Zabezpečené napájení kritických technologií. Ing. Karel Kuchta, CSc. IAEE Member Phoenix-Zeppelin, spol.s r.o.

Transkript

1 Zabezpečené napájení kritických technologií Ing. Karel Kuchta, CSc. IAEE Member Phoenix-Zeppelin, spol.s r.o.

2 Odhlučnění UPS Dostupnost Olej Elektrocentrála Náhradní díly Proč se tím vlastně zabýváme?? 99,99999% Baterie Kabely Rozvaděč Řízení Zátěžová analýza Palivo Spolehlivost Vzduchotechnika Runtime Servis

3 Dotkněte se jakosti - CZ Pheonix Zeppelin - Phoenix Contact

4 Blackout kontinentální postarej se sám o sebe... Blackout lokální ostrovní zdroje Lokální výpadek záložní energocentra Nouzový stav snížení spotřeby + EC

5

6 Kvanitifikace rizika energetické infrastruktury Kabelová vedení DS Nesystémová elektrárna Teplárna Rozvodna DS Venkovní vedení DS Rozvodna PS Venkovní vedení PS N+1 Podzemní zásobník produktovod Vodní elektrárna s nádrží Sklad radioaktivních látek Jaderná elektrárna Systémová elektrárna Venkovní vedení PS

7 Dlouhodobý záložní zdroj Distribuční síť Rozvaděč Kritická zátěž Krátkodobý záložní zdroj Energocentrum

8 Síť Energocentrum Palivo Kritický objekt

9 Vývoj výkladu pojmu Energocentrum počátky UPS systémů vyšší požadavky na kvalitu dodávka energocentra na klíč komplexní řešení s garantovanou spolehlivostí 2007 zabezpečená energie jako služba

10 Provozovatel datacentra v roce 1992 Dejte mi jednofázový zdroj UPS o výkonu 30 kva na 20 minut, k tomu dieselagregát 60 kva, rozvaděč s jištěním na 125A a nějakou nádrž. Naložte mi to do auta, já už si to nějak zapojím.. Jak to asi skončí???

11 Otázky v roce 1992 Kolik stojí zdroj UPS? Kolik stojí dieselagregát? Jaký výkon má zdroj UPS? Jaký výkon má dieselagregát? Kolik MINUT má zdroj UPS?

12 Provozovatel datacentra v roce 1996 Navrhněte mi energocentrum pro trvalou zátěž 30 kva s dieselagregátem zatěžovaným na 60 kva, dodejte a uveďte do provozu.. Jak to asi skončí???

13 Provozovatel datacentra v roce 1999 Navrhněte mi energocentrum pro objekt s centrálním serverem a 50 stanicemi, evakuačním výtahem, telefonní ústřednou a.. (co já to tam vůbec mám?), dodejte, uveďte do provozu a navrhněte stupeň servisní služby..

14 Provozovatel datacentra v roce 2002 Navrhněte mi bezpečné napájení s nejvyšší možnou provozní spolehlivostí pro můj technologický objekt tak, aby v horizontu pěti let byly celkové náklady nižší, než se starými zdroji UPS, které jsem včera sešrotoval.. ENERGOCENTRUM!

15 Otázky v roce 2002 Jakou mám garanci bezpečného napětí pro zátěž? Jaké finanční služby mi při dodávce poskytnete? Jakou mám střednědobou i dlouhodobou Jakou mám střednědobou i dlouhodobou ekonomickou návratnost?

16 Provozovatel datacentra od roku 2007 dosud Nemám čas se o záložní technologii starat - zajistěte mi bezpečné napájení pro můj technologický objekt při následujících lokálních podmínkách distribuční sítě:

17 Otázky v roce 2007 Kolik výpadků sítě jsem měl v poslední době, jak byly dlouhé a kolik mě to stálo? Jaké riziko výpadku mohu připustit? Kolik jsem za přiměřenou jistotu dodávky el. energie ochoten zaplatit? Analogie: pojištění

18 2014 Dodávka elektrické energie je stejná služba, jako je teplo, voda, automat na kafe, ostraha a čisté toalety. Objednám, zaplatím a chci mít klid!

19 extenzivní vývoj intenzivní vývoj Zvyšování výkonu DC přidáváním serverů, pamětí, síťových prvků = zvýšení spotřeby Zvyšování výkonu DC modernizací prvků a technologií = optimalizace spotřeby

20 Požadavek na vyšší výpočetní výkon DC bez ohledu na spotřebu el. energie Výpočetní výkon je dostačující, většinou se ani nevyužije, ale chceme ušetřit za el. energii

21 PUE celková spotřeba datacentra PUE = skutečná spotřeba IT technologií PUE = 1,2 PUE = 1,35-1,45 PUE > 2

22 Provozní spolehlivost energocenter: spolehlivost bezporuchovost pravděpodobnost poruchy dostupnost intenzita poruch střední doba do poruchy střední doba mezi poruchami provozuschopnost CO TO ALE ZNAMENÁ???

23 Provozní spolehlivost energocentra Porucha Objekt v provozu Objekt v poruše Oprava

24 Provozní spolehlivost energocentra R(t) Spolehlivostní funkce A(t) dostupnost λ(t) intenzita poruch MTBF střední doba do poruchy MTTR střední doba do opravy F (t) Funkce oprav µ(t) intenzita oprav doba funkčnosti stav: funkční Objekt ( komplexní výrobek) stav: porucha Objekt ( komplexní výrobek ) doba opravy

25 Provozní spolehlivost energocentra Konstrukce - topologie Konstrukce - součástková základna Vliv na napájené zařízení Diagnostika ( vzdálený dohled) Logistika náhradních dílů Kvalita servisních pracovníků Servisní smlouva!!!!

26 Spolehlivostní funkce: jediný přesný popis provozní spolehlivosti v čase

27 Spolehlivostní funkce ( detail): 1 R (t) 0,98 T (hod)

28 Spolehlivostní funkce ( detail): při pravidelné kontrole 1 R (t) 0,98 T (hod)

29

30 Co je to Tier? 4 kategorie topologie systémů, lišící se dosahovanou provozní spolehlivostí a dostupností Zavedl Uptime Institute koncem 20. století Označení Tier I až Tier IV. Co je (také) Tier? 4 kategorie emisních limitů pro spalovací motory Používá se pouze v USA

31 Tier I Tier II Tier III Tier IV Počet napájecích cest pouze 1 pouze 1 1 aktivní 1 pasivní 2 aktivní Redundance N N+1 N+1 S + S nebo 2(N+1) Nezávislé napájecí cesty Ne Ne Ne Ano Údržba za provozu Ne Ne Ano Ano Nepřetržité chlazení Ne Ne Ne Ano Odolnost proti poruchám Ne Ne Ne Ano

32 Obecné požadavky na energocentra dle Tier Palivová nádrž min. 12 hodin provozu Kapacita baterií v UPS není řešena Tier III a Tier IV elektrocentrály v provedení PRIME nebo Continue Celosvětově cca 350 datacenter s Tier III

33 Režim ESP STBY PRIME CONT Zatížení 70% 70% 70% 100% Trvání 200 h/r 500 h/r Dopor. 50 h/r 200 h/r Přetížení % / 1h - Aplikace Budovy Všeob. Průmysl Energetika

34 Dlouhodobý záložní zdroj Distribuční síť Rozvaděč Kritická zátěž Krátkodobý záložní zdroj Energocentrum

35 Standardní konfigurace energocentra UPS Baterie EC R Řízení Monitoring Air Condition

36 Konfigurace energocentra EC Baterie UPS R Řízení Monitoring Air Condition

37 Konfigurace energocentra Phoenix-Zeppelin EC CAT Baterie UPS R Dálkový Monitor Air Condition??? (!!)

38 Řešení Phoenix-Zeppelin - elektrocentrály Komplexní dodávka: Předprojektová příprava a konzultace Projekt (Stavební práce, Elektro, VZT, Palivový systém, Odvod spalin, Hluk ) Zátěžová analýza Stanovení potřebného výkonu elektrocentrály Konfigurace stroje Dodávka stroje Zajištění subdodávek, kompletace Uvedení do provozu Záruční a pozáruční služby

