Rambler's Top100
 
Статьи
03 июля 2018

Динамические ИБП сегодня

В мегаваттных ЦОДах динамические ИБП уже стали достойной альтернативой статике. А что на объектах меньшей мощности? Каковы тенденции развития техники ДИБП? Об этом -- Владислав Ротань, директор по развитию бизнеса и продажам компании Piller.

– Владислав, каковы основные преимущества динамических ИБП по сравнению со статическими? На объектах какой мощности они проявляются?

– Пожалуй, один из главных вопросов, который поднимается будущими владельцами и инвесторами ЦОДов, -- это вопрос капитальных затрат. Практика показывает, что CAPEX решений на базе ДИБП становится равным капзатратам на статические ИБП (СИБП), начиная с мощности нагрузки бесперебойного электропитания 1,5 МВт, – если сопоставлять равнозначные комплексы энергоцентра «под ключ». При больших мощностях стоимость решений с ДИБП позволяет получить выигрыш в капитальных затратах.

Если на объекте имеется возможность использовать дизельные двигатели, то выбор в пользу ДИБП обеспечит существенное (до 60%) уменьшение площади энергоцентра – по сравнению с решением на базе СИБП с АКБ. Данный эффект проявляется, начиная с мощности 500 кВт, и выигрыш тем больше, чем выше мощность объекта.

При использовании свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в системах СИБП неизбежно требуется поддерживать температуру в аккумуляторном помещении на уровне +20°С (превышение рекомендованной температуры на 10°С сокращает срок службы АКБ в два раза). Это приводит к ухудшению PUE, поскольку помещения с АКБ приходится оснащать системами кондиционирования воздуха. Можно применять другие типы батарей, менее критичные к температурным условиям эксплуатации, например литий-ионные или никель-кадмиевые, но такие решения пока существенно дороже традиционных свинцово-кислотных и требуют специальной утилизации (что повышает ТСО). В то же время ДИБП не нужны системы кондиционирования, поскольку они способны работать в температурном диапазоне от 0 до +50°С.

Другой важный практический аспект связан со скоростью процессов восстановления заряда энергии в АКБ и в маховиках. Аккумуляторные батареи восстанавливают заряд до 90% емкости в течение 6–12 ч. Это относится к случаям полного разряда батарей, что случается даже при кратковременных пропаданиях сети, если выбираются бюджетные решения с временем резервирования нагрузки 5–10 мин. Кроме того, на время заряда АКБ влияет «возраст» батарей. Время полного восстановления энергии на маховиках в ДИБП составляет 1–10 мин в зависимости от марки, модели и конфигурации системы.

Далее, различия в технологиях обуславливают лучшее поведение систем ДИБП при сценариях коротких замыканий (КЗ). Например, установки ДИБП Piller имеют возможность поставлять ток при КЗ до 16 х Inom на стороне нагрузки (сохраняя при этом выходное напряжение в рамках заданных пределов, например, не хуже -30%, что соответствует кривой ITCI). В свою очередь, установки СИБП, оснащенные IGBT-транзисторами, способны обеспечивать только поставку тока КЗ в нагрузку до 5 х Inom, что неизбежно приводит к глубоким просадкам выходного напряжения или переход на байпас с перерывом питания нагрузки.

И, наконец, вопрос надежности. По сравнению кинетическими накопителями АКБ обладают существенно более низким показателем MTBF (среднее время наработки на отказ). На практике это выражается в том, что уже через два-три года эксплуатации ИБП с АКБ в батареях выявляются неисправные элементы, требующие замены. Согласно практике эксплуатации ЦОДов в США и в Европе, самая большая доля отказов ЦОДов – 55% – приходится на неисправность АКБ.

– Существует мнение, что ДИБП целесообразно применять только на объектах мощностью 1 МВт и более. Согласны ли вы с этим утверждением?

– Для решений до 1 МВт сравнимыми по стоимости с СИБП являются гибридные системы, в которых маховики используются в качестве источника накопления энергии, а выпрямитель и инвертор выполнены на базе IGBT-транзистров. В линейке продукции Piller подобное оборудование представлено устройствами серии CleanSource ActivePower мощностью 225 и 625 кВт. Такие устройства установлены, например, в ЦОДах «Яндекса» в России – всего 32 установки CleanSource HD625.

АКБ необходимо заменять через три-пять лет, поэтому если выбираются бюджетные серии со сроком службы пять-семь лет, то гибридные ДИБП с маховиками существенно сэкономят бюджет закзчиков.

– В рекламе производители ДИБП говорят о том, что необходимость капитального ремонта (замены подшипников) возникает только через 10 с лишним лет эксплуатации. А что на практике? По имеющимся у «ИКС» данным, такая замена может потребоваться гораздо раньше.

