Bloga

Centra danych zależą od ciągłego zasilania elektrycznego, aby serwery, systemy pamięci masowej, urządzenia sieciowe i infrastruktura chłodzenia działały bez przerw. Nawet krótkotrwała przerwa w zasilaniu może wpłynąć na dostępność usług, integralność danych i operacje biznesowe. Z tego powodu wybór odpowiedniej mocy generatora awaryjnego jest istotną częścią planowania systemów zasilania centrów danych.

Dobór wielkości generatora dla centrów danych nie polega jednak na prostym dodaniu do siebie poboru mocy serwerów. Obliczenia muszą również uwzględniać urządzenia chłodzące, systemy UPS, straty elektryczne, prądy rozruchowe, wymagania dotyczących redundancji oraz przyszłą rozbudowę. Zbyt mały generator może mieć problem z obsługą obciążeń krytycznych, podczas gdy zbyt duża jednostka może zwiększyć koszty kapitałowe i działać nieefektywnie.

Niniejszy poradnik wyjaśnia, jak obliczyć zapotrzebowanie na moc generatora dla centrum danych, ocenić kluczowe czynniki wpływające na dobór wielkości oraz wybrać odpowiednie rozwiązanie oparte na generatorze diesla w celu zapewnienia niezawodnego zasilania awaryjnego.

Co określa wielkość generatora dla centrum danych?

Wymagana wydajność generatora zależy od całkowitego zapotrzebowania na moc elektryczną, które musi pozostać operacyjne podczas awarii zasilania sieciowego. Zazwyczaj różni się to od samego obciążenia sprzętu IT, ponieważ centrum danych potrzebuje również systemów wspierających do utrzymania stabilnego środowiska pracy.

Przed wyborem generatora inżynierowie powinni zidentyfikować następujące główne obciążenia:

• Sprzęt IT: Serwery, urządzenia pamięci masowej, przełączniki sieciowe, routery i inna infrastruktura obliczeniowa.
• Systemy chłodzenia: Agregaty wody lodowej, klimatyzatory precyzyjne (CRAC), centrale wentylacyjne do serwerowni (CRAH), pompy i wieże chłodnicze.
• Systemy UPS: Urządzenia zasilania gwarantowanego oraz powiązane straty elektryczne.
• Oświetlenie i bezpieczeństwo: Oświetlenie awaryjne, kontrola dostępu, nadzór i systemy ochrony przeciwpożarowej.
• Usługi budynkowe: Wentylacja, systemy sterowania i inne niezbędne wyposażenie obiektu.

Nie każde podłączone obciążenie musi być koniecznie zasilane przez generator. Zespół projektowy powinien odróżnić obciążenia krytyczne, niezbędne obciążenia pomocnicze oraz obciążenia niekrytyczne, które mogą zostać odłączone podczas awarii.

KEYPOWER zapewnia rozwiązania w zakresie generatorów diesla do zastosowań w centrach danych, gdzie ważne znaczenie mają zasilanie awaryjne, wydajność obciążeniowa, skalowalność i redundancja generatorów.

Jak obliczyć wydajność generatora dla centrum danych

Praktyczne obliczenia dotyczące doboru wielkości generatora zaczynają się od zapotrzebowania na moc elektryczną, którą system zasilania awaryjnego musi obsługiwać. Poniższe kroki stanowią przydatny punkt wyjścia do planowania wstępnego. Ostateczny rozmiar należy zweryfikować za pomocą analizy obciążenia elektrycznego i analizy wydajności generatora.

Oblicz całkowite obciążenie krytyczne

Najpierw zidentyfikuj sprzęt, który musi nadal działać podczas awarii zasilania. Dodaj rzeczywisty pobór mocy sprzętu IT, systemów chłodzenia, strat UPS i innych niezbędnych obciążeń.

Wzór podstawowy:

Całkowite obciążenie krytyczne (kW) = obciążenie IT + obciążenie chłodzenia + straty UPS + inne obciążenia niezbędne

Rozważmy na przykład hipotetyczne centrum danych o następującym zapotrzebowaniu na moc elektryczną:

W tym przykładzie system zasilania awaryjnego musi obsługiwać zapotrzebowanie na moc krytyczną wynoszące około 850 kW. Jest to punkt wyjścia, a nie ostateczna moc znamionowa generatora.

Konwersja kilowatów na kilowatoampery

Wydajność generatora jest powszechnie wyrażana zarówno w kilowatach (kW), jak i kilowatoamperach (kVA). Te dwa pomiary opisują różne aspekty mocy elektrycznej.

Moc czynna (kW) reprezentuje moc zużywaną przez urządzenia, podczas gdy moc pozorna (kVA) uwzględnia połączony efekt mocy czynnej i biernej.

Formuła doboru generatora:

Wymagane kVA = Całkowite obciążenie (kW) ÷ Współczynnik mocy

Zakładając współczynnik mocy wynoszący 0,8, powyższy przykład daje:

850 kW ÷ 0,8 = 1062,5 kVA

Oznacza to, że system generatora musi zapewniać co najmniej 1062,5 kVA w założonych warunkach pracy, przed uwzględnieniem dodatkowych wymagań inżynieryjnych.

Rzeczywisty współczynnik mocy powinien być określony na podstawie projektu elektrycznego, zamiast automatycznie zakładać 0,8 dla każdego projektu.

Uwzględnienie obciążeń rozruchowych i wymagań przejściowych

Sprzęt chłodniczy, pompy, wentylatory i inne systemy napędzane silnikami mogą pobierać znacznie wyższy prąd podczas rozruchu niż podczas normalnej pracy. Te tymczasowe wzrosty zapotrzebowania mogą wpływać na stabilność napięcia i częstotliwości generatora.

Inżynierowie powinni ocenić metody rozruchu silników, sekwencję rozruchu największego silnika, charakterystykę prostowników UPS oraz przyjmowanie skoków obciążenia. Przemienniki częstotliwości i softstarty mogą pomóc zmniejszyć zapotrzebowanie na rozruch, ale ich wpływ powinien zostać uwzględniony w ogólnej analizie elektrycznej.

W związku z tym wybór generatora powinien uwzględniać zarówno wymagania stanu ustalonego kW/kVA, jak i wydajność przejściową. Generator, który spełnia obliczone obciążenie robocze, może nadal być nieodpowiedni, jeśli nie radzi sobie z wymaganymi skokami obciążenia.

Jak PUE wpływa na dobór wielkości generatora centrum danych

Wskaźnik efektywności energetycznej (PUE) jest ważną metryką w zarządzaniu energią centrum danych. Porównuje całkowite zużycie energii przez obiekt z energią zużywaną przez sprzęt IT.

Formuła PUE:

PUE = Całkowita energia obiektu centrum danych ÷ Energia sprzętu IT

Na przykład, jeśli centrum danych ma obciążenie IT wynoszące 500 kW i PUE na poziomie 1,6, jego szacowane całkowite zapotrzebowanie obiektu wynosi:

500 kW × 1,6 = 800 kW

Zapewnia to przydatne szacunki wysokiego poziomu dotyczące zapotrzebowania obiektu na moc. PUE nie powinno jednak zastępować harmonogramu obciążeń na poziomie sprzętu przy doborze generatora awaryjnego. Rzeczywiste obciążenie rezerwowe może się różnić w zależności od tego, które systemy chłodzenia, urządzenia UPS i usługi pomocnicze są podłączone do awaryjnego systemu zasilania.

Dla dokładnego doboru generatora inżynierowie powinni używać zmierzonych lub określonych obciążeń elektrycznych oraz zweryfikować konfigurację roboczą podczas awarii zasilania.

Wybierz odpowiednią konfigurację redundancji generatora

Wydajność generatora to tylko jedna część niezawodnego system zasilania rezerwowego centrum danych. Liczba zespołów prądotwórczych i ich układ pracy są równie ważne.

