אחסון אנרגיה בסוללות למרכזי נתונים: יתרונות, UPS וגודל

אחסון אנרגיה בסוללות עבור מרכזי נתונים יכול להפחית שיאי ביקוש קצרים לחשמל, להעביר אנרגיה לזמן אחר ולתמוך באסטרטגיית גיבוי מהונדסת. היא אינה תחליף אוטומטית לאספקת חשמל ללא הפרעה (UPS). המערכת הנכונה תלויה במשימה: שמירה על ציוד קריטי מופעל, ניהול חשבון החשמל או תמיכה בחיבור לרשת מוגבלת. התחילו בפרופיל העומס, הרזרבה הנדרשת וארכיטקטורת החשמל הקיימת - לא בקיבולת סוללה שנבחרה מקטלוג.

מדריך זה מיועד לבעלי מרכזי נתונים, מנהלי מתקנים ומהנדסי פרויקטים המעריכים מערכת אחסון אנרגיה בסוללות ברמת המתקן (BESS). זה מסביר היכן מתאים אחסון, כיצד להפריד בין הגנה של UPS לניהול אנרגיה, ואיזה מידע הופך את הצעת הספק למועילה.

מהו מרכז נתונים?

A מרכז הנתונים הוא מתקן המכיל ציוד מחשוב, אחסון נתונים ורשתות המאפשרות לארגונים להפעיל יישומים, לעבד מידע ולספק שירותים דיגיטליים. שרתים מבצעים משימות מחשוב, ציוד אחסון מחזיק נתונים דיגיטליים ורשתות מחברות מערכות ומשתמשים. חלוקת חשמל, קירור, ניטור ואבטחה פיזית תומכים בפעולות אלו.

מרכזי נתונים תומכים בשירותים כגון תוכנה עסקית, מחשוב ענן, עסקאות מקוונות ובינה מלאכותית (AI). כאשר משתמש פותח אפליקציה, רשת מעבירה את הבקשה למשאבי המחשוב; שרתים מעבדים אותה, קוראים או כותבים את הנתונים הדרושים ומחזירים תגובה. אספקת חשמל וקירור שומרים על הציוד הפיזי פועל לאורך כל התהליך.

אילו סוגי מרכזי נתונים משתמשים בתשתית זו?

תיאורים נפוצים כוללים ארגונים, קולוקציה, ענן או היפר-סקייל, ומתקני קצה. תוויות אלו מתארות היבטים שונים של בעלות, שירות וקנה מידה; הן אינן סטנדרטים של תכנון חשמלי המוציאים זה את זה מכלל שליטה. עבור רכש אחסון, השאלות המעשיות הן:

• חברה: איזה ארגון מחזיק בבעלותו מערכת החשמל של המתקן ומאשר שינויים במערכת ה-UPS הקיימת שלו?
• Colocation: מי שולט בתשתית המשותפת, ואילו התחייבויות שירות לקוחות חייבות להיות במסגרת ההצעה?
• ענן או היפר-סקייל: האם ההערכה מיועדת לבלוק חשמל אחד או למערכת מתואמת כלל-קמפוסית?
• קָצֶה: איזה שטח, אספקת טעינה וגישה לתחזוקה זמינים באתר המבוזר?

למה זה משנה לאגירת אנרגיה? אספקת חשמל לשרתים היא רק חלק מהעבודה. התשתית התומכת חייבת גם היא לפעול כנדרש. הצעת אחסון צריכה להבחין בין עומס טכנולוגיית מידע (IT)—שרתים, ציוד אחסון נתונים ורשתות — מהעומס הרחב יותר של המתקן ומהמעגלים שהוקצו לאספקת חשמל לחירום.

מהי מערכת אחסון אנרגיה בסוללות במרכז נתונים?

מרכז נתונים BESS אוגרת אנרגיה חשמלית ומשחררת אותה כאשר אסטרטגיית הבקרה של האתר דורשת זאת. מערכת טיפוסית משלבת סוללות, מערכת ניהול סוללות (BMS), מערכת המרת חשמל דו-כיוונית (PCS), ניהול תרמי, הגנה ובקרות פיקוח. מערכת ה-BMS מנטרת את מצב הסוללה ומגבלות הפעולה שלה. ה-PCS ממירה חשמל בין צד הזרם הישר (DC) של הסוללה לבין אספקת הזרם החילופין (AC) של המתקן.

כאן, "אחסון סוללה" פירושו אנרגיה חשמלית מאוחסנת, לא הכוננים הקשיחים וציוד אחר שמאחסן נתונים דיגיטליים. שני הדירוגים הבסיסיים שלו הם קילוואט (kW), הכוח שהוא יכול לספק, ו קילוואט-שעה (קוט"ש), האנרגיה שהוא יכול לאגור. מספר גבוה של קוט"ש אינו מבטיח מספיק קוט"ש כדי לתמוך בעומס הנבחר.

עבור מרכז נתונים קיים, ההחלטה הראשונה היא האם להוסיף מתקן נפרד BESS או לחקור יכולות שכבר קיימות במערכת ה-UPS המותקנת. התשובה תלויה במשימה הנדרשת ובמצבי ההפעלה המאושרים של הציוד.

מתי מרכז נתונים מרוויח מאחסון סוללות?

מרכז נתונים פועל שעות ארוכות, אך זה לבדו אינו מהווה הצדקה עסקית לסוללה נוספת. מצא בעיה מדידה והשווה את אחסון האנרגיה עם חלופות פשוטות יותר, כגון שיפורי קירור, תזמון עומסי עבודה מאושר או שדרוג רשת החשמל.

במסך קטן, גלול את הטבלה אופקית כדי לראות את כל העמודות.

עומס יחסית שטוח, תמריץ תעריף חלש או היעדר חלון טעינה בטוח עשויים להפוך את הטעינה לייעודית BESS פחות אטרקטיבי. באופן דומה, אנרגיה סולארית הנצרכת ישירות על ידי מרכז הנתונים אינה זקוקה לסוללה רק כדי להיות שימושית. יש להעריך את העודף בפועל ואת אי ההתאמה בתזמון.

BESS לעומת UPS לעומת גנרטור: משימות שונות

מערכת UPS מגנה על רציפות ואיכות החשמל עבור העומסים הקריטיים המחוברים אליה. BESS בדרך כלל משמש לניהול אנרגיה ועשוי לתמוך בגיבוי לטווח ארוך יותר כאשר הארכיטקטורה מתוכננת לכך. גנרטור מספק אנרגיה במהלך הפסקה ממושכת, בכפוף לרצף ההפעלה שלו, אספקת הדלק ומגבלות ההפעלה שלו. פונקציות אלו יכולות להשלים זו את זו; הן אינן תוויות הניתנות להחלפה.

נקודת החיבור מסבירה חלק ניכר מההבדל. בסידור UPS מקוון טיפוסי עם המרה כפולה, הספק מוגן עובר דרך ה-UPS. מתקן מצומד AC קונבנציונלי BESS מתחבר לצד מערכת החלוקה של האתר ומתאים את זרימת החשמל באתר. אלו הן ארכיטקטורות נפוצות, לא הוראות חיווט או כלל המכסה כל מוצר.

במסך קטן, גלול את הטבלה אופקית כדי לראות את כל העמודות.

אין להסיק ביצועים ללא הפרעות מתיאור "מחוץ לרשת" של מוצר אחסון. סידור ההעברה המדויק והעומסים המחוברים חשובים.

לפני התקנת מערכת נפרדת BESS, שאל האם למערכת ה-UPS הקיימת יש פונקציות ניהול אנרגיה מאושרות שיכולות לעמוד במשימה המוצעת מבלי לפגוע בחובת הגיבוי שלה. בדוק את החומרה, הבקרות, האחריות והשימוש המותר המדויקים; אל תניח שכל UPS תומך בשיגור סוללות שגרתי.

כיצד אחסון משתלב במערכת החשמל של מרכז הנתונים

עבור התקנה מאחורי המונה, האחסון פועל בצד הלקוח של המונה. בסידור קונספטואלי מצומד AC, ה- BESS מחליף חשמל עם מערכת חלוקת המתקן. ציוד UPS ממשיך להגן על המעגלים הקריטיים שהוקצו לו. יש להקצות עומסי קירור ועומסים אחרים לנתיבי אספקה ​​רגילים וחירום מתאימים.

במהלך פעולה רגילה: הבקר רשאי לשלוח אחסון כדי לשמור על ייבוא ​​מתחת ליעד מוסכם, לספוג עודף אנרגיה מתחדשת מותר או להעביר אנרגיה בין תקופות תעריף. פקודות אלו חייבות להישאר במסגרת מגבלות הציוד והעתודה המוגנת.

במהלך הפסקת חשמל: רצף החירום המאומת מקבל עדיפות. ממיר חשמל העוקב אחר הרשת מסתמך על ייחוס מתח ותדר קיימים; לא ניתן להניח שהוא, בפני עצמו, יוצר אספקה ​​למתקן מבודד. כל אי מגובה בסוללה זקוק למקור מתאים כדי לקבוע את הייחוס, המיתוג, ההגנה והבקרות המתואמות. שחזור האספקה ​​וטעינה לאחר מכן הם גם חלק מהתכנון.

הגן על הרזרבה לפני אופטימיזציה של החשבון

מצב טעינה (SoC) מתאר עד כמה הסוללה מלאה. אם BESS יש לו תפקיד חירום שהוקצה לו, יש להגדיר את האנרגיה שאסור לשגרה שגרתית לצרוך. יש להפוך את מדיניות השגרה למפורשת:

1. כבדו את מגבלות ההגנה והציוד. אסור לפקודת חיסכון לעקוף ניתוק בטיחותי או לפגוע במרווח התפעול.
2. שמור על חובת הגיבוי שאושרה. תרגם את העומס וזמן הריצה הנדרשים לאנרגיה שמישה בתנאי התכנון המוסכמים.
3. השתמש רק בגמישות שנותרה. תזמן שירותי שיא או שירותי רשת בתוך גבול זה.
4. הגדירו התנהגות התאוששות והתנהגות כשל. ציין פעולות עבור SoC נמוך, אובדן תקשורת, מדי חשמל כושלים, תקלת סוללה והפסקה שנייה לפני טעינה מלאה.

אלו הן עדיפויות רכש מוצעות, לא מפרט בקרה חשמלית. מהנדס האתר, מערכת ה-UPS, הגנרטור ו... BESS על הספקים להסכים יחד על רצף הפעולות.

האם בינה מלאכותית (AI Power Smoothing) זקוקה לעיצוב אחסון שונה?

זה אפשרי. עומסי עבודה רבים של בינה מלאכותית משתמשים ביחידות עיבוד גרפיות (GPU). שינוי קצר בדרישת ההספק של ה-GPU אינו זהה לשיא של שעה בדוגמת הגודל שלהלן. זהו את הגודל, משך הזמן, החזרה וקצב ההרמה המותר - המהירות המותרת של שינוי הספק - של האירוע הנמדד לפני בחירת הציוד.

בקרות ברמת העומס, הגנה על UPS וברמת המתקן BESS הפעולה יכולה לטפל בחלקים שונים של מערכת החשמל. השילוב המתאים תלוי במקום בו מתרחשת ההפרעה ובמה שמערכת הזרם צריכה לראות.

בקשו מספק להדגים את התגובה בנקודת החיבור המוצעת, כולל חישה, תקשורת, התנהגות הממיר והתאוששות בין אירועים חוזרים. קילוואט וקוט"ש נומינליים בלבד אינם קובעים ביצועי החלקת הספק באמצעות בינה מלאכותית. מדריך זה אינו טוען ליכולת תגובה חולפת שנבדקה עבור BENYארון אחסון מסחרי של.

כיצד לקבוע את גודל אחסון הסוללה עבור מרכז נתונים

1. הגדירו את גבול העומס

התחילו עם מדידת צריכת המתקן, לא רק עם דירוגי לוחיות השם של השרתים. קירור, משאבות, מאווררים, הפסדי המרת חשמל ותשתיות אחרות גם צורכים אנרגיה. זהו בנפרד את המעגלים שחייבים להישאר מופעלים במהלך הפסקת חשמל ואת תנאי ההפעלה שלהם.

יעילות צריכת החשמל (PUE) משווה את סך האנרגיה של המתקן עם האנרגיה של ציוד IT, כפי שמוסבר ב מדריך תכנון מרכזי נתונים של משרד האנרגיה האמריקאיערך PUE שנתי אינו תחליף אמין לעומס מקביל בשיא מסוים או במהלך פעילות חירום. יש למדוד את הגבול הרלוונטי לחובת האחסון המוצעת.

