речь идет о четырех системах по 1 МВ•А каждая, а во втором будет поставлено два блока по 1,6 МВ•А.  

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: