USV-Anlagen im Data Center
Viele Rechenzentren zählen heutzutage zur kritischen Infrastruktur. Ausfälle würden weitreichende Folgen für die digitale Kommunikation sowie schwerwiegende und teure Datenverluste nach sich ziehen. Eines der größten Datenzentren in Italien in der Nähe von Mailand wurde daher so konzipiert, dass es den Standard ANSI/TIA 942-B-2017 Rating 4, ehemals Tier-IV, nicht nur erfüllt, sondern übertrifft. Und dabei lässt sich trotz allem Energie sparen.
Um die darin vorgeschriebene Verfügbarkeit von 99,995 % mit einer jährlichen Ausfallzeit von maximal 24 Minuten zu gewährleisten, muss die Anlage redundant ausgelegt sein und eine Notstromversorgung von mindestens 96 Stunden vorweisen. Hierfür sorgt ein duales, multimodular aufgebautes Powercenter, das die Serverräume über zwei separate Stromleitungen versorgt. Bei den USV-Anlagen handelt es sich um insgesamt 141 NextEnergy (NXE)-Systeme von Riello UPS. Sie ermöglichen einen Redundanzbetrieb mit USV 2 (N+1), der selbst mehrere Komponentenausfälle toleriert und die Betriebsredundanz bei einem kompletten Systemausfall zuverlässig aufrechterhält. Eine intelligente Steuerung sorgt für die optimale Verteilung der Lasten und wählt automatisch sowie kontinuierlich die beste Kombination aus notwendigem Schutz und höchstmöglichem Wirkungsgrad, wobei Effizienzwerte von mehr als 99 % erreicht werden.
Bei der Standortwahl für eines der größten Datenzentren in Italien wurde die Sicherheit der Energieversorgung von Beginn an in die Planung einbezogen. So ermöglicht die Lage in der Nähe von Mailand die Versorgung der über 200.000 m2 großen Campusfläche mit 90 MW autonom erzeugter Energie aus regionaler Wasserkraft und Photovoltaik. Zusätzlich ist das Center an vier Multi-Carrier-Zugangspunkte sowie das Milan Internet Exchange (MIX) angebunden. Mit einem Datenverkehr von bis zu 2.380 Gbps bildet das MIX den größten Internetknotenpunkt (IXP) Italiens. Hier treffen die Datenströme nationaler wie internationaler Internetdienst- (ISP) und Netzanbieter sowie Hosting Provider mit derzeit insgesamt 369 verknüpften autonomen Systemen (AS) zusammen. Als Teil dieses komplexen Netzwerks muss auch das nahegelegene Datencenter gegen Spannungsschwankungen sowie Stromausfälle gewappnet sein. Daher läuft die Stromversorgung der insgesamt zehn Serverräume mit je 1.000 m2 über ein duales multimodulares Powercenter, das sich in zwei Einheiten eines separaten Gebäudes befindet und über ebenfalls zwei Leitungsstränge mit dem Datencenter verbunden ist. Mit der Implementierung des notwendigen USV-Systems, das die unterbrechungsfreie Stromversorgung unter allen Umständen garantieren soll, beauftragten die Betreiber Riello UPS.
„Der Kunde verlangte eine robuste Lösung, die das Datenzentrum zuverlässig schützen und eine kontinuierliche Stromversorgung für alle Dienste gewährleisten kann“, berichtet Alexander Prell, Head of Sales bei der Riello Power Systems GmbH. „Also konzipierten wir ein spezielles Schutzsystem mit unserer leistungsstarken NextEnergy (NXE)-Baureihe.“
Bei NXE handelt es sich um dreiphasige USV-Anlagen, die auf der transformatorlosen Doppelwandler-Technologie VFI SS 111 basieren. Diese schützt vor den Folgen eines Stromausfalls, aber auch Spannungs- und Frequenzschwankungen sowie Oberschwingungen. Daher eignet sie sich besonders für kritische Anwendungen wie Rechenzentren. Die integrierte dreistufige IGBT-Technik ermöglicht zudem einen höheren Wirkungsgrad mit einheitlichem Leistungsfaktor (kW = kVA) und guten Effizienzwerten, was die Gesamtbetriebskosten senkt.
Energieeffiziente Lastenverteilung
Für jeden der insgesamt zehn Serverräume wurde eine Betriebsredundanz (n+1) mit einer maximalen Last von 1 MW eingerichtet. „Zu diesem Zweck wird jede Einheit durch ein Paar identischer, gespiegelter Leitungen gespeist“, erläutert Prell. Diese werden jeweils von einem NextEnergy 1000 USV-System versorgt, das aus drei parallel geschalteten NXE 500 kVA-Anlagen besteht – zwei für den regulären Betrieb und eine als Redundanz für Wartungsfälle oder bei einem Komponentenausfall. Bei maximaler Last von 1 MW arbeitet jede USV bei 66,6 % ihrer Leistung, wobei stets eine Redundanz gewährleistet wird. „Falls die benötigte Stromversorgung unter 33 % fällt, ist es über den Efficiency Control Mode (ECM) aber ebenso möglich, eine der drei USV-Komponenten in den Standby-Modus zu versetzen und die andere auf höherer Last zu fahren“, so Prell weiter. „Indem die parallelgeschalteten USV-Konfigurationen bei Teillast automatisch optimiert werden, steigert der ECM die Effizienz der jeweils aktiven USV, ohne die Redundanz einzuschränken.“ Dies gewährleistet den Betreibern zudem einen gewissen Spielraum beim Reagieren auf Fluktuationen oder Ausfälle, ohne den Betrieb einschränken zu müssen.
Üblicherweise kann der Strombedarf im Datencenter um bis zu 80 % variieren. Um dennoch einen höchstmöglichen Gesamtwirkungsgrad in allen Lastsituationen sicherzustellen, kann das System abhängig von der Netzqualität in unterschiedlichen Betriebsarten laufen: Der ‚On Line‘-Modus über den Doppelwandler bietet den höchsten Schutz gegen Spannungs- und Frequenzschwankungen bei Effizienzwerten bis 97 %. Beim ECO-Mode wird die Last dagegen über einen Bypass versorgt, während ein Gleichrichter für die Ladung der Batterie zuständig ist. Dieser besonders energieeffiziente Betriebsmodus erreicht einen Wirkungsgrad von über 99 %, wobei das System bei Überschreiten der Grenzwerte innerhalb von nur 2 ms automatisch in den ‚On Line‘-Modus umschaltet. Im ‚Active‘ ECO-Mode arbeitet die USV schließlich als aktiver Filter mit einem Wirkungsgrad von bis zu 98,5 %. Bei einem Netzausfall kann innerhalb von 0 s zum Wechselrichter umgeschaltet werden. „Der ‚Acitve‘ ECO-Mode ermöglicht es, die Betriebskosten bei hoher Verfügbarkeit langfristig zu senken“, erklärt Prell.
Insgesamt sind im Mailänder Datenzentrum 141 NextEnergy (NXE)-Systeme im Einsatz, wobei sich dank der integrierten Hot System Expansion (HSE) bei Bedarf zusätzliche USV-Anlagen im laufenden Betrieb einbinden lassen. Neben der hohen Energieeffizienz des Systems war auch der unkomplizierte und platzsparende Einbau ein ausschlaggebendes Argument. Die Komponenten sind für Wartungszwecke komplett frontal zugänglich. Da Kabelführung und Belüftung von oben beziehungsweise unten ohne zusätzliche Schränke erfolgen, lassen sich die Anlagen raumsparend Rücken-an-Rücken aneinanderreihen. Außerdem ist das modulare System skalierbar und kann auch bei geringerer Anfangsinvestition problemlos mit dem zukünftigen Ausbau des Datenzentrums mitwachsen.
