Як правильно вибрати дизель-генератор для ЦОД?

Обладнання, яке відповідає за забезпечення безперебійної роботи центрів обробки даних, має відповідати певним вимогам і стандартам. Вибір дизельного генератора для ЦОД починається з визначення необхідних характеристик установки за такими ключовими параметрами:

• Потужність
• Клас регулювання
• Наброс навантаження за один крок
• Температурний режим роботи

Потужність дизель-генераторної установки – це ключовий параметр, від якого буде залежати ефективність і безперебійність енергозабезпечення центру обробки даних.

Потужностні режими роботи ДГУ відповідно до стандарту​ ISO 8528:

• СОР (Continuous power) – необмежений час експлуатації при постійному навантаженні. Можливість роботи на 100% заявленої в цьому рейтингу потужності. Приклад: безперервне джерело живлення паралельно з мережею.
• PRP (Prime power) – необмежений час експлуатації при змінному навантаженні, що не перевищує в середньому 70% заявленої потужності. Приклад: основне джерело електроживлення при відсутності живлення мережі​.
• LTP (Limited time running power) – обмежений час експлуатації (не більше 500 м/год на рік) при постійному навантаженні. Приклад: базове джерело для зняття піків при паралельній роботі​.
• ESP (Emergency standby power) – обмежений час експлуатації (не більше 200 м/год на рік) при змінному навантаженні. Приклад: резервне джерело живлення.

Приклад електростанції потужністю 1675 кВА в різних режимах:

При виборі архітектури для сучасних центрів обробки даних велика увага приділяється забезпеченню необхідного рівня надійності та відмовостійкості обраного обладнання. Дизель-генератор повинен на 100% прийняти необхідну потужність і виконати завдання резервування. Тому розглянемо рекомендації Uptime Institute за вимогами до ЦОД рівнів TIER III та TIER IV.

Виходячи з документу “Інфраструктура ЦОД. Tier Standard: Topology“

Генератори електроенергії розглядаються як основне джерело живлення для центрів обробки даних, тоді як постачальник енергії (центральна електромережу) розглядається як економічна альтернатива. Порушення в електричній мережі не розглядаються як відмова системи, а скоріше як передбачувані умови експлуатації, до яких повинен бути підготовлений ЦОД. Відповідно, генератори енергії повинні запускатися автоматично і подавати живлення відразу після втрати зовнішнього (основного) живлення.

Генератори енергії на рівні TIER III-IV разом з іншими додатковими елементами енергозабезпечення ЦОД повинні відповідати вимогам на здатність до одночасного технічного обслуговування та/або відмовостійкості при живленні центру обробки даних.

Електрогенератори на рівні TIER III або IV не повинні мати обмежень щодо кількості годин безперервної роботи з необхідним навантаженням. Електрогенератори з обмеженням робочого часу при необхідному навантаженні підходять тільки для об’єктів класу TIER I або II.

Пункт 3.3. Застереження про обмеження часу роботи генераторів (Tier III і Tier IV)

Вимога до необмеженого часу роботи електрогенераторів необхідна, щоб гарантувати, що установка здатна забезпечити необхідний обсяг і безперервність подачі електроенергії на об’єкт. Топологія TIER вимагає, щоб номінальна потужність генераторів енергії, які функціонально підтримують один з трьох режимів роботи відповідно до ISO 8528-1: безперервний (continuous), основний (prime), резервний (standby), розглядалася окремо, в залежності від вимог конкретного випадку.

а. Дизель-генератори з рейтингом / або «в режимі» (Сontinuous) можуть працювати безперервно протягом необмеженої кількості годин при заданій номінальній потужності​.

b. Дизель-генератори з рейтингом / або «в режимі» (Рrime) можуть працювати протягом обмеженої кількості годин при заданій номінальній потужності. Це не відповідає вимогам розділу 2.5 документа. Як зазначено в ISO 8528-1, потужність генератора для безперервної роботи повинна дорівнювати 70% від рейтингу Рrime. Деякі виробники надають інший рівень зниженої потужності (менше або більше, ніж стандартні 70%), при якому генератор може працювати необмежений час. Сертифікат виробника, який визначає здатність генератора працювати в безперервному режимі (протягом необмеженої кількості годин), використовується для визначення відповідності технічних характеристик ДГУ вимогам TIER.

c. Резервні (standby) генератори за визначенням мають обмеження на загальну кількість годин роботи на рік. Ця характеристика не відповідає умовам розділу 2.5 документа. Деякі виробники заявляють про рівень зниженою номінальній потужності, при якій генератор може працювати необмежений час. Відповідність установки стандартам TIER визначається на підставі сертифікату виробника, що визначає здатність генератора працювати в безперервному режимі протягом необмеженої кількості годин.

Підсумок: Відповідно до вимог Uptime Institute (UI) до ЦОД рівня TIER III і TIER IV, для їх безперервного і безперебійного забезпечення електроенергією підходять генератори з режимом роботи протягом необмеженого часу Continuous.

Що таке DCC-рейтинг?

DCC-рейтинг (Data Center Continuous) визначає вимоги до дизель-генераторних установок в режимі потужності Continuous, розрахованим на необмежену тривалість роботи без обмежень по середньому змінному або постійному навантаженні. Використання DCC-рейтингу для підбору ДГУ дає гарантію, що дизель-генераторна установка буде працювати на межі вказаного номіналу потужності необмежену кількість часу. DCC-рейтинг значно спрощує процес інженерного проектування ЦОД, а також полегшує проходження сертифікації Uptime Institute.

Рекомендації вибору ДГУ за параметром потужності для ЦОД рівня TIER III та TIER IV

1. Дизель-генератор повинен відповідати режиму потужності Continuous на 100%.
2. Потужність ДГУ для постійної роботи може бути обрана – 70% від Prime-режиму номінальної потужності установки або більше за погодженням з Uptime Institute.
3. ДГУ повинна відповідати DCC-рейтингу (Data Center Continuous), погодженому з Uptime Institute.

Вищенаведені рекомендації охоплюють діапазон потужностей дизельних генераторів Cummins від 400 кВА до 3300 кВА, придатних для енергозабезпечення дата-центрів рівня TIER III і TIER IV. У виробника Cummins DCC-рейтинг (Data Center Continuous) відповідає 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:

Приклад: для ЦОД необхідно забезпечити 5 МВт резервної потужності. Резервування здійснюється п’ятьма станціями, що працюють паралельно

При Використання 5 електростанцій Cummins моделі C1400D5 (ESP = 1120 кВт, DCC = 1000 кВт) економія потужності складе від 650 до 1540 кВт.

Різні виробники по-різному приймають потужність навантаження за один крок, наприклад:

• Виробник Х – приймає 40% – 50% потужності
• Виробник Y – приймає 60% – 70% потужності
• Виробник Z – приймає 85% потужності
• Cummins – приймає 100% потужності за один крок

Можливість прийняти 100% навантаження за один крок і забезпечення мінімального просідання напруги і частоти дає можливість відповідати рейтингу DCC.

Клас регулювання

ННомінальна потужність генератора розраховується для задоволення максимальної потреби в електричних навантаженнях, що потребують резервного живлення. Коефіцієнт навантаження – це відношення середнього навантаження до номінальної потужності генератора. Номінальні характеристики генератора можуть бути вказані в кВт або кВА (МВт або МВА для більших систем). Якщо значення вказано в кВт або МВт, передбачається, що коефіцієнт потужності дорівнює 0,8, і, отже, ці значення нижче значень кВА або МВА.

Існує чотири класи регулювання, які визначають якість електроенергії дизельного генератора з точки зору стабільності, напруги і безперебійності. Чим вищий клас, тим жорсткіші вимоги:

• Клас G1 – електрогенератори для навантажень загального призначення. Приклад: системи загального застосування (освітлення та інші прості електричні навантаження).
• Клас G2 – електрогенератори для систем, де нормативи не є критичними і допускаються тимчасові відхилення. Приклад: системи освітлення; насоси, вентилятори і підйомники​.
• Клас G3 – електрогенератори для систем, де вимоги до характеристик енергопостачання помірно жорсткі. Приклад: телекомунікаційна апаратура і тиристорні системи управління: тиристорні навантаження і випрямлячі електричного струму не повинні спотворювати синусоїдальність кривої напруги​.
• Клас G4 – електрогенератори для систем, де вимоги до характеристик енергопостачання жорсткі. Приклад: системи обробки даних або обчислювальні системи​.

Просадки частоти та напруги:

Підсумок: для ЦОД клас регулювання електрогенератора повинен бути не нижче G2.

Температурний режим

Крім зазначених вище важливим критерієм вибору дизель-генератора є температурний режим роботи. Необхідно враховувати максимально можливу температуру в регіоні, де буде розташований ЦОД. Залежно від цього, ДГУ комплектуються відповідними радіаторами охолодження. Як правило, радіаторами на 40, 45 або 50 градусів Цельсія.

При виборі радіатора важливо враховувати і висоту над рівнем моря, що також впливає на можливе падіння потужності.

Матеріали для завантаження​:

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

Презентація “Інфраструктура ЦОД – Tier Standard Topology”

Автор: Олександр Попов, керівник проектів дизель-генераторного напрямку