Архив » Выпуск №19 май 2017 г. »
Эволюция ИБП — не только надежно, но и выгодно
Бесперебойное электропитание — одна из ключевых тем, поднимаемых в контексте обеспечения надежной работы любого дата-центра. Казалось бы, в этой сфере происходит не так уж много изменений, а КПД у лучших моделей давно превысил 95 %. Тем не менее рынок ИБП не стоит на месте, и здесь появляются разработки, способные существенно повлиять не только на эволюцию бесперебойных решений, но и на весь дизайн ЦОДов. О настоящем и будущем отрасли мы побеседовали с Павлом Пономаревым — экспертом компании Schneider Electric.
В последние годы на рынке ИБП для дата-центров, как может показаться, происходит относительно мало технологических изменений. Все вроде бы изобретено и разработано. КПД достиг предела. Так ли это? Вообще, в каком направлении идет развитие отрасли?
— Говоря о текущем состоянии технологий бесперебойного электропитания, нельзя не упомянуть системы кондиционирования. Основной принцип их работы был изобретен в середине девятнадцатого века, а первая холодильная машина с использованием фреона построена в первой трети двадцатого, что не мешает, тем не менее, современным производителям искать и находить что-то новое, внедрять современные технологии в свои продукты.
В сфере ИБП ситуация похожа — происходящее совершенствование элементной базы позволяет даже на известных решениях прошлых лет получать вполне приемлемые по своим характеристикам результаты, а использование современных схемотехнических решений дает возможность вырываться вперед по сравнению с конкурентами. Ключевые тенденции отрасли в глобальном плане, пожалуй, остаются неизменными — это снижение капитальных и операционных расходов, увеличение надежности систем, причем эти процессы происходят одновременно.
Компания Schneider Electric для увеличения надежности решений запатентовала и реализовала в своих изделиях (ИБП Galaxy VM, Galaxy VX) 4-уровневый инвертор, который, за счет особой архитектуры построения шины постоянного тока при работе устройства, осуществляет переключения напряжения меньшей амплитуды, чем в трехуровневом инверторе, используемом у большинства других производителей. Это снижает стресс для полупроводниковых компонентов и, по данным от их производителей, увеличивает надежность 10-кратно, особенно при эксплуатации ИБП при повышенных температурах.
Другим важным направлением является увеличение КПД. Здесь вы частично правы — чем дальше, тем более сложно дается его увеличение на каждые доли процента. Учитывая, что у большинства заказчиков ИБП эксплуатируются при частичной нагрузке, основное внимание уделяется сохранению высокого значения КПД при неполных нагрузках, и, благодаря вышеописанной архитектуре инвертора, нам удается обеспечивать высокие показатели даже при 30 % от номинальной нагрузки.
Еще одно направление в области увеличения КПД — совершенствование режима Eco-Mode, для того чтобы его использование было максимально безопасным для ИТ-нагрузки. С этой целью Schneider Electric разработала и запатентовала режим ECOnversion, обеспечивающий ряд преимуществ по сравнению с традиционным подходом. Если говорить конкретно, то первое преимущество — это нулевое переключение из режима ECOnversion в режим двойного преобразования (или на работу от аккумуляторов). Во-вторых, в режиме ECOnversion обеспечивается подзаряд АКБ и коррекция коэффициента мощности устройства по входу. Все это стало возможным благодаря усовершенствованным алгоритмам управления и особым схемотехническим решениям инвертора, ведь именно он при нахождении ИБП в режиме ECOnversion осуществляет все вышеописанные действия.
Что нового за последнее время предложил рынку Schneider Electric в сегменте ИБП и в области систем распределения электропитания для ЦОДов?
— Хотелось бы отметить выпуск в конце прошлого года решений хранения энергии на базе литий-ионных (Li-ion) батарей. Вторая новость — появление в начале этого года серии блочных масштабируемых ИБП Galaxy VX, работающей в диапазоне мощностей 500–1500 кВт. Симбиоз упомянутых систем позволяет предлагать интересные по своим характеристикам и компактности решения для ЦОДов, особенно средних и крупных масштабов. Внедрение литий-ионных батарей позволяет сократить занимаемое системой бесперебойного питания место. Коммерческие дата-центры предпочитают использовать высвободившиеся площади для нужд ЦОДа, увеличивая доходы, а корпоративные – снижать операционные расходы.
Срок службы таких АКБ достигает 15 лет. Столь длительное время работы обеспечивается как за счет внутренней химии батарей, так и благодаря поставляемой комплектно системе мониторинга BMS, которая состоит из различных дублирующих друг друга уровней контроля физических параметров аккумуляторов. На каждой ячейке контролируется напряжение, температура, ток. Эта информация агрегируется на уровне модуля (в составе которого несколько ячеек) и затем на уровне шкафа и групп шкафов. Такой подход позволяет эксплуатировать и заряжать литий-ионные батареи правильно, что в свою очередь может дать возможность получить до 5000 циклов заряда-разряда. Это в десять раз больше по сравнению с решениями на базе свинцово-кислотных батарей.
Учитывая отсутствие специальных требований по вентиляции для литий-ионных АКБ (в силу химии самого процесса заряда-разряда не происходит взаимодействия электролита с материалом электродов и выделения газов), а также меньшее влияние повышенных температур по сравнению со свинцово-кислотными системами, данные решения можно внедрять даже на тех объектах, куда поставить свинцово-кислотные батареи было невозможно.
Важно отметить, что такие решения появились у Schneider Electric не вчера. Наш опыт создания подобных систем насчитывает более шести лет. С 2011 года по всему миру установлено большое количество ИБП на базе литий-ионных батарей общей мощностью более 50 МВт. Учитывая постепенное снижение стоимости аккумуляторов такого типа, срок окупаемости решения составляет 5–6 лет (в ряде случаев меньше), что вкупе с мировым интересом к подобным системам и обусловило их вывод в свободную продажу в конце прошлого года.
Кстати, вы не сравнивали надежность и эффективность применения ИБП с литий-ионными аккумуляторами и, скажем, дизель-динамических ИБП?
— Принимая во внимание повышенный интерес крупных компаний мирового уровня, мы разработали специальные референс-дизайны для масштабных дата-центров (общей мощностью от 25 МВА до 150 МВА), учитывающие различные начальные условия проекта. Предложенные разработки могут использоваться, в том числе, и для иллюстрации преимуществ решений на базе статических ИБП в сочетании с литий-ионными АКБ в сравнении с дизель-динамическими ИБП.
Несмотря на то, что ДДИБП в России используются уже порядка 8–10 лет, следует отметить, что в мире происходит постепенное очередное переключение внимания на статические источники бесперебойного питания, особенно при обеспечении электропитания крупных ЦОДов. Цикличность смены интереса заказчиков между статическими ИБП и ДДИБП обусловливаются совершенствованием технологий данных направлений защиты.
Вообще ситуация с ДДИБП довольно интересная: пытливый читатель может на досуге попробовать поискать в Интернете руководства по инсталляции (эксплуатации) и расширенные технические параметры любого из известных решений, в том числе крупных производителей.
Обратите внимание, например, на такие параметры, как зависимость КПД устройства от уровня нагрузки, длительность работы без запуска ДГУ в зависимости от нагрузки и сетевого напряжения, необходимое пространство для проведения сервисных работ. Также стоит уточнить периодичность обслуживания и время восстановления системы при отказе ключевых компонентов (например, сцепления или подшипников), тепловыделение устройства при различных режимах работы и потребление ДДИБП на собственные нужды (постоянный подогрев жидкости системы охлаждения до +40–50 °C для обеспечения мгновенного запуска).
Здесь я перечислил лишь малую часть важных вопросов, на каждый из которых заказчику нужно получить ответ еще на этапе проработки концепции системы бесперебойного питания. Это позволит сделать правильный, обоснованный выбор, чтобы потом не было сюрпризов с операционными расходами и эксплуатацией систем.
При этом отмечу, что информация по статическим ИБП обычно представлена в открытом доступе. Подытоживая тему сравнения статических ИБП с ДДИБП, хочется отметить, что в огромном количестве маркетинговых материалов, посвященных дизель-динамическим системам, упоминается, что ключевым недостатком статических ИБП являются большие площади под батарейный массив. Но использование Li-ion АКБ позволяет сократить занимаемую площадь более чем вдвое и, как следствие, нивелировать влияние данного фактора на выбор архитектуры системы бесперебойного питания.
Рынок систем электропитания для ЦОДов как в мире, так и в России достаточно насыщен. Конкуренция здесь высокая, а значит, падает норма прибыли. Как в таких условиях удается соблюдать высокое качество продукции и находить средства на НИР (чтобы сохранять технологическое лидерство)?
— Для большинства производителей начало борьбы со снижением нормы прибыли достаточно стандартно — использование ресурсов заводов, где рабочая сила дешевле, то есть на Востоке. При этом, в отличие от других производителей, Schneider Electric имеет собственные заводы в азиатском регионе, что позволяет вводить собственные политики контроля качества и пристально следить за их выполнением. Следующим важным фактором является отказ от ручного труда там, где его может заменить автоматика. Это снижает себестоимость производства и позволяет получить изделия предсказуемо высокого качества вне зависимости от человеческого фактора.
