Дизелови генератори за центрове за данни

Бързото развитие на дейността в интернет, а и на цялата индустрия, свързана с тази технология, води до увеличаване потока на информация в мрежата и неизбежната необходимост от съхраняване и анализиране на големи масиви от данни (big data). С оглед на това енергетиката трябва да се адаптира към този нов начин на работа и да отговори на нуждата за съхранение на данни от различни отрасли като банково дело, търговия и дори такива от общинските администрации.

Центровете за данни, които предоставят на фирмите и потребителите бърз достъп до информация, консумират значително количество електроенергия - не само за осигуряване на нормален работен режим, но също така и за охлаждане на помещенията, в които са разположени. Температурата в такива съоръжения трябва да се поддържа около 20°С - оптималната работна температура за сървърите. Всяко спиране на захранването, дори еднократно, само за няколко минути, може да прекъсне работата на цяла компания и да причини големи икономически загуби.

Затова, освен че електроенергията, която захранва такива съоръжения, трябва да бъде стабилна, следва да се гарантира и нейната непрекъсната наличност чрез използването на специално предназначени за центрове за данни генератори.

Различни фактори определят избора на генераторите, които ще бъдат използвани. Сред тях са: надеждността на основната електрическа мрежа; бюджетът за инсталация; както и чувствителността на данните, съхранявани в центъра - спрямо нея се определя дали е необходима по-голяма или по-малка степен на защита срещу възможни откази на електрозахранването.

Основни компоненти

Частите на генераторите, предназначени за употреба в центровете за данни, и техните компоненти не се различават от тези, използвани за аварийни ситуации във всяко друго съоръжение, въпреки че изборът на някои компоненти е по-критичен, когато става въпрос за център за данни.

От всички елементи най-важният е двигателят, тъй като именно той е източникът на електроенергия. Двигателите за приложение в центрове за данни трябва да имат електронен регулатор на скоростта, така че бързо да достигат до подходящите напрежение и честота, когато настъпи повреда в мрежата и е нужно те да бъдат стартирани. Веднъж достигнати, тези параметри трябва да се поддържат, докато двигателят работи.

При вземането на решение относно размера на двигателя е добре да се имат предвид и условията на работната среда, които са общи за всички приложения, например температура на околната среда и надморска височина.

От решаващо значение при избора на двигател за генераторната система в център за данни, където надеждността е критична, е стартерът. Пускът, включен стандартно в двигателите, може да бъде подобрен чрез добавяне на допълнителни системи с два електрически мотора с независими акумулаторни системи или комбинация от електродвигател и друг пневматичен или хидравличен стартер.

Друг важен момент е изборът на батерии, които да не се нуждаят от поддръжка и да осигуряват добро ниво на тока при стартиране. С цел да се улесни функционирането на стартера, да се постигне бърз пуск, както и да се гарантира, че товарът се поема за възможно най-кратък период от време, каквито са изискванията за всички приложения със захранване в готовност, следва да се използват съпротивителни нагревателни елементи за охлаждащата течност, намираща се в блока на двигателя.

По този начин двигателят ще е с оптимална температура в случай на отказ на мрежата. Към съпротивленията може да се добави и помпа, подпомагаща циркулацията на охлаждащата течност, което ще осигури по-равномерно охлаждане на блока.

Другият ключов елемент в генератора е алтернаторът. Чрез ефективен AVR (автоматично регулиране на напрежението) модул изменението на напрежението се поддържа в граница под 0,5%, а добре проектираната и произведена намотка гарантира ниски стойности на хармоничните изкривявания и смущенията в телекомуникациите.

Използването на постоянен магнит ще осигури независимо от основната намотка и надеждно в случай на внезапно натоварване захранване на AVR, което гарантира постоянна добра възбудителна мощност за регулатора. Издръжливостта на алтернатора, особено в зони с висока влажност, до голяма степен зависи от доброто напрежение в намотките, използването на шкафове със степен на защита IP23 и дори на антикондензационни съпротивления.

Изборът на охладителна система също е от значение за такива съоръжения, тъй като често генераторите се разполагат в при- или дори подземните етажи, при които отворите за свободна вентилация са ограничени. Ето защо производителите на генераторни системи трябва да разполагат с добър екип от инженери и опит в проектирането на отдалечени охлаждащи системи, инсталирани на по-високите етажи или на покрива.

Устройството за управление на системата отговаря за контрола и мониторинга на разгледаните досега елементи. На пазара се предлагат различни марки устройства за управление, предназначени за различни приложения. Налични са и специално проектирани устройства, които могат също да откриват неизправности в мрежата и да подадат сигнал за стартиране на генератора. Възможно е тези блокове за управление да използват различни комуникационни протоколи за интегриране на генератора, неговите работни параметри и сградните алармени системи. Също така тези блокове могат да бъдат наблюдавани и управлявани дистанционно.

Поддръжка

Дизеловите генератори са много здрави и устойчиви, което ги прави и относително обемисти и тежки. Поради тази причина след инсталирането им на място те не се преместват за провеждане на дейностите по поддръжката им. Вместо това, всички компоненти, които биха могли да се нуждаят от ремонт като цилиндрови глави и втулки, бутала, биели и др., могат да бъдат отстранени и транспортирани поотделно до сервизите за тяхната поддръжка, а най-обемните и тежки компоненти като например двигателният блок, генераторът или коляновият вал, остават на място за целия експлоатационен живот на инсталацията, който може да надхвърли 25 години.

Отделните мотор-генератори се обслужват един по един заедно със спомагателните компоненти, така че ремонтът на един двигател да не доведе до прекъсване на експлоатацията на другите генератори в системата. Докато традиционната поддръжка се извършва съгласно предварително определен график, повечето съвременни инсталации прилагат т. нар. поддръжка на база на състоянието (CBM). При този подход състоянието на всеки двигател се контролира непрекъснато от сервизен център, който след това издава препоръки относно всички процедури за планирана и превантивна поддръжка. Благодарение на този процес дейностите по поддръжка се извършват в определени времеви прозорци вместо във фиксирани моменти от времето, което подобрява оперативната гъвкавост.

Ползи от употребата на големи генератори

Има много фактори, които трябва да се вземат предвид при проектирането на генераторната система за един център за данни. Два от най-важните са оптималният размер на генераторите и интегрирането им в цялата електроенергийна система. Предимствата от използването на по-големи генератори в центровете за данни включват намалени разходи за инсталиране и поддръжка и повишена надеждност.

При някои съоръжения, поради пространствени ограничения, използването на по-голям генератор е единствената възможност. Това е валидно особено при инсталирането на допълнителни мощности в съществуваща сграда.

Инсталирането на дизелови генератори на открито може да бъде предизвикателство, когато центровете за данни са разположени в централните градски части. Използването на по-малко на брой големи генератори осигурява на центровете за данни достатъчно резервна мощност за нормалната им работа в случай на авария. Монтирането на по-голям брой малки генератори в този случай не е добър вариант, тъй като по-високата плътност на мощността на големите генератори е по-добрият избор.

Друга полза за операторите на центровете за данни от употребата на по-големи генератори е намаляването на общите инсталационни разходи. С по-малко на брой генератори, които да се обслужват, се понижават и разходите за поддръжка.

Също така, данните от редица проучвания показват, че вероятността от повреда на генераторната система е по-ниска, когато тя се състои от по-малък брой агрегати. Според различни анализи най-вероятните откази в електроенергийната система се дължат на помощното оборудване, а не на двигателите или алтернаторите. Съответно, с увеличаване на броя използвани генератори, за да се достигне определена мощност, нараства и количеството допълнително оборудване, необходимо за цялата система, а това повишава вероятността от възникване на неизправност.

Паралелни схеми

Прилагането на паралелно работещи генератори в центровете за данни има редица предимства, като някои от тях са:

• ефективност - по-ефективно използване на мощността на генератора и по-малка вероятност за блокиране на капацитета му;

• надеждност - центърът за данни не зависи само от един генератор. Ако един агрегат се повреди, то останалите могат да поемат натоварването;

• резервиране - създаването на конфигурация N+1 или N+2 е много лесно при схемите за паралелна работа на генератори;

• производителност - големите генераторни системи имат по-висока производителност, тъй като при натоварване измененията в честотата и напрежението са по-малки;

• скалируемост - при увеличаване на необходимата мощност добавянето на генератори в паралелна архитектура е изключително лесно;

• поддръжка - един генератор може да бъде обслужен, без да се прекъсва работата на останалите генератори.

Генераторната система е една от най-скъпите за доставка, инсталиране и поддръжка. Подобряването на ефективността й в максимална степен оказва съществено влияние за редуциране на разходите в центровете за данни.

Съвместна поддръжка

Важно предизвикателство при проектирането на паралелни системи е осигуряването на възможност за едновременна поддръжка. Това се дължи на общата шина, необходима за паралелната работа на генераторите. За целта са разработени различни схеми за справяне с това предизвикателство. Една от най-разпространените схеми включва прибавянето на прекъсвачи (или понякога комутатори) към паралелната шина. Тези устройства осигуряват сегменти в схемата, които позволяват частично изключване в случаите на дейности по поддръжка. Например, ако се използва конфигурация N+2, един сегмент от комутационната апаратура може да бъде напълно изолиран за профилактика или ремонт, без да се засяга работата на останалата част от системата.

При желание, необходимата поддръжка на съответните генератори може да се извърши по същото време. Докато шинният сегмент или съответният генератор се обслужва, все още има пълен номинален N капацитет на генератора за захранване на центъра за данни. Тази конфигурация се използва и в N+1 архитектура с прекъсвачи между всеки генератор на паралелната шина. Защитното реле на шинния сегмент може да бъде проектирано така, че да елиминира паралелната шина като единична точка на отказ, което най-често се постига с диференциалнотокова схема.

При друг дизайн, използван за постигане на едновременна поддръжка, всеки генератор може да бъде превключен от една паралелна шина към друга. При N+1 конфигурация схемата включва един допълнителен генератор и съответния комутатор. Всеки един компонент, включително шината, може да бъде изключен за поддръжка и все пак ще има пълен капацитет N, наличен от генериращата система.

Има и още една архитектура за паралелно използване на генератори, прилагана в центровете за данни. При нея центърът за данни се нуждае от два генератора, за да се достигне N капацитет, така че това е N+1 схема. Генераторите действително работят паралелно на нивото на товарната шина. Тази схема позволява всеки един генератор или всяка част от комутационната апаратура да бъдат изключени за поддръжка, като същевременно осигурява N капацитет на генератора за захранване на центъра за данни.