2. חשב את עוצמת הגילוח השיא והאנרגיה בנפרד

הדוגמה הבאה היא א חישוב היתכנות היפותטי, לא BENY התקנה, הצעת מחיר או תוצאת הפעלה מובטחת. כל ערכי ההספק מתייחסים לגבול זרם החילופין של האתר. מערכת ההספק הקריטית הקיימת נשארת נפרדת מחישוב זה של גילוח שיא.

במסך קטן, גלול את הטבלה אופקית כדי לראות את כל העמודות.

זה נותן דרישה ראשונית לסינון של 100 קילוואט של הספק פריקה וכ-165 קילוואט-שעה של קיבולת נומינלית התחלתית תחת ההנחות המוצהרות. עזרי סוללה, השפעות טמפרטורת פעולה, דרישות זמינות ומרווח הפרויקט אינם כלולים. עבור שיא משתנה, יש לחשב את האנרגיה על פני הפרופיל הנמדד המלא במקום להכפיל את הגירעון המקסימלי במשך זמן שרירותי.

בדיקת הקילוואט נשארת עצמאית. סוללה עם מספיק אנרגיה אגורה עדיין עלולה לא להגיע לשיא אם ה-PCS או התאים שלה אינם יכולים לספק את ההספק הנדרש בתנאי הטמפרטורה, ה-SoC וההזדקנות של הפרויקט.

3. הוסיפו רזרבה מבלי לספור את אותה אנרגיה פעמיים

אם אותו הדבר BESS חייב לשמור 100 kWh של אנרגיה הניתנת לאספקה ​​באמצעות AC עבור שירות חירום שאושר בנפרד, עתודה זו חייבת להישאר זמינה לאחר אירוע גילוח השיא. תחת אותם גורמים להמחשה, סינון הקיבולת הופך ל (100 + 100) ÷ (0.80 × 0.95 × 0.80) ≈ 328.9 kWh, לפני הקצבאות נוספות. אין להוסיף עתודה שכבר הוחרגה בפעם השנייה.

תוצאת אנרגיה זו אינה קובעת את התאמת הגיבוי. צריכת החשמל לחירום עשויה לעלות על דרישת גיבוי שיא, והציוד חייב לתמוך בהתנהגות ההעברה, האי-היציאה והתנהגות העומס הנדרשים. אם סוללות UPS מספקות את עתודת החירום בנפרד, אין להתייחס אליהן באופן שקט כאל אנרגיה זמינה לגיבוי שיא במתקן.

4. בדוק טעינה ושיאים חוזרים

נניח שהביקוש יורד ל 420 kW בעוד שיעד הייבוא ​​נשאר ב 500 kWיש לכל היותר 80 kW של מרווח יבוא לטעינה. שחזור האנרגיה ששימשה בדוגמה דורש יותר מ-100 ÷ 80 = 1.25 שעות לאחר הכללת הפסדים ואביזרי עזר, ועשוי להימשך זמן רב יותר בגלל מגבלות טעינה.

אם מגיע שיא נוסף קודם, האנרגיה הזמינה נמוכה יותר. אם אין מרווח טעינה מתמשך, סוללה גדולה יותר רק דוחה את הבעיה. יש למדל אירועים עוקבים, דרישת קירור עונתית והתאוששות לאחר הפסקת חשמל לפני בחירת הציוד.

בדיקות בטיחות ואמינות לפני רכש

עבור מתקן קריטי, יש להעריך מה קורה כאשר אחסון אינו זמין - לא רק מה קורה כשהוא פועל. ההצעה צריכה להראות כיצד... BESS תקלה, פעילות תחזוקה או אירוע שריפה משפיעים על נתיבי החשמל המוגנים של המתקן.

• אדריכלות ובידודסקור את נקודת החיבור, תיאום ההגנה, בידוד התחזוקה וכל רכיב משותף שעלול להשפיע על אספקה ​​עצמאית אחרת.
• אש ומיקוםיש לאשר את מיקום ההתקנה, ההפרדה, הגישה לחירום, הגילוי והפחתת הנזקים עם הרשויות המקומיות הרלוונטיות וחברת הביטוח.
• ראיות ברמת המודלהתאם אישורים ודוחות בדיקה לתאים, לארון, ליחידת המחשב האישי (PCS) ולקונפיגורציה שסופקו - ולא רק למשפחת מוצרים דומה.
• בקרות וקבלההסכמה על תקשורת, בקרת גישה, ניתוב אזעקות ובדיקות הפעלה עם עדות, כולל עתודה נמוכה וכשל תקשורת.

