Роторные ИБП для ЦОД

--> Дата: Фев 24, 2009 264

Роторные ИБП относятся к классу роторных источников энергии, или FES (Flywheel Energy Storage). Маховик (ротор) – это динамический аккумулятор, накапливающий кинетическую энергию вращения массы вокруг своей оси. Входной электрический ток заставляет ротор вращаться постоянно, пока при сбое электропитания накопленная энергия не освобождается через генератор — синхронный электродвигатель. Доступное количество электроэнергии и соответственно продолжительность автономной работы нагрузки определяются массой маховика и его скоростью (последняя пропорциональна массе и квадрату скорости вращения).

Ротор на магнитных подвесках вращается в вакууме со скоростью 20–50 тыс. об./мин. Наряду со стальными роторами сейчас успешно используют маховики из композитных материалов. Когда уровень напряжения после выпрямителя падает ниже заданного значения, синхронный мотор-генератор маховика поддерживает питание шины. Поскольку на выходе двигателя-генератора маховика – переменный ток, постоянный ток в шину поступает через преобразователь. Далее постоянный ток преобразуется инвертором в переменный, который питает нагрузку. Специальный модуль обеспечивает управление активной магнитной левитацией, обеспечивающей подвеску ротора. Это позволяет ему вращаться без всякого физического контакта; при этом трение, присущее системам на подшипниках, исключается, и достигается очень высокая надежность без необходимости техобслуживания.

До недавнего времени, по данным исследовательской компании Frost & Sullivan, роторные ИБП занимали не более 6% рынка. Однако по прогнозам их доля должна существенно возрасти. Многие менеджеры центров обработки данных уже подумывают об использовании роторных ИБП в таких ситуациях, когда резервный генератор нельзя запустить мгновенно.

Один из основных игроков на рынке роторных ИБП — компания Active Power, которая недавно оснастила своими системами CleanSource ЦОД корпорации Sun Microsystems (об этом см. здесь). Довольно интересное решение Dynamic Rotary UPS предлагает сегодня компания Hitec Power Protection. Еще один лидер рынка FES ИБП – компания Pentadyne Power, которая еще в 1993 г. разработала технологию изготовления ротора из композитных материалов. Свою продукцию эта компания распространяет по дистрибьюторскому соглашению с Liebert – подразделением Emerson Network Power.

Но перед тем как остановить свой выбор на роторных ИБП, следует отчетливо понимать, чем же они отличаются от обычных устройств.

1. Время автономной работы

Любое FES-устройство может обеспечивать энергией нагрузку в течение довольно ограниченного времени. Обычно счет идет на секунды. Если сравнивать примерно одинаковые по стоимости ИБП, роторная система гарантирует около 15 с резервного времени, в то время как система с аккумуляторными батареями – 10 мин. Если резервный генератор еще можно запустить за 15 с, то завершить работающие приложения практически нереально. Стоит, правда, отметить, что в соответствии с данными института EPRI (Electrical Power Research Institute), 98% всех аномалий или помех в питающей электросети продолжаются менее 10 с и примерно 80% длятся менее 2 с.

2. Площадь и масса

Роторные ИБП требуют меньше места для размещения. Например, FES-устройство для модуля ИБП мощностью 675 кВт располагается на площади 121 кв. фут (около 11 кв. м) и весит около 9400 фунтов (4257 кг). А стойки с самыми современными свинцово-кислотными аккумуляторами с клапанным регулированием VRLA (Valve-Regulated Lead Acid) для такого же ИБП занимают 250 кв. футов (вдвое больше), и общая масса составляет 35 тыс. фунтов (почти вчетверо больше).

3. Условия эксплуатации

Если FES-модули работают в диапазоне температур самих ИБП (от 0 до 40°С), то для обслуживания батарей аккумуляторов рекомендуется поддерживать температуру порядка 25°С. Модуль FES можно устанавливать в том же помещении, где размещается сам ИБП, а вот для хранения батарей аккумуляторов требуется отдельное помещение. Стоит также напомнить, что для предотвращения накопления водорода помещение для хранения аккумуляторов должно иметь систему вентиляции и оснащаться соответствующими сигнальными датчиками.

4. Потребление энергии

FES-система потребляет больше энергии, чем батареи аккумуляторов. Для модуля ИБП мощностью 675 кВт потери составляют 0,2–1% (в зависимости от производителя) от выходной мощности, т. е. в данном случае 1,5–6,6 кВт. Постоянная подзарядка аккумуляторов для поддержки ИБП такой же мощности требует примерно 0,04% от выходной мощности, или 0,3 кВт.

5. Обслуживание

Надежные аккумуляторы требуют гораздо больше ухода, чем FES. Аккумуляторы с вентилируемыми ячейками проходят регулярную проверку и замену электролита раз в полгода, пока батареи новые, а затем и чаще. Для аккумуляторов VRLA также предусмотрен полугодовой срок обслуживания. Для FES-модулей производители указывают минимальный срок технической поддержки 1 год. Хотя производители FES заявляют в рекламе для своих изделий срок службы в 20 лет, реально работающие системы находятся «в строю» примерно 11 лет. Например, недорогие VRLA-аккумуляторы обычно работают не более 4 лет, хотя производители говорят о 10-летней гарантии. Батареи с вентилируемыми ячейками в среднем редко функционируют более 14 лет даже при 20-летней гарантии. Эксперты говорят, что батареи обычно меняют вместе с самим ИБП, а вот FES в этом случае заменять необязательно. По данным компании Pentadyne, среднее время безотказной работы VRLA-батареи – 2,2 тыс. ч, а модуля FES – 52 тыс. ч.

6. Опасные материалы

Все используемые сегодня аккумуляторы содержат кислотный электролит и свинец. Необходимы превентивные меры, чтобы избежать расплескивания электролита в местах хранения батарей, к тому же следует озаботиться и их последующей утилизацией (переработкой). В свою очередь роторные системы, как правило, не содержат большого количества опасных материалов.

7. Ограничение циклов разряда

Как известно, время жизни аккумуляторных батарей ограничено предельным количеством циклов разряда. В случае вентилируемых ячеек количество разрядов может варьироваться от 2,7 тыс. до 10,5 тыс. Производители FES-устройств не ограничивают количество циклов разряда за время жизни системы. Однако частота таких циклов разряда конечна. Как говорят эксперты, их может быть около 20 в час, поскольку на восстановление системы требуется около 2,5 мин.

Кроме того, эксперты отмечают, что использование комбинированных систем, включающих наряду с FES-устройствами опциональные батареи аккумуляторов, не всегда эффективно с точки зрения затрат из-за своей избыточности.