Как правильно выбрать дизель-генератор для ЦОД?

Оборудование, отвечающее за обеспечение бесперебойной работы центров обработки данных, должно соответствовать определенным требованиям и стандартам. Выбор дизельного генератора для ЦОД начинается с определения требуемых характеристик установки по таким ключевым параметрам:

• Мощность
• Класс регулирования
• Наброс нагрузки за один шаг
• Температурный режим работы

Мощность дизель-генераторной установки – это ключевой параметр, от которого будет зависеть эффективность и бесперебойность энергообеспечения центра обработки данных.

Мощностные режимы работы ДГУ согласно стандарту ISO 8528:

• СОР (Continuous power) – неограниченное время эксплуатации при постоянной нагрузке. Возможность работы на 100% заявленной в этом рейтинге мощности. Пример: непрерывный источник питания параллельно с сетью.
• PRP (Prime power) – неограниченное время эксплуатации при переменной нагрузке, не превышающей в среднем 70% заявленной мощности. Пример: основной источник электропитания при отсутствии питания сети.
• LTP (Limited time running power) – ограниченное время эксплуатации (не более 500 м/ч в год) при постоянной нагрузке. Пример: базовый источник для снятия пиков в параллельной работе.
• ESP (Emergency standby power) – ограниченное время эксплуатации (не более 200 м/ч в год) при переменной нагрузке. Пример: резервный источник питания.

Пример электростанции мощностью 1675 кВА в разных режимах:

При выборе архитектуры для современных центров обработки данных большое внимание уделяется обеспечению необходимого уровня надежности и отказоустойчивости выбранного оборудования.  Дизель-генератор должен на 100% принять необходимую мощность и выполнить задачу резервирования. Поэтому рассмотрим рекомендации Uptime Institute по требованиям к ЦОД уровней TIER III и TIER IV.

Исходя из документа “Инфраструктура ЦОД. Tier Standard: Topology“

Генераторы электроэнергии рассматриваются как основной источник питания для центров обработки данных, тогда как поставщик энергии (центральная электросеть) рассматривается как экономическая альтернатива. Нарушения в электрической сети не рассматриваются как отказ системы, а скорее как предсказуемые условия эксплуатации, к которым должен быть подготовлен ЦОД. Соответственно, генераторы энергии должны запускаться автоматически и подавать питание сразу после потери внешнего (основного) питания.

Генераторы энергии на уровне TIER III-IV вместе с другими дополнительными элементами энергообеспечения ЦОД должны соответствовать требованиям на способность к одновременному техническому обслуживанию и/или отказоустойчивости при питании центра обработки данных.

Электрогенераторы на уровне TIER III или IV не должны иметь ограничений относительно количества часов непрерывной работы с необходимой нагрузкой. Электрогенераторы с ограничением рабочего времени при необходимой нагрузке подходят только для объектов класса TIER I или II.

Пункт 3.3. Оговорка об ограничении времени работы генераторов (Tier III и Tier IV)

Требование к неограниченному времени работы электрогенераторов необходимо, чтобы гарантировать, что установка способна обеспечить требуемый объем и непрерывность подачи электроэнергии на объект. Топология TIER требует, чтобы номинальная мощность генераторов энергии, которые функционально поддерживают один из трех режимов работы в соответствии с ISO 8528-1: непрерывный (continuous), основной (prime), резервный (standby), рассматривалась отдельно, в зависимости от требований конкретного случая.

а. Дизель-генераторы с рейтингом / или «в режиме» (Сontinuous) могут работать непрерывно в течение неограниченного количества часов при заданной номинальной мощности.

b.Дизель-генераторы с рейтингом / или «в режиме» (Рrime) могут работать в течение ограниченного количества часов при заданной номинальной мощности. Это не соответствует требованиям раздела 2.5 документа. Как указано в ISO 8528-1, мощность генератора для непрерывной работы должна быть равна 70% от рейтинга Рrime​. Некоторые производители предоставляют другой уровень пониженной мощности (меньше или больше, чем стандартные 70%), при котором генератор может работать неограниченное время. Сертификат производителя, определяющий способность генератора работать в непрерывном режиме (в течение неограниченного количества часов), используется для определения соответствия технических характеристик ДГУ требованиям TIER.

c. Резервные (standby) генераторы по определению имеют ограничение на общее количество часов работы в год. Эта характеристика не соответствует условиям раздела 2.5 документа. Некоторые производители заявляют об уровне пониженной номинальной мощности, при которой генератор может работать неограниченное время. Соответствие установки стандартам TIER определяется на основании сертификата производителя, определяющего способность генератора работать в непрерывном режиме в течение неограниченного количества часов.

Итог: Согласно требованиям Uptime Institute (UI) к ЦОД уровня TIER III и TIER IV, для их непрерывного и бесперебойного обеспечения электроэнергией подходят генераторы с режимом работы в течение неограниченного времени Continuous.

Что такое DCC-рейтинг?

DCC-рейтинг (Data Center Continuous) определяет требования к дизель-генераторным установкам в режиме мощности Continuous, рассчитанным на неограниченную продолжительность работы без ограничений по средней переменной или постоянной нагрузке. Использование DCC-рейтинга для подбора ДГУ дает гарантию, что дизель-генераторная установка будет работать на пределе указанного номинала мощности неограниченное количество времени. DCC-рейтинг значительно упрощает процесс инженерного проектирования ЦОД, а также облегчает прохождение сертификации Uptime Institute.

Рекомендации выбора ДГУ по параметру мощности для ЦОД уровня TIER III и TIER IV

1. Дизель-генератор должен соответствовать режиму мощности Continuous на 100%.
2. Мощность ДГУ для постоянной работы может быть выбрана – 70% от Prime-режима номинальной мощности установки или больше по согласованию с Uptime Institute.
3. ДГУ должна соответствовать DCC-рейтингу (Data Center Continuous), согласованному с Uptime Institute.

Вышеприведенные рекомендации охватывают диапазон мощностей дизельных генераторов Cummins от 400 кВА до 3300 кВА, подходящих для энергообеспечения дата-центров уровня TIER III и TIER IV. У производителя Cummins DCC-рейтинг (Data Center Continuous) соответствует режиму Prime Rating.

DCC-рейтинг (Data Center Continuous) для ДГУ Cummins 400-1100 кВА:

DCC-рейтинг (Data Center Continuous) для ДГУ Cummins 1100 -3000 кВА:

Пример: для ЦОД необходимо обеспечить 5 МВт резервной мощности. Резервирование осуществляется пятью станциями, работающими параллельно

При спользовании 5 электростанций Cummins модели C1400D5 (ESP = 1120 кВт, DCC = 1000 кВт) экономия мощности составит от 650 до 1540 кВт.

Разные производители по-разному принимают мощность нагрузки за один шаг, например:

• Производитель  Х –  принимает 40% – 50% мощности
• Производитель  Y –  принимает 60% – 70% мощности
• Производитель  Z –  принимает 85% мощности
• Cummins –  принимает 100% мощности за один шаг

Возможность принять 100% нагрузки за один шаг и обеспечение минимального проседания напряжения и частоты дает возможность соответствовать рейтингу DCC.

Класс регулирования

Номинальная мощность генератора рассчитывается для удовлетворения максимальной потребности в электрических нагрузках, которые требуют резервного питания. Коэффициент нагрузки – это отношение средней нагрузки к номинальной мощности генератора. Номинальные характеристики генератора могут быть указаны в кВт или кВА (МВт или МВА для более крупных систем). Если значение указано в кВт или МВт, предполагается, что коэффициент мощности равен 0,8, и, следовательно, эти значения ниже значений кВА или МВА.

Существует четыре класса регулирования, которые определяют качество электроэнергии дизельного генератора с точки зрения стабильности, напряжения и бесперебойности. Чем выше класс, тем жестче требования:

• Класс G1 – электрогенераторы для нагрузок общего назначения. Пример: системы общего применения (освещение и прочие простые электрические нагрузки).
• Класс G2 – электрогенераторы для систем, где нормативы не являются критическими и допускаются временные отклонения. Пример: системы освещения; насосы, вентиляторы и подъемники.
• Класс G3 – электрогенераторы для систем, где требования к характеристикам энергоснабжения умеренно жесткие. Пример: телекоммуникационная аппаратура и тиристорные системы управления: тиристорные нагрузки и выпрямители электрического тока не должны искажать синусоидальность кривой напряжения.
• Класс G4 – электрогенераторы для систем, где требования к характеристикам энергоснабжения жесткие. Пример: системы обработки данных или вычислительные системы.

Просадки частоты и напряжения:

Итог: для ЦОД класс регулирования электрогенератора должен быть не ниже G2.

Температурный режим

Кроме указанных выше важным критерием выбора дизель-генератора является температурный режим работы. Необходимо учитывать максимально возможную температуру в регионе, где будет расположен ЦОД. В зависимости от этого, ДГУ комплектуются соответствующими радиаторами охлаждения. Как правило, радиаторами на 40, 45 или 50 градусов Цельсия.

При выборе радиатора важно учитывать и высоту над уровнем моря, что также влияет на возможное падение мощности.

Материалы для скачивания:

Презентация “Не все генераторы одинаково полезны или выбор электростанции для ЦОД”

Презентация “Инфраструктура ЦОД – Tier Standard Topology”

Автор: Александр Попов, руководитель проектов дизель-генераторного направления