עבור פרויקטים המשתמשים בדרישות אמריקאיות, יש להבחין הסמכת מערכת UL 9540 החל מ- בדיקת התפשטות אש תרמית UL 9540A. UL Solutions מסביר את ההיקפים השוניםדוח בדיקה אינו, כשלעצמו, אישור מערכת או אישור התקנה. הדרישות הרלוונטיות תלויות בתחום השיפוט ובכללים שאומצו.

רכישת סוללה גם אינה קובעת את סיווג היתירות של מרכז נתונים. זוהי תוצאה של תכנון המתקן המלא והערכתו, ולא טענה שניתן להסיק מקיבולת הארון.

האם מרכז נתונים BESS להפחית את עלויות החשמל?

החיסכון הפוטנציאלי תלוי בתעריף ובאנרגיה הניתנת להפצה. יש לבדוק את מרווח מדידת הביקוש, מחירי זמן השימוש, שינויי הביקוש, מגבלות הייצוא וכל חוזה שירותי רשת. מעבר חשמלי קצר ושיא ביקוש מחויב על ידי שירות הן בעיות שונות.

בנה את המודל הפיננסי מחשבונות המתקן בפועל ונתוני התקופה. ניכוי אנרגיית טעינה, הפסדי המרה, צריכת עזר, עלויות שירות ובלאי סוללה. כלול את היקף ההתקנה, ההגנה, התקשורת וההיתרים. שמור אנרגיה עתודה שאינה זמינה להכנסות שגרתיות במודל.

בקשו מקרים נפרדים: תשתית קיימת בלבד, אחסון לגילוח שיא, ו אחסון עם תוספת חובה מאושרתזה מגלה האם יעד החוסן הנוסף משנה את הקיבולת והעלות. אין להניח שהכנסות משירותי הרשת, חיסכון בשיא ועתודת גיבוי יכולים כולם להשתמש באותה קיבולת סוללה בו זמנית.

הערכת א BENY מערכת אחסון למתקן

BENY"S מערכת אחסון אנרגיה לקירור נוזלי 125 קילוואט / 261 קילוואט שעה משלב סוללות, מערכת BMS, מערכת PCS, הגנה מפני אש, קירור נוזלים וניהול אנרגיה בארון אחד. הוא משתמש בסוללות ליתיום ברזל פוספט (LFP), קירור נוזלים חכם ומארז בדירוג IP55, עם טווח מתח AC מדורג של 380–415 Vמרכזי נתונים נמנים בין תרחישי היישומים המפורטים.

כיצד זה משתווה לדוגמה הממחישה: מה היא 125 kW דירוג ההספק גבוה מזה של הדוגמה 100 kW יעד פריקה, ו 261 kWh הוא מעל בערך 165 kWh ערך סינון התחלתי של קיבולת נומינלית. עם זאת, מקרה גילוח השיא והמילואים המשולבים דורש כ- 329 kWh תחת אותן הנחות, כך שאחד 261 kWh הארון אינו עומד בחישוב האנרגיה הספציפי הזה.

אלו הן השוואות של לוחיות שם המשתמשות בהנחות הדוגמה, ולא תוצאה תפעולית מאומתת עבור מוצר זה. BENY מודל. הצעת פרויקט חייבת לאשר אנרגיה שמישה, הפחתת מתח, רכיבי עזר, בקרות, תאימות מתח ואינטגרציה עם מערכת ה-UPS הקיימת. אתרים עם מתח חלוקה שונה זקוקים לממשק מתאים; קירור הנוזלים של הארון מנהל את הסוללות שלו, לא את חדר השרתים.

עבור פרויקט גדול יותר, סקירה BENY"S אפשרויות אחסון אנרגיה מסחריות ותעשייתיות ולבקש הצעה ברמת המערכת הכוללת פעולה מקבילית, הפצה, הגנה ובקרות. קיבולת הארון לבדה אינה קובעת ביצועי UPS לעומס קריטי או ארכיטקטורת חשמל מלאה בקמפוס.

