Menu

Đạt được các giải pháp UPS có thể mở rộng, hiệu quả về chi phí ở cấp độ megawatt

Nhu cầu tăng nhanh về dung lượng dữ liệu có nghĩa là các yêu cầu về năng lượng của trung tâm dữ liệu đang ngày càng đạt tới mức megawatt thay vì mức kilowatt. Trong bài viết này, Kenny Green, Giám đốc hỗ trợ kỹ thuật tại Kohler Uninterruptible Power Ltd, một công ty của Kohler xem xét cách các nhà cung cấp nguồn cung cấp điện liên tục (UPS) có thể đáp ứng thách thức này trong khi vẫn duy trì các tiêu chuẩn hiệu quả năng lượng và khả năng sử dụng năng lượng thấp hơn.

Các trung tâm dữ liệu đang ngày càng lớn hơn, đôi khi đáng kể như vậy. Tại Lang Phường, Trung Quốc, việc xây dựng đang được tiến hành tại Trung tâm thông tin quốc tế Range. Khi hoàn thành vào năm 2016, trung tâm dữ liệu thương mại này có thể sẽ trở thành lớn nhất thế giới; có diện tích 6,3 triệu feet vuông, nó sẽ có kích thước gần giống với Lầu năm góc. Các trung tâm dữ liệu khác từ một triệu feet vuông trở lên đã tồn tại trên khắp Hoa Kỳ và các nơi khác trên thế giới.
Mặc dù những thái cực này là không bình thường, nhưng chúng phản ánh xu hướng ngày càng tăng đối với các cơ sở chế biến quy mô lớn hơn cho các doanh nghiệp thuộc mọi loại hình và quy mô. Tất cả chúng ta ngày càng phụ thuộc vào các thiết bị thông minh và máy tính để giao dịch, tìm kiếm thông tin và giao tiếp xã hội, trong khi hai hoặc ba năm qua cũng chứng kiến ​​sự tăng trưởng nhanh chóng trong giao tiếp giữa máy với máy (M2M). Theo một báo cáo nghiên cứu thị trường được công bố bởi thị trường thị trường, ngành truyền thông dữ liệu ô tô và vận tải có mức tăng trưởng dự kiến ​​cao nhất, với CAGR là 33,5% từ năm 2012 đến 2017.

Khi các doanh nghiệp trang bị cho các trung tâm dữ liệu của mình để đáp ứng nhu cầu công suất do các yếu tố này tạo ra, họ thấy rằng nhu cầu năng lượng của họ ngày càng được tính toán bằng megawatt thay vì hàng chục hoặc hàng trăm kilowatt. Khi các cơ sở lớn hơn này hoạt động, người dùng của họ có nhu cầu hiệu quả năng lượng cao hơn, hoạt động xanh, tính sẵn sàng và khả năng mở rộng linh hoạt hơn so với các hoạt động nhỏ hơn; hậu quả của sự kém hiệu quả hoặc thất bại tăng lên khi tải xử lý dữ liệu tăng lên.

Các nhà cung cấp điện liên tục (UPS) ngày càng có khả năng đáp ứng các yêu cầu lớn hơn này, bằng cách nhân rộng công nghệ của họ theo yêu cầu. Một cách tiếp cận mạnh mẽ dựa trên các UPS mô-đun không biến áp; trong khi các hệ thống mô-đun cấp kilowatt đã được thiết lập rộng rãi trong nhiều năm, thì việc triển khai megawatt đã trở nên khả thi. Chúng ta có thể thấy các cài đặt cung cấp điện liên tục ở mọi kích cỡ có thể đạt được những lợi ích họ cần bằng cách xem xét kỹ hơn công nghệ hiện có trên tất cả các cấp yêu cầu năng lượng.

Hiệu quả năng lượng tăng đáng kể – và giảm đáng kể kích thước và trọng lượng

Khi các nguồn cung cấp điện liên tục lần đầu tiên trở nên phổ biến ở những năm bảy mươi, thiết kế của họ đã sử dụng một máy biến áp tăng cường nội bộ. Chúng vẫn phổ biến trong nhiều năm, đặc biệt là cho các hệ thống lớn hơn. Tuy nhiên, ngành công nghiệp gần đây đã chuyển sang công nghệ biến áp bởi vì, như chúng ta sẽ thấy, làm như vậy mang lại nhiều lợi thế.

Cấu trúc liên kết không biến áp đã trở nên khả thi thông qua những tiến bộ trong chất bán dẫn điện và sự xuất hiện của Transitor lưỡng cực cổng cách điện (IGBT). Điều này đã cho phép các thiết kế của UPS trong đó mức DC được cung cấp cho biến tần đầu ra được tăng cường; đầu ra AC từ biến tần cao hơn tương ứng, loại bỏ sự cần thiết của biến áp đầu ra tăng cường trước đó theo biến tần.

Việc loại bỏ máy biến áp có tác động đáng kể đến hiệu quả chung của UPS; như Hình 1 cho thấy, điều này tăng khoảng 5% để giảm đáng kể chi phí vận hành năng lượng và tổn thất nhiệt. Chúng ta cũng có thể thấy rằng đường cong hiệu suất không biến áp vẫn không thay đổi cho tải từ 25% đến 100%, trong khi hiệu suất UPS dựa trên máy biến áp giảm dần khi tải giảm từ 100%.

Hình 1: Các đường cong hiệu suất ac-ac của UPS cho các cấu trúc liên kết dựa trên biến áp và biến áp

Hình 1 Đường cong hiệu suất ac-ac của UPS cho các cấu trúc liên kết dựa trên biến áp và biến áp

Tiết kiệm hiệu quả hơn nữa phát sinh do cải thiện yếu tố năng lượng. Các hệ thống dựa trên máy biến áp thể hiện hệ số công suất trễ cho nguồn cung cấp đến, thấp hơn mức thống nhất ở mức đầy tải và giảm hơn nữa khi giảm tải. Ngược lại, các nguồn cung cấp điện liên tục không biến áp có hệ số công suất đầu vào đầy tải, gần với sự thống nhất hơn và vẫn không phụ thuộc vào tải. Tổng méo hài (THDi) giảm từ khoảng 30% xuống còn khoảng 3%, hầu như loại bỏ ô nhiễm sóng hài của nguồn cung cấp chính. Nhìn chung, cường độ của dòng điện đầu vào bị giảm, do đó giảm thiểu kích thước của hệ thống cáp và thiết bị đóng cắt, và trong một số trường hợp làm giảm chi phí chạy điện.

Đóng góp của công nghệ biến áp để tiết kiệm năng lượng phù hợp với sự tiết kiệm đáng kể về kích thước và trọng lượng mà nó cung cấp. Điều này là do các hệ thống không có máy biến áp không chỉ loại bỏ máy biến áp, mà còn hoạt động với bộ chỉnh lưu nhỏ hơn nhiều. Ví dụ, nguồn cung cấp điện liên tục dựa trên máy biến áp 120 kVA có dấu chân là 1,32 m2 và nặng 1200 kg, trong khi nguồn thay thế 120 kVA của nó có dấu chân 0,64 m2 và chỉ nặng 310 kg.

Các yếu tố vật lý này đã có ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển của UPS, vì chúng đủ để cho phép các đơn vị UPS có công suất lên đến 100 kVA được triển khai dưới dạng các mô-đun gắn trên giá thay vì các hệ thống độc lập cồng kềnh. Điều này mang lại lợi ích lớn về mặt dự phòng song song, kích thước phải và khả năng mở rộng. Đây là ngoài hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí làm mát được cung cấp bởi cấu trúc liên kết không biến áp cơ bản.

Lợi ích khả năng mở rộng mô-đun – một ví dụ thực tế

Kohler Uninterruptible Power, đã giới thiệu hệ thống UPS ba pha mô-đun của họ – PowerWAVE 9500DPA . Điều này thể hiện tất cả các lợi ích của cấu trúc liên kết mô-đun trên một hệ thống có quy mô từ 100 kW đến 3 MW, đưa người dùng lên mức năng lượng megawatt khi hoàn cảnh của họ yêu cầu. Trong ví dụ này, ‘W’ tương đương với ‘VA’ vì hệ số công suất của UPS gần với sự thống nhất.

PowerWAVE 9500DPA bắt đầu với một khung duy nhất có thể chấp nhận tối đa năm mô-đun cung cấp điện liên tục, mỗi mô-đun có công suất 100 kW. Do đó, nguồn cung cấp điện liên tục có thể được cung cấp với một mô-đun để hỗ trợ tải 100 kW, sau đó có thể thêm nhiều mô-đun, tăng công suất UPS trong các bước 100 kW để theo kịp tải trọng quan trọng ngày càng tăng của nó. Quá trình này được gọi là “Khả năng mở rộng theo chiều dọc”. Nếu tải sau đó tăng quá 500 kW, có thể song song tối đa sáu khung để đạt được tổng công suất 3 MW. Kích thước mở rộng thứ hai này được gọi là ‘Khả năng mở rộng theo chiều ngang’.

Đạt được khả năng cung cấp điện cao nhất có thể là điều cần thiết cho mọi cài đặt nguồn điện của UPS – cuối cùng, đó là lý do duy nhất để đầu tư vào một UPS. Các PowerWAVE 9500DPA cung cấp một tính sẵn sàng của 99,9999% (Sáu Nines) bằng cách giảm thiểu thời gian trung bình để sửa chữa (MTTR).

Ví dụ, UPS phải hỗ trợ tải 400 kW. Khi được điền đầy đủ, một khung PowerWAVE 9500DPA duy nhất có năm mô-đun 100 kW, chia sẻ tải 400 kW trong khi hoạt động bình thường. Nếu bất kỳ mô-đun đơn nào thất bại, bốn mô-đun còn lại có thể tiếp tục hỗ trợ đầy đủ tải. Được gọi là dự phòng N + 1, sự sắp xếp này có thể cải thiện tính khả dụng của hệ thống

Nếu một mô-đun không thành công, khả năng ‘Hoán đổi nóng’ của PowerWAVE 9500DPA cho phép mô-đun bị lỗi được gỡ bỏ và thay thế, mà không cần phải tắt nguồn UPS. MTTR được giảm thiểu, tính khả dụng được tối đa hóa và cung cấp năng lượng cho tải tiếp tục mà không bị gián đoạn.

PowerWAVE 9500DPA – công suất cấp megawatt với tính sẵn sàng cao và hiệu quả cao

Bộ lưu điện PowerWAVE 9500DPA phù hợp lý tưởng với các tải trọng tới mức megawatt, bởi vì nó cung cấp các mức sẵn có cần thiết cho các cài đặt như vậy, đồng thời giải quyết nhu cầu của chúng để giảm thiểu chi phí năng lượng và làm mát. Hiệu quả trực tuyến thực sự của nó là 96%, có thể tăng lên 99% khi hoạt động ở chế độ Eco. Chi phí vốn và yêu cầu không gian cũng được giảm thiểu, vì công suất của nó có thể được kết hợp chặt chẽ với kích thước tải trọng tới hạn, ngay cả khi điều này thay đổi.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *