Das moderne Rechenzentrum stellt fünf wichtige Grundanforderungen an das Design seiner systemkritischen Stromversorgung. Ein USV-System, das erstmals alle fünf Anforderungen gleichermaßen erfüllt, wird einen neuen Standard setzen.
Das moderne Rechenzentrum stellt fünf wichtige Grundanforderungen an das Design seiner systemkritischen Stromversorgung. Ein USV-System, das erstmals alle fünf Anforderungen gleichermaßen erfüllt, wird einen neuen Standard setzen.
Bisher gab es nur wenige unterschiedliche Systemkonzepte – die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) mit Batteriespeicher und vorgeschalteten Notstromgeneratoren wurde alternativlos als (N+1) redundanter Parallelverband aufgebaut. Mean Time Between Failure (MTBF), die mittlere Betriebsdauer zwischen Versorgungsausfällen, war damals das wichtigste Auslegungskriterium, und doch musste der eine oder andere Single Point of Failure (SPOF) wie die Parallelsteuerung oder eine gemeinsame Schaltanlage in Kauf genommen werden.
Im Zuge der ständigen Weiterentwicklung hin zu Doppelnetzteilen, alternativen USV-Systemen, neuen Redundanzkonzepten, effizienterem Wärmemanagement und bevorzugten Verteilungsspannungen und Frequenzen zeichnen sich nun fünf essenzielle Grundeigenschaften einer zeitgemäßen IT-Versorgung ab:
Das Rechenzentrum ist heute meist ein eigenständiges Unternehmen, das sich in einem schnell veränderlichen und ständig wachsenden Informations- und Telekommunikationsmarkt mit immer anspruchsvolleren Endkunden behaupten und gleichzeitig renditeorientiert arbeiten muss. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat diese Branche eine zunehmende Fokussierung auf die Wirtschaftlichkeit des Rechenzentrums erlebt, angetrieben durch eine Kombination aus steigenden Energiekosten und zunehmendem Wettbewerb.
Daher muss ein richtig ausgelegtes modernes Rechenzentrum immer die oben angeführten „fünf Grundeigenschaften“ im angemessenen Gleichgewicht zu allen anderen unternehmerischen Zielvorgaben im Auge behalten.
Heutige Mega-Rechenzentren werden entweder mit großen USV-Blockleistungen ausgerüstet oder verwenden Parallel-Systeme, die aus kleinen USV-Anlagen aufgebaut sind. Eine große Einzelblock-Anlage ist in diesem Leistungsbereich eine rotierende USV mit oder ohne integrierten Dieselmotor (größere statische USV-Module wären nur mit interner Parallelschaltung von Komponenten möglich). Diese rotierende Technologie ist weniger komplex und die dynamischen USV-Systeme benötigen auch deutlich weniger Module zur Bereitstellung der benötigten Gesamtleistung. Die daraus resultierende drastische Reduzierung der benötigten Komponenten erhöht die Zuverlässigkeit und minimiert den Wartungs- und Instandsetzungsaufwand. Größere Blockleistungen bedeuten jedoch größere Ausbaustufen für die USV-Leistung, wenn das Rechenzentrum erweitert werden soll. Sollte dieses Konzept nicht zum RZ-Geschäftsmodell passen, muss eine größere Anzahl von USV-Anlagen installiert werden, die ein Wachstum in den gewünschten Schritten ermöglicht. Für diesen modularen Ansatz werden üblicherweise statische USV-Anlagen mit IGBT-Wechselrichtern und Batterien eingesetzt. Und genau hier setzt die vollständig neu entwickelte Technologie jetzt an:
Pillers Critical Power Module sind hocheffiziente, batterielose und platzsparende USV-Systeme, die optimal höchste Anforderungen an die Stromversorgung und Energiespeicherung in einer Einheit erfüllen und genau mit diesen vorher genannten „fünf Grundeigenschaften“ konzipiert wurden. Beispielsweise das Piller CPM besteht aus einer vollwertigen USV nach dem „Doppel-Wandler“ Prinzip (VFI-Betrieb)* und einem in die Anlage eingebauten Energiespeicher für die sichere Überbrückung bis zum Start von Dieselgeneratoren in allen Laststufen. Sie bietet zusätzliche Betriebsmodi über einen verlustarmen USV-Pfad, VI-Modus* und Eco-Mode (VFD)*. Ein hybrides Kühlkonzept reduziert die USV-Verluste in jeder Betriebsart, sodass – je nach Betriebsart – mehr als 96%, 97% bzw. 98% Wirkungsgrad erreicht werden – und das bereits bei Lasten unter 40%.
In diesem Kühlkonzept ist auch der kinetische Energiespeicher integriert und ermöglicht so einen extrem ökonomischen Betrieb der Anlage bei bis zu 50°C Umgebungstemperatur.
Das Modul kann kontinuierlich in einem der Modi betrieben werden oder automatisch zwischen diesen Modi wechseln, um angepasst an die Netzqualität den optimalen Wirkungsgrad zu erreichen, und das ohne die Sicherheit der Last zu beeinträchtigen. Das CPM bietet den kompletten Schutz einer statischen USV, kommt aber ohne die unzuverlässigen und platzraubenden Batterien aus. Es werden die höheren Wirkungsgrade von line-interactive USV-Anlagen (VI) erreicht und die Lebensdauer des Energiespeichers beträgt mehr als 20 Jahre. Das Modul ermöglicht eine schnelle Installation und Inbetriebnahme. Zuverlässiges Betriebsverhalten kombiniert mit geringem Platzbedarf machen das Piller Critical Power Module ideal für jeden Aufstellort, egal ob Container, technische Betriebsräume oder die Aufstellung im Serverraum.
Der unterbrechungsfreie Übergang von USV- auf Generatorbetrieb wird zuverlässig gewährleistet, da die schwer erfassbare Kapazität einer Batterieanlage durch den eindeutig definierten Energieinhalt eines perfekt in dem System integrierten kinetischen Energiespeichers ersetzt wird.
Niedrige Investitionskosten
Die Piller Critical Power Module senken den Investitionsaufwand auf der ganzen Linie. Der Platzbedarf verringert sich, da Batterieräume entfallen und Klimaanlagen sowie DC-Schaltanlagen nicht mehr benötigt werden.
Der gleichzeitige Wegfall der Installationsarbeiten für Verkabelung, Batterien, Klimaanlagen und DC-Schaltanlagen führt in der Summe zu einem Einsparungspotential beim Platz, Material und Arbeitsaufwand, welches die Konkurrenzfähigkeit deutlich erhöht.
Eine interessante Variante, das CleanSource XT MMS, ist modular und multiredundant (N+1, N+2,…) aufgebaut, sodass eine bestehende Konfiguration entsprechend dem jeweiligen Bedarf durch weitere Module erweitert werden kann. Jedes System besteht aus einem Ein/Ausgangsschrank (IOC), einem Systemschrank (SC) und Anschlussmöglichkeiten für bis zu vier 225KW Multi-Modul-Einheiten mit eingebautem Kabelkanal. Insgesamt können bis zu 8 Module in einem einzigen System mit einer hocheffizienten batteriefreien USV hocheffizienten batteriefreien USV Leistung bis 1800kW installiert werden.
Schnelle Implementierung und flexible Erweiterung
Tempo ist beim Rechenzentrumsbau unverändert wichtig. Mit den Energiespeichern der Piller Group, die in die USV integriert werden, gibt es in Schränken, die am Standort nebeneinander positioniert werden – keine Batterie, keine Klimaanlage und keine Batteriekabel. Die Module können sogar auf einem gemeinsamen Rahmen mit der Verteilung aufgebaut werden, bereit für eine Installation direkt im Rechnerraum. Die Wahlmöglichkeit zwischen Luftauslass nach oben oder nach unten ermöglicht dem Planer maximale Flexibilität bei der Erstinstallation und bei Erweiterungen. Aus den gleichen Gründen ist das Erweitern von Anlagen schnell und einfach. Die Critical Power Module können bei Bedarf mit bis zu 8 Parallel-Module in mehreren Gruppen aufgebaut werden. Beispielsweise beim CPM300/360 sorgt der Enhanced Redundancy Mode (ERM) immer dafür, dass das System im optimalen Leistungsbereich arbeitet.
Niedrige Betriebskosten / Energieverbrauch
Der Wirkungsgrad im Doppelwandler Mode ist bei den Critical Power Modulen bereits sehr hoch, noch höher wird er im VI-Conditioning Mode. Die Kombination dieser beiden Pfade mit dem verlustarmen Energiespeicher bietet eine konkurrenzlos sichere Versorgungslösung. Elektrische Verluste verursachen den Großteil der Betriebskosten bei einer sicheren Stromversorgung. Die meisten Rechenzentren werden außerdem nicht bei voller Last betrieben und so sind die Teillastwirkungsgrade maßgebend für die realen Betriebskosten. Das CPM 300/360 erreicht hervorragende Wirkungsgrade bereits im realitätsnahen Teillastbereich und bietet dabei eine Autonomiezeit im Bereich von bis zu einer Minute.