Konfiguracja N

Konfiguracja N zapewnia dokładnie taką wydajność generatora, jaka jest wymagana do obsługi wskazanego obciążenia krytycznego. Na przykład, jeśli obiekt wymaga 2 MW zasilania rezerwowego, zainstalowana moc generatora musi zapewniać co najmniej 2 MW w określonych warunkach pracy.

Ten układ może spełnić wymagania dotyczące obciążenia, ale awaria generatora lub planowana konserwacja mogą zmniejszyć dostępną pojemność rezerwową.

Konfiguracja N+1

Konfiguracja N+1 obejmuje jeden dodatkowy generator ponad liczbę wymaganą do obsługi obciążenia krytycznego. Jeśli jeden generator stanie się niedostępny, pozostałe jednostki nadal mogą zapewnić wymaganą wydajność, pod warunkiem, że system jest odpowiednio zaprojektowany.

Na przykład obiekt wymagający trzech generatorów do obsługi obciążenia krytycznego może zainstalować cztery jednostki. Dodatkowy generator zapewnia rezerwową wydajność na wypadek konserwacji lub awarii sprzętu.

Konfiguracja 2N

Układ 2N wykorzystuje dwie niezależne ścieżki zasilania, przy czym każda ścieżka została zaprojektowana tak, aby utrzymać pełne obciążenie krytyczne. Zapewnia to wyższy poziom redundancji niż podstawowa konfiguracja N, chociaż ostateczny poziom odporności zależy również od dystrybucji elektrycznej, rozdzielnic, zasilania paliwem, sterowania i innej współdzielonej infrastruktury.

Odpowiednia konfiguracja zależy od celów dostępności obiektu, budżetu, strategii konserwacji i obowiązujących wymagań dotyczących projektowania centrum danych. Samo dodanie generatorów nie gwarantuje redundancji, jeśli krytyczne komponenty pozostają współdzielone między systemami.

Wybierz generator diesla, który spełnia wymagania projektu

Gdy wymagana wydajność i układ redundancji zostaną ustalone, kolejnym krokiem jest wybranie zespołów prądotwórczych o odpowiednich parametrach wydajnościowych i charakterystykach pracy.

KEYPOWER oferuje szereg przemysłowych zespołów prądotwórczych diesla w różnych zakresach mocy i markach silników. W przypadku większych projektów centrów danych wybór generatora można oceniać pod kątem mocy ciągłej, mocy rezerwowej, napięcia, częstotliwości, współczynnika mocy, zużycia paliwa i warunków instalacji.

Na przykład KEYPOWER KPX-M938P to generator diesla napędzany silnikiem MTU o następujących opublikowanych specyfikacjach:

Te oceny ilustrują znaczenie rozróżnienia między mocą główną a awaryjną. Właściwa moc znamionowa musi odpowiadać zamierzonemu cyklowi pracy i specyfikacji projektu. Moc awaryjna nie powinna być automatycznie stosowana jako podstawa do pracy ciągłej lub głównej.

W przypadku projektów wymagających większej wydajności gama agregatów prądotwórczych diesel KEYPOWER MTU obejmuje większe modele do oceny. Ostatecznego wyboru należy dokonać na podstawie pełnego profilu obciążenia i wymaganej redundancji, a nie wyłącznie na podstawie mocy znamionowej.

Weź pod uwagę warunki w miejscu instalacji i obniżenie mocy znamionowej agregatu

Publikowana moc wyjściowa generatora jest opతana na określonych warunkach referencyjnych. Na rzeczywistą dostępną moc mogą wpływać wysokość montażu, temperatura otoczenia, wilgotność, przepływ powietrza chłodzącego, jakość paliwa oraz przeciwciśnienie wydechowe.

W przypadku centrów danych zlokalizowanych w gorącym klimacie lub na dużych wysokościach n.p.m. inżynierowie powinni zwrócić się do producenta generatora o dane wydajnościowe specyficzne dla danej lokalizacji. Przed sfinalizowaniem układu pomieszczenia generatora należy również sprawdzić projekt systemu chłodzenia, wentylację, odprowadzenie spalin oraz wymagania akustyczne.

Inne względy praktyczne obejmują:

• Dostępna przestrzeń montażowa oraz dostęp do sprzętu w celach konserwacyjnych.
• Pojemność magazynowania paliwa i wymagany czas pracy awaryjnej.
• Emisje spalin i lokalne przepisy dotyczące ochrony środowiska.
• Limity hałasu i wymagania dotyczące tłumienia dźwięku.
• Połączenia elektryczne, kompatybilność rozdzielnic oraz wymagania dotyczące synchronizacji.
• Zdalne monitorowanie, alarmy i układy automatycznego przełączania zasilania.

Czynniki te mogą wpływać na ostateczną konfigurację generatora i powinny zostać przeanalizowane na etapie projektowania, a nie po dostawie sprzętu.

Dlaczego testowanie z obciążnicą jest ważne dla generatorów w centrach danych

Po instalacji wydajność generatora należy zweryfikować w kontrolowanych warunkach obciążenia. Testowanie za pomocą obciążnicy pozwala operatorom ocenić moc wyjściową generatora, regulację napięcia, stabilność częstotliwości, wydajność chłodzenia oraz ogólne zachowanie podczas pracy.

Jest to szczególnie przydatne, gdy rzeczywiste obciążenie centrum danych nie jest jeszcze dostępne lub podczas uruchamiania nowo zainstalowanego systemu generatora.

W zależności od planu testów, do symulacji różnych charakterystyk obciążenia elektrycznego można użyć obciążnic rezystancyjnych lub reakcyjnych. KEYPOWER zapewnia urządzenia obciążnicowe do zastosowań związanych z testowaniem generatorów.

Testy powinny przebiegać zgodnie z zaleceniami producenta generatora oraz wymaganiami projektu dotyczącymi odbioru technicznego. Regularne testy i konserwacja pomagają zidentyfikować potencjalne problemy przed wystąpieniem rzeczywistej awarii zasilania sieciowego.

Częste błędy przy doborze wielkości generatora, których należy unikać

Nawet jeśli podstawowe obliczenie obciążenia jest poprawne, kilka błędów na etapie planowania może wpłynąć na niezawodność systemu zasilania awaryjnego w centrum danych.

• Dobór wielkości wyłącznie na podstawie obciążenia IT: Chłodzenie, straty UPS oraz niezbędne urządzenia pomocnicze mogą zostać pominięte.
• Ignorowanie zapotrzebowania na prąd rozruchowy silników: Duże silniki chłodzące i pompy mogą powodować znaczne obciążenia przejściowe.
• Mylenie kW z kVA: Współczynnik mocy musi być uwzględniony podczas dopasowywania parametrów znamionowych generatora do zapotrzebowania na energię elektryczną.
• Traktowanie mocy gotowości (standby) jako mocy ciągłej: Wartości znamionowe pracy generatora muszą odpowiadać przewidywanym warunkom eksploatacji.
• Pominięcie redundancji: Zainstalowaną moc należy ocenić po uwzględnieniu niedostępnych jednostek w czasie konserwacji lub awarii.
• Zignorowanie przyszłej rozbudowy: Dodatkowe szafy serwerowe i urządzenia chłodzące mogą zwiększyć zapotrzebowanie obiektu na moc.
• Zignorowanie warunków panujących w miejscu instalacji: Temperatura, wysokość nad poziomem morza, wentylacja i ograniczenia dotyczące spalin mogą obniżyć dostępną moc wyjściową.

Szczegółowa ocena obciążenia, jasna strategia redundancji oraz przegląd wydajności poparty przez producenta mogą pomóc zapobiec tym problemom.

Zaplanuj wymagania dotyczące generatorów dla swojego centrum danych z KEYPOWER

Wybór zapasowego generatora dla centrum danych wymaga czegoś więcej niż tylko dopasowania znamionowej mocy do pojedynczej wartości obciążenia. Zapotrzebowanie IT, wymagania dotyczące chłodzenia, charakterystyka zasilaczy UPS, współczynnik mocy, obciążenia przejściowe, redundancja oraz przyszła rozbudowa – wszystko to wpływa na ostateczny projekt systemu.

KEYPOWER dostarcza zespoły prądotwórcze z silnikami wysokoprężnymi o szerokim zakresie mocy, w tym modele o dużej mocy napędzane silnikami MTU. Analizując harmonogram obciążeń projektu, warunki pracy, wymagane napięcie i częstotliwość oraz strategię redundancji, można precyzyjniej dobrać odpowiednią konfigurację generatora.

Jeśli planujesz nowe centrum danych, rozbudowujesz istniejący obiekt lub modernizujesz infrastrukturę zasilania awaryjnego, skontaktuj się z KEYPOWER i przedstaw wymagania swojego projektu, aby omówić odpowiednie rozwiązanie w zakresie generatorów.

Często zadawane pytania dotyczące doboru wielkości generatora dla centrów danych

Jak obliczyć wielkość generatora dla centrum danych?

Zacznij od obliczenia całkowitego krytycznego obciążenia elektrycznego, uwzględniając sprzęt IT, systemy chłodzenia, straty w UPS oraz niezbędne obciążenia pomocnicze. Przelicz wymagane kW na kVA, korzystając z rzeczywistego współczynnika mocy, a następnie przed wyborem generatora oceń zapotrzebowanie na rozruch silnika, parametry przejściowe, redundancję oraz warunki panujące w miejscu instalacji.

Ile generatorów potrzebuje centrum danych?

Liczba ta zależy od krytycznego obciążenia obiektu i projektu redundancji. Konfiguracja N zapewnia wymaganą moc, N+1 dodaje jeden dodatkowy generator, a 2N zapewnia dwie niezależne ścieżki zasilania, z których każda została zaprojektowana tak, aby utrzymać pełne obciążenie krytyczne.

Jaka jest różnica między kW a kVA przy doborze generatora?

kW mierzy moc czynną, podczas gdy kVA mierzy moc pozorną. Zależność ta wyraża się wzorem: kW = kVA × współczynnik mocy. Na przykład generator o mocy znamionowej 1000 kVA i współczynniku mocy 0,8 może dostarczyć 800 kW mocy czynnej w określonych warunkach pracy.

Dlaczego redundancja N+1 jest ważna dla generatorów w centrum danych?

Redundancja N+1 zapewnia jeden dodatkowy generator ponad liczbę wymaganą do obsłużenia krytycznego obciążenia. Pomaga to utrzymać wymaganą moc, jeśli jeden generator jest niedostępny z powodu konserwacji lub awarii sprzętu, pod warunkiem że pozostałe elementy systemu zostały odpowiednio zaprojektowane.

Czy centrum danych powinno stosować generatory zasilania podstawowego (prime power) czy awaryjnego (standby power)?

Wybór zależy od trybu pracy generatora i specyfikacji projektu. Zasilanie awaryjne jest przeznaczone do pracy w sytuacjach awaryjnych podczas przerw w dostawie energii z sieci, natomiast zasilanie podstawowe zaprojektowano z myślą o zastosowaniach o zmiennym obciążeniu i wydłużonym czasie pracy. Klasa mocy generatora musi odpowiadać oczekiwanemu trybowi pracy.

Dlaczego generatory w centrach danych wymagają testów z użyciem rezystora obciążenia (load bank)?

Testy z użyciem rezystora obciążenia symulują zapotrzebowanie na energię elektryczną w celu zweryfikowania działania generatora, w tym jego wydajności wyjściowej, regulacji napięcia, stabilności częstotliwości i zachowania układu chłodzenia. Są one szczególnie przydatne podczas uruchamiania i rutynowej konserwacji, gdy rzeczywiste obciążenie obiektu może być niewystarczające do przeprowadzenia testów.