Блог

Дата-центры зависят от непрерывного электроснабжения для поддержания работы серверов, систем хранения данных, сетевого оборудования и инфраструктуры охлаждения. Даже короткое прерывание подачи питания может повлиять на доступность услуг, целостность данных и бизнес-операции. По этой причине выбор правильной мощности резервного генератора является важной частью планирования системы электроснабжения дата-центра.

Однако расчет размера генератора для дата-центров — это не просто суммирование энергопотребления серверов. Расчет также должен учитывать оборудование для охлаждения, системы ИБП, электрические потери, пусковые токи, требования к резервированию и будущее расширение. Генератор недостаточной мощности может с трудом справляться с критическими нагрузками, в то время как устройство избыточной мощности может увеличить капитальные затраты и работать неэффективно.

В этом руководстве объясняется, как рассчитать требования к генератору дата-центра, оценить ключевые факторы подбора размера и выбрать подходящее решение на базе дизельного генератора для надежного резервного электроснабжения.

Что определяет размер генератора для дата-центра?

Требуемая мощность генератора зависит от общей электрической нагрузки, которая должна оставаться в рабочем состоянии во время сбоя электросети. Обычно она отличается от нагрузки только ИТ-оборудования, поскольку дата-центру также требуются поддерживающие системы для поддержания стабильной рабочей среды.

Перед выбором генератора инженеры должны определить следующие основные нагрузки:

• ИТ-оборудование: Серверы, устройства хранения данных, сетевые коммутаторы, маршрутизаторы и другая вычислительная инфраструктура.
• Системы охлаждения: Чиллеры, прецизионные кондиционеры для машинных залов (CRAC), кондиционеры воздуха для машинных залов (CRAH), насосы и градирни.
• Системы ИБП: Оборудование источников бесперебойного питания и сопутствующие электрические потери.
• Освещение и безопасность: Аварийное освещение, контроль доступа, видеонаблюдение и системы противопожарной защиты.
• Инженерные системы здания: Вентиляция, системы управления и другое необходимое вспомогательное оборудование.

Не каждая подключенная нагрузка обязательно должна питаться от генератора. Проектная группа должна различать критические нагрузки, основные поддерживающие нагрузки и некритические нагрузки, которые можно отключить во время аварийного отключения.

KEYPOWER предоставляет дизельные генераторные установки для дата-центров, где важными факторами являются резервное электроснабжение, нагрузочная способность, масштабируемость и резервирование генераторов.

Как рассчитать мощность генератора дата-центра

Практический расчет размера генератора начинается с электрической нагрузки, которую должна поддерживать система резервного питания. Следующие шаги служат полезной отправной точкой для предварительного планирования. Окончательный размер должен быть подтвержден исследованием электрических нагрузок и анализом производительности генератора.

Рассчитайте общую критическую нагрузку

Сначала определите оборудование, которое должно продолжать работать во время отключения электроэнергии. Сложите реальное энергопотребление ИТ-оборудования, систем охлаждения, потерь в ИБП и других необходимых нагрузок.

Базовая формула:

Общая критическая нагрузка (кВт) = ИТ-нагрузка + Нагрузка на охлаждение + Потери в ИБП + Прочие необходимые нагрузки

Например, рассмотрим гипотетический дата-центр со следующей электрической нагрузкой:

В этом примере система резервного питания должна поддерживать критическую электрическую нагрузку примерно 850 кВт. Это отправная точка, а не окончательный номинал генератора.

Конвертация киловатт в киловольты-амперы

Мощность генератора обычно выражается как в киловаттах (кВт), так и в киловольтах-амперах (кВ·А). Эти две величины описывают разные аспекты электрической мощности.

Активная мощность (кВт) представляет собой мощность, потребляемую оборудованием, в то время как полная мощность (кВ·А) учитывает суммарный эффект активной и реактивной мощности.

Формула расчета размера генератора:

Требуемая полная мощность (кВ·А) = Общая нагрузка (кВт) ÷ Коэффициент мощности

При коэффициенте мощности 0,8 приведенный выше пример дает следующее значение:

850 кВт ÷ 0,8 = 1062,5 кВ·А

Это означает, что система генератора должна обеспечивать не менее 1062,5 кВ·А в предполагаемых условиях эксплуатации без учета дополнительных инженерных требований.

Фактический коэффициент мощности следует определять на основе электрического проекта, а не автоматически предполагать значение 0,8 для каждого проекта.

Учет пусковых нагрузок и переходных процессов

Оборудование для кондиционирования, насосы, вентиляторы и другие системы с электроприводом могут потреблять значительно больший ток во время запуска по сравнению с нормальным режимом работы. Эти временные сказки потребления могут влиять на стабильность напряжения и частоты генератора.

Инженеры должны оценивать методы пуска двигателей, последовательность пуска самого крупного двигателя, характеристики выпрямителей ИБП и восприятие ступеней нагрузки. Частотно-регулируемые приводы и устройства плавного пуска могут помочь снизить пусковой ток, однако их влияние должно учитываться в общем электротехническом анализе.

При выборе генератора следует учитывать как требования к установившемуся режиму (кВт / кВ·А), так и характеристики переходных процессов. Генератор, соответствующий расчетной рабочей нагрутке, может все же не подойти, если он не справляется с необходимыми ступенями нагрузки.

Как PUE влияет на расчет мощности генераторов для дата-центров

Энергоэффективность (PUE) является важным метрическим показателем в управлении энергопотреблением центров обработки данных. Она сопоставляет общее энергопотребление объекта с энергией, используемой ИТ-оборудованием.

Формула PUE:

PUE = Общее энергопотребление объекта ЦОД ÷ Энергия ИТ-оборудования

Например, если центр обработки данных имеет ИТ-нагрузку 500 кВт и PUE 1,6, его расчетная общая потребность объекта составляет:

500 кВт × 1,6 = 800 кВт

Это дает полезную общую оценку энергопотребления объекта. Тем не менее, PUE не должен заменять график нагрузок на уровне оборудования при подборе резервного генератора. Фактическая нагрузка в режиме ожидания может отличаться в зависимости от того, какие системы охлаждения, ИБП и вспомогательные службы подключены к системе аварийного электроснабжения.

Для точного подбора генератора инженеры должны использовать измеренные или указанные электрические нагрузки и проверять рабочую конфигурацию при сбое в электросети.

Выберите правильную конфигурацию резервирования генераторов

Мощность генератора — это лишь часть надежной системы резервного питания центра обработки данных. Количество генераторных установок и схема их работы имеют не менее важное значение.

Конфигурация N

Конфигурация N обеспечивает ровно ту мощность генератора, которая необходима для поддержания назначенной критической нагрузки. Например, если для объекта требуется 2 МВт резервной мощности, установленная мощность генератора должна составлять не менее 2 МВт в заданных условиях эксплуатации.

Такая схема может удовлетворить требования по нагрузке, однако отказ генератора или плановое техническое обслуживание могут снизить доступную резервную мощность.

Конфигурация N+1

Конфигурация N+1 включает один дополнительный генератор сверх количества, необходимого для поддержания критической нагрузки. Если один генератор выходит из строя, оставшиеся блоки все равно могут обеспечить требуемую мощность при условии правильного проектирования системы.

Например, на объекте, требующем трех генераторов для поддержания критической нагрузки, может быть установлено четыре блока. Дополнительный генератор обеспечивает резервную мощность для технического обслуживания или в случае выхода оборудования из строя.

Конфигурация 2N

В схеме 2N используются два независимых пути питания, причем каждый путь предназначен для поддержки полной критической нагрузки. Это обеспечивает более высокий уровень резервирования по сравнению с базовой конфигурацией N, хотя конечный уровень отказоустойчивости также зависит от электрораспределения, распределительных устройств, подачи топлива, систем управления и другой общей инфраструктуры.

Подходящая конфигурация зависит от целей объекта по доступности, бюджета, стратегии технического обслуживания и применимых требований к проектированию дата-центров. Простое добавление генераторов не гарантирует резервирование, если критические компоненты остаются общими для разных систем.

Выберите дизельный генератор, соответствующий требованиям проекта

После того как требуемая мощность и схема резервирования определены, следующим шагом является выбор генераторных установок с подходящими рабочими характеристиками и параметрами.

KEYPOWER предлагает ассортимент промышленных дизельных генераторных установок для различных диапазонов мощности и брендов двигателей. Для более крупных проектов дата-центров выбор генератора может оцениваться по основным параметрам: основная мощность, резервная мощность, напряжение, частота, коэффициент мощности, расход топлива и условия установки.

Например, модель KEYPOWER KPX-M938P представляет собой дизельный генератор на базе двигателя MTU со следующими опубликованными характеристиками:

Эти характеристики подчеркивают важность разграничения между основной и резервной мощностью. Правильно выбранная мощность должна соответствовать предполагаемому режиму работы и техническим требованиям проекта. Резервная мощность не должна автоматически использоваться в качестве основы для непрерывной работы или работы в основном режиме.

Для проектов, требующих более высокой мощности, линейка дизельных генераторов KEYPOWER MTU включает в себя более крупные модели для оценки. Окончательный выбор должен основываться на полном профиле нагрузки и требуемом резервировании, а не только на номинальной мощности.

Учитывайте условия эксплуатации и снижение мощности генератора

Заявленная мощность генератора рассчитывается исходя из определенных эталонных условий. На фактическую доступную мощность могут влиять высота установки над уровнем моря, температура окружающей среды, влажность, поток охлаждающего воздуха, качество топлива и противодавление выхлопных газов.

Для ЦОД, расположенных в жарком климате или на больших высотах, инженерам следует запросить у производителя генератора данные о производительности для конкретного объекта. Дизайн системы охлаждения, вентиляция, трассировка выхлопных газов и акустические требования также должны быть проверены перед окончательным утверждением планировки генераторного помещения.

К другим практическим соображениям относятся:

• Доступное пространство для установки и доступ к оборудованию для технического обслуживания.
• Емкость топливных баков и требуемая продолжительность работы в резервном режиме.
• Выбросы выхлопных газов и местное экологическое законодательство.
• Предельно допустимый уровень шума и требования к шумоглушению.
• Электрические соединения, совместимость распределительных устройств и требования к синхронизации.
• Дистанционный мониторинг, сигнализация и схемы автоматического ввода резерва.

Эти факторы могут повлиять на окончательную конфигурацию генератора и должны быть рассмотрены на этапе проектирования, а не после поставки оборудования.

Почему испытания с нагрузочным модулем важны для генераторов центров обработки данных

После установки необходимо проверить производительность генератора в условиях контролируемой нагрузки. Испытания с нагрузочным модулем позволяют операторам оценить выходную мощность генератора, регулирование напряжения, стабильность частоты, эффективность охлаждения и общее поведение при работе.

Это особенно полезно, когда фактическая нагрузка центра обработки данных еще недоступна или при вводе в эксплуатацию вновь установленной системы генераторов.

В зависимости от плана испытаний для имитации различных характеристик электрической нагрузки могут использоваться активные или реактивные нагрузочные модули. KEYPOWER предоставляет оборудование нагрузочных модулей для применения при испытаниях генераторов.

Испытания должны проводиться в соответствии с рекомендациями производителя генератора и требованиями проекта по вводу в эксплуатацию. Регулярные испытания и техническое обслуживание помогают выявить потенциальные проблемы до возникновения реального отключения электроэнергии.

Распространенные ошибки при выборе размера генератора, которых следует избегать

Даже при правильном расчете базовой нагрузки несколько ошибок при планировании могут повлиять на надежность системы резервного питания центра обработки данных.