– Практика эксплуатации ЦОДов, в которых установлены динамические ИБП с горизонтальным расположением всех рабочих узлов системы (мотор-генератор, кинетический накопитель, дизельный двигатель на одном общем валу), показывает, что капитальный ремонт в этих установках действительно требуется уже через пять-шесть лет работы. Связано это с несколькими факторами, негативно влияющими на срок службы подшипников в системах такого типа. Во-первых, подшипники испытывают двойную нагрузку: от вращения валов и от силы гравитационного воздействия массы роторов, которая направлена вниз. Во-вторых, отвод тепла от внутренних подшипников затруднен. Наконец, в длинных соосных конструциях неизбежно присутствуют вибрации.

Капитальный ремонт таких установок достаточно затратен, поскольку требует снятия и установки узлов с помощью специальных грузоподъемных устройств, а после сборки системы необходимо производить повторное выравнивание и выставление соосности. Сам ремонт занимает до семи дней.

ДИБП Piller имеют принципиально иную конструкцию: кинетический накопитель связан с мотор-генератором электрической, а не механической связью – через тиристорный конвертор и имеет вертикальную конструкцию. Ротор маховика вращается на двух подшипниках, верхнем и нижнем. При этом подшипники работают в разгруженном режиме за счет управляемого электромагнитного компенсатора, установленного сверху. Например, в накопителе PB21 при массе ротора порядка 2500 кг на подшипники в вертикальной оси воздействует масса не более 50 кг! Все это обеспечивает ресурс работы подшипников 11–12 лет. На выполнение ремонта ДИБП такой конструкции требуется не более 6 часов, производится он непосредственно на объекте, а в качестве подъемного устройства используется только домкрат.

– Позволяют ли предлагаемые вами решения использовать элементы ДИБП с другими элементами СБГЭ, например подключить ДИБП к уже имеющимся ДГУ или использовать маховик совместно со статическим ИБП?

– Я уже упоминал гибридные установки ActivePower, в которых устройствами хранения энергии служат выпрямитель и инвертор на базе IGBT-транзистров и маховики.

Кроме того, в линейке продукции компании Piller имеется серия установок UBT+, в которых предусматривается подключение дизельных двигателей в качестве внешних устройств. Устройством накопления энергии может быть либо маховик, либо АКБ. Для обеспечения длительной автономности может подключаться внешняя дизель-генераторная установка, причем, подключение может осуществляться как со стороны сети («сверху», классический подход), так и «снизу», со стороны нагрузки, если используется маховик. В данном решении теоретически может задействоваться любая ДГУ, в том числе уже работающая на объекте заказчика.

Компания Piller внедрила порядка 500 подобных решений во всем мире. Из наиболее интересных примеров можно назвать ЦОДы NEXT DC (Австралия) и Telehouse (Германия), где вариант включения ДГУ «снизу» реализован с применением уникальной конфигурации IP Bus (изолированно-параллельная шина). Дата-центр NEXT DC с IP Bus был сертифицирован в сентябре 2017 года по уровню Tier IV (Design + Facility). При этом топология решения IP Bus предусматривает резервирование N + 1 (или N + 2), что обеспечивает более высокую энергоэффективность по сравнению со схемой 2N.

Другой интересный пример – это реализация систем UBT+ и UBTD+ c АКБ, в том числе литий-ионными. В ноябре 2016 года южнокорейский Hana Bank построил ЦОД с мощностью ИT-нагрузки 8,5 МВт, оснастив его 10 установками UBTD (1500 кВА) c литий-ионными АКБ в конфигурации IP Bus. Уникальность данного проекта в том, что это первая в мире реализация ДИБП с литий-ионными батареями, к тому же в конфигурации IP Bus.

– Каковы основные тенденции развития технологий и рынка ДИБП?

– Технологии и рынок ДИБП следуют за трендами рынка ЦОДов. А в области ЦОДостроения отчетливо проявляются следующие тенденции. Во-первых, это повышение рабочей температуры воздуха в помещениях с серверами до 30 и даже 40°С. Во-вторых, это смещение интереса в область строительства мегаЦОДов (Hyper Scale DC) c одновременным ростом требований к сокращению капитальных затрат, повышению энергоэффективности (средний PUE равен 1,3 и ниже) и снижению вредного воздействия на окружающую среду. Техника ДИБП отлично вписывается в эти тенденции: ДИБП без аккумуляторов способны работать при температурах до 50°С без кондиционирования; они дешевле, чем СИБП с АКБ (при мощностях от 1,5–2 МВт); дают выигрыш в TCO, имеют лучший КПД даже при низких уровнях нагрузки (30–40%) и не требуют утилизации АКБ.

Еще одна важная тенденция – повышение роли и доли Edge Computing. Для относительно небольших edge-ЦОДов привлекательными могут оказаться упомянутые выше гибридные системы, в которых маховики используются в качестве источника накопления энергии, а выпрямитель и инвертор выполнены на базе IGBT-транзистров. По стоимости они сравнимы с решениями на базе СИБП и АКБ.

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