מה לשלוח עם פנייה בנוגע לאחסון במרכז נתונים

שאילתה שימושית מציינת את רמת התפקיד לפני גודל הסוללה הרצוי. ספקו את המידע הבא כדי שהספק ומהנדס האתר יוכלו להעריך את אותה בעיית הפעלה:

• אתר ואספקה: מדינה, מתח, קיבולת חיבור, דיאגרמת קו אחת ומוצע BESS נקודת חיבור.
• טעינת ראיות: ביקוש מייצג במרווחי זמן, שיאים עונתיים, הרחבה מתוכננת והתעריף הרלוונטי. לספק מדידות מהירות יותר אם תגובה חולפת היא חלק מהחובה.
• ציוד קיים בעל הספק קריטי: דגמי UPS וגנרטורים, סידור יתירות וממשקים מותרים.
• הקצאת אנרגיה: יעד גילוח שיא, עומסים מוגנים, זמן ריצה רזרבה נדרש וחלון טעינה.
• התקנה ותפעול: שטח זמין, סביבה, דרישות אישור מקומיות, ממשקי בקרה וגישה לתחזוקה.
• קריטריונים לקבלה: אנרגיה שמישה מובטחת בתנאים המוסכמים, זמינות חשמל, חובת אחריות, התנהגות תקלות ובדיקות.

לדוגמה: "אנחנו צריכים להפחית את שיא המתקן הנמדד של שעה מ 600 kW ל 500 kWספק ה-UPS הקיים שלנו נשאר אחראי לספק גישה ללא הפרעות לחשמל של ה-IT. אנא בדקו את BESS בנקודת החיבור המוצעת למתקן ולציין אנרגיה שמישה, דרישות טעינה, הפחתת רייטינג והיקף ההתקנה." זה בר-ביצוע יותר מאשר לבקש סוללה אך ורק לפי הקוט"ש הנומינלי שלה.

שאלות נפוצות

יכול BESS להחליף מערכת UPS למרכז נתונים?

לא באופן אוטומטי. מערכת UPS מתוכננת להגן על העומסים הקריטיים שלה באמצעות תנאי אספקה ​​ומעברים מוגדרים. החלפתה דורשת ארכיטקטורת חשמל מלאה ומאומתת - לא רק אנרגיית סוללה מספקת. מתקן BESS יכול במקום זאת להשלים את מערכת צריכת החשמל הקריטית הקיימת.

כמה קיבולת סוללה נדרשת למרכז נתונים?

אין כלל אוניברסלי של קוט"ש לשרת. חשב את גירעון החשמל, משכו וכל רזרבה מוגנת, לאחר מכן התחשב בקיבולת שמישה, הפסדי המרה, הזדקנות ותנאי הפעלה. בדוק את הספק ה-PCS בנפרד מקיבולת האנרגיה.

האם אחסון סוללות יכול לבטל את השימוש בגנרטורים לגיבוי?

רק אם אסטרטגיית ההפסקה המלאה עומדת ביעדי העומס, משך הזמן, הטעינה והזמינות הנדרשים בלעדיהם. סוללה סופית אינה יכולה לכסות הפסקה ממושכת שלא צוינה. תכנונים ללא גנרטור דורשים הערכה הנדסית ספציפית לפרויקט.

האם מרכז נתונים של בינה מלאכותית תמיד צריך גישה נפרדת BESS?

לא. יש לקבוע האם הבעיה היא אירוע חולף מהיר, שיא ביקוש לחיוב, מחסור באנרגיה או דרישת גיבוי. לבעיות אלו יש לוחות זמנים שונים וייתכן שניתן לטפל בהם באמצעות ציוד שונה. יש להעריך את מערכת ה-UPS ומערכת החשמל המותקנות לפני הוספת נכס נוסף.

האם אותה סוללה יכולה לספק גיבוי ושימור שיא?

באופן פוטנציאלי, אם הארכיטקטורה המאושרת ומדיניות התפעול תומכות בשניהם. יש לשמור על הרזרבה הנדרשת זמינה לאחר שיגור שגרתי, לוודא גיבוי חשמל וכן אנרגיה, ולבדוק התאוששות לפני שיא או הפסקה הבאים. לא ניתן להקצות את אותה אנרגיה מאוחסנת פעמיים.