39 Řešení Phoenix-Zeppelin - energocentra Komplexní dodávka: Předprojektová příprava a konzultace Určení architektury a topologie energocentra Stanovení technických parametrů s ohledem na míru kritičnosti zátěže Specifikace elektrocentrály, zdroje UPS a ŘS Spolehlivostní projekt Projekt (.) atd. stejné jako u elektrocentrály

40 Konstrukční provedení energocenter pro datacentra

41 Umístění energocentra Strojovna: + co oči nevidí + blízkost rozvodny - stavba strojovny - postupné stěhování - postupné oživování Kontejner: + rychlá instalace + stačí připojit pouze kabely + není potřeba strojovna - sprejeři - náročnější stěhování, - architektonické hledisko

42 Kontejnerové řešení Robustní konstrukce, certifikovaná AČR Požadavek na nivelitu±50 mm Variabilní konstrukce Kvalita prověřená stovkami instalací v ČR i v zahraničí Certifikace Lloyd CZ Nejedná se o repasi běžného kontejneru

43

44 Společné vlastnosti elektrocentrál diagnostika dobíjení baterie emise hlučnost chlazení palivo motorová nafta paralelní provoz provozní režim předehřev oleje rozvaděč automatiky startu spotřeba paliva synchronizovaný provoz - špičkování

45 Společné vlastnosti trojfázových zdrojů UPS externí baterie paralelní provoz THDi cos φ na vstupu dálkový monitoring diagnostika dobíjecí časy konfigurace 3/1 a 3/3 účinnost chlazení

46 Dlouhodobý záložní zdroj Distribuční síť Rozvaděč Kritická zátěž Krátkodobý záložní zdroj Energocentrum

47 Akumulace energie krátkodobého zdroje Chemická ( akumulátory, palivové články ) Mechanická (rotující hmota, stlačený vzduch)

48 Akumulace energie krátkodobého zdroje Chemická Mechanická Run Time + - Klim. podmínky - + Rozměry - + Dobíjení - + Cena + - Životnost - + Redundance + ±

49 Akumulace energie krátkodobého zdroje Chemická Zdroje UPS - off line - line-interactive - on-line - delta Mechanická (rotující hmota, stlačený vzduch)

50 Akumulace energie krátkodobého zdroje Chemická ( akumulátory, palivové články ) Mechanická - setrvačník - setrvačníkový zdroj UPS - no-break systém - cool air - náhrada baterie

51 ENERGOCENTRUM s (bezbateriovým) zdrojem UPS RDA Běžné obvody Síť Statický zdroj UPS Důležité obvody EC 24 VDC Pomocný start FW 100 až 2000 kw Baterie

52 ENERGOCENTRUM NZ 2 s RUPS RDA Běžné obvody Síť RUPS Důležité obvody EC FW 24 VDC Pomocný start

53 Pomocný start elektrocentrály

54 Mechanický akumulátor

55

56 Dynamický zdroj UPS

57 DC

58 P = 4500psi (300 bar)) Manifold P = 400psi (27 bar) T = 450 F (233 C) Bypass Valve Main Valve P M G AC DC Discharge Air Turbine DC Bus P = 15psi (1 bar) T = 59-F (15 C) Utility In AC DC T S U 1300 F (704 -C) AC DC I M G Flywheel DC AC Utility Out 80-kW

59 Ekonomie provozu energocenter Fixní náklady Variabilní náklady - Projekt - Vlastní spotřeba - Investice - Klimatizace - Instalace - Servisní kontroly - Start-up - Monitoring - Výměna dílů - Plocha

60 TCO energocenter BAT ROT

61 Dotazy?

62

63

64

65