Weitere Betriebskosten, die unbedingt berücksichtigt werden müssen, entstehen durch Instandhaltung und Wartung. Deutliche Kosteneinsparungen werden hier realisiert, wenn die Batterien nicht ausgetauscht werden (was üblicherweise spätestens nach 5 bis 7 Jahren erforderlich ist) oder Kondensatoren nicht bereits alle 5 Jahre ersetzt werden müssen. Diese Einsparungen werden nochmals deutlicher, wenn pro Jahr nur ein kurzer Service-Einsatz nötig ist und nicht bis zu 4 Termine, wie es bei einigen statischen USV/Batteriesystemen üblich ist! Diese Kombination aus reduziertem Energieverbrauch und geringerem Servicebedarf kann bei einer MW-USV-Anlage zu Betriebskosteneinsparungen von bis zu 50% führen, wenn sie z.B. bei 40% Auslastung betrieben wird. Die nachstehende Tabelle zeigt einen 12-Jahresvergleich der TCO (Total Cost of Ownership) für 1 MW USV-Leistung mit Kurzzeit-Überbrückung bei zwei konventionellen Ausführungen, verglichen mit den Piller Systemen.
Minimierte Stillstandszeit
Die Intervention- oder Abschaltzeit bezeichnet den notwendigen Zeitraum für Wartung, Überholung und Reparatur, in dem das USV-System entweder außer Betrieb oder in seiner Stabilität/Redundanz beeinträchtigt ist. Minimierte Interventionszeiten sind daher ein „Muss“, allerdings sind regelmäßige Service- und Wartungseingriffe in jedem kritischen Stromversorgungssystem unerlässlich. Durch die Wartung ist einerseits gewährleistet, dass die Systeme in einwandfreiem Zustand bleiben, andererseits besteht während der Wartung ein erhöhtes Ausfallsrisiko für den Betreiber. Erforderlich ist daher ein sinnvolles Gleichgewicht zwischen Risiko und Interventionsdauer. Die Critical Power Module von Piller benötigen nur einmal pro Jahr einen kurzen Service-Einsatz. Verbrauchsmaterialien können sogar bei aktiver USV Anlage ausgetauscht werden. Leistungskondensatoren und Energiespeicherteile sind so konzipiert, dass sie mindestens für die ersten zehn Betriebsjahre keinen Austausch benötigen. Verglichen mit einer Batterieinstallation kann dies die Wartungseinsätze um bis zu 75% reduzieren.
Maximale Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit
Die hohe Verfügbarkeit eines USV-Systems ist immer ein gutes Argument, knapp 100% sind jedoch Utopie. Hohe Verfügbarkeit bedeutet auch nicht, dass die Anlagenteile wirklich zuverlässig sind. Denn wenn die defekten Anlagenteile schnell repariert werden können, ergibt sich nach dem standardisierten Berechnungsverfahren automatisch eine hohe Verfügbarkeit für das Gesamtsystem, auch wenn tatsächlich mehrere Fehler im betrachteten Zeitraum aufgetreten sind. Für USV-Anlagen ist es deshalb zusätzlich ein wichtiges Kriterium, dass sie auch eine sehr hohe Zuverlässigkeit besitzen.
Untersuchungen zeigen, dass Batterien in über 50%** der Fälle die Hauptursachen für Stromausfälle in einem Rechenzentrum sind. Im Gegensatz dazu sind Netzersatz-Generatoren nur zu 3% ** Ursache solcher Ausfälle. Dabei beziehen sich viele dieser Ausfälle auf Mängel der Starterbatterien und nicht auf Fehler der Motoren selber. Ein Versorgungssystem mit einer zuverlässigen Energiequelle, sowohl für den Motorstart als auch für die Überbrückung bis zur Lastübernahme durch den Netzersatz-Generator, wird die Zuverlässigkeit des Rechenzentrums daher zwangsläufig deutlich erhöhen. Und wenn diese Zuverlässigkeit mit einem niedrigen „Mittleren Reparatur-Zeitaufwand“ (MTTR) kombiniert werden kann, dann wird auch die Verfügbarkeit deutlich erhöht. Durch die entfallenden Batterien und die minimierte Interventionszeit kann das Piller CPM sowohl die Anforderung an hohe Verfügbarkeit, als auch an eine hohe Zuverlässigkeit hervorragend erfüllen.
Zusammenfassung
Die Critical Power Module von Piller wurden mit Hinblick auf die fünf Anforderungen, die eine zeitgemäße IT-Versorgung erfüllen muss, entwickelt und erreichen optimale Eigenschaften in einem einzigartigen integrierten Gesamtpaket, das schnell und flexibel aufgebaut werden kann. Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte eine der weltweit aufgestellten Piller-Organisationen. Diese finden Sie unter www.piller.com