• Выбор размера только на основе ИТ-нагрузки: Охлаждение, потери в ИБП и необходимое вспомогательное оборудование могут быть упущены из виду.
• Игнорирование пускового тока электродвигателей: Крупные двигатели систем охлаждения и насосы могут создавать значительные переходные нагрузки.
• Путаница между кВт и кВ·А: Коэффициент мощности необходимо учитывать при сопоставлении номинальных характеристик генератора с электрической нагрузкой.
• Использование резервной мощности в качестве постоянной: Номинальные режимы работы генератора должны соответствовать предполагаемым условиям эксплуатации.
• Игнорирование резервирования: Установленная мощность должна оцениваться с учетом недоступных блоков во время технического обслуживания или сбоя.
• Игнорирование будущего расширения: Дополнительные серверные стойки и системы охлаждения могут увеличить потребность объекта в электроэнергии.
• Недооценка условий на площадке: Температура, высота над уровнем моря, вентиляция и ограничения на выхлоп могут снизить доступную мощность.

Подробная оценка нагрузки, четкая стратегия резервирования и анализ производительности, поддерживаемый производителем, помогут предотвратить эти проблемы.

Спланируйте требования к генератору вашего центра обработки данных с KEYPOWER

Выбор резервного генератора для центра обработки данных требует нечто большего, чем просто сопоставление номинальной мощности с единым значением нагрузки. ИТ-нагрузка, требования к охлаждению, характеристики ИБП, коэффициент мощности, переходные процессы, резервирование и будущее расширение — все это влияет на конечную систему.

KEYPOWER поставляет дизельные генераторные установки в широком диапазоне мощностей, включая модели большой мощности на базе MTU. Анализ графика нагрузок проекта, условий эксплуатации, требуемого напряжения и частоты, а также стратегии резервирования позволяет более точно определить подходящую конфигурацию генератора.

Если вы планируете новый центр обработки данных, расширяете существующий объект или модернизируете его инфраструктуру аварийного электроснабжения, свяжитесь с KEYPOWER и предоставьте требования к вашему проекту для обсуждения подходящего решения по генератору.

Часто задаваемые вопросы о выборе размера генераторов для центров обработки данных

Как рассчитать размер генератора для центра обработки данных?

Начните с расчета общей критической электрической нагрузки, включая ИТ-оборудование, системы охлаждения, потери в ИБП и основные вспомогательные нагрузки. Преобразуйте требуемые кВт в кВА с использованием фактического коэффициента мощности, затем оцените пусковой ток электродвигателей, переходные характеристики, резервирование и условия на площадке перед выбором генератора.

Сколько генераторов нужно центру обработки данных?

Количество зависит от критической нагрузки объекта и схемы резервирования. Конфигурация N обеспечивает требуемую мощность, N+1 добавляет один дополнительный генератор, а 2N предоставляет два независимых канала питания, каждый из которых рассчитан на полную критическую нагрузку.

В чем разница между кВт и кВА при выборе размера генератора?

кВт измеряют активную мощность, а кВА — полную мощность. Связь между ними выражается формулой: кВт = кВА × коэффициент мощности. Например, генератор мощностью 1000 кВА с коэффициентом мощности 0,8 может выдавать 800 кВт активной мощности при указанных условиях эксплуатации.

Почему резервирование N+1 важно для генераторов центров обработки данных?

Резервирование N+1 обеспечивает один дополнительный генератор сверх количества, необходимого для поддержания критической нагрузки. Это помогает поддерживать требуемую мощность при выходе из строя одного генератора по причине технического обслуживания или поломки, при условии правильного проектирования остальных компонентов системы.

Должен ли центр обработки данных использовать генераторы основного или резервного питания?

Выбор зависит от режима работы генератора и технических требований проекта. Резервное питание предназначено для аварийной работы при отключении электроэнергии, в то время как основное питание рассчитано на применение при изменяющихся нагрузках и длительных часах работы. Номинальная мощность генератора должна соответствовать предполагаемому режиму.

Почему генераторам центров обработки данных требуется тестирование с нагрузочным модулем?

Тестирование с нагрузочным модулем имитирует электрическую нагрузку для проверки работы генератора, включая выходную мощность, регулирование напряжения, стабильность частоты и работу системы охлаждения. Это особенно полезно при вводе в эксплуатацию и плановом обслуживании, когда реальная нагрузка объекта может быть недостаточной для тестирования.