Analiza układów zasilania obiektów użyteczności publicznej o różnym stopniu niezawodności (część 2)
Analysis of the electric energy supply systems for public buildings with varying levels of reliability
Fot. 1. Nowoczesne data center w Alwerni pod Krakowem zbudowane przez firmę Polcom [źródło: http://biznes.interia.pl/gieldy/news/polcom-zakonczyl-budowe-nowego-data-center,2242980,1844]
Budynki użyteczności publicznej to obiekty o często
bardzo różnych wymaganiach niezawodnościowych. Układów zasilania stosowanych
w praktyce dla tego typu obiektów jest również wiele. Obiekty wymagające
największej niezawodności zasilania, jak np. szpitale lub obiekty data center,
wymagają wyjątkowo wysokiej dostępności systemu. Wymaga to zastosowania
rozbudowanych układów zasilania bezprzerwowego.
Wśród budynków użyteczności
publicznej występują budynki, dla których wymagania niezawodnościowe są
stosunkowo niskie i nie wymagają one koniecznie zastosowania układów
zasilania bezprzerwowego. Przykładem może być szkoła lub muzeum.
Zobacz także
Impakt SA Nowa rodzina zasilaczy PowerWalker UPS VFI EVS 5 kVA z magazynami energii
Seria PowerWalker VFI EVS to nowa generacja zasilaczy UPS, oferująca długi czas podtrzymania dzięki zastosowaniu baterii LiFePO4 o 40% mniejszej masie i wymiarach w odniesieniu do klasycznych baterii kwasowo-ołowiowych....
Seria PowerWalker VFI EVS to nowa generacja zasilaczy UPS, oferująca długi czas podtrzymania dzięki zastosowaniu baterii LiFePO4 o 40% mniejszej masie i wymiarach w odniesieniu do klasycznych baterii kwasowo-ołowiowych. Zastosowana topologia podwójnej konwersji (VFI-SS-311) gwarantuje najwyższy poziom bezpieczeństwa, a wyspecjalizowane układy utrzymują współczynnik mocy PF na poziomie > 0.99. Oczywiście zależy on od podłączonych urządzeń odbiorczych. Wszelkie informacje o stanie UPS widoczne są na...
Riello Delta Power Sp. z o.o. Projekt przygotowania zespołów prądotwórczych na potrzeby funkcjonowania nowych bloków gazowo-parowych w elektrowni
Firma Riello Delta Power Sp. z o.o. na przełomie lat 2022 i 2023 zrealizowała projekt zabudowy, produkcji, dostarczenia i instalacji dwóch zespołów prądotwórczych na potrzeby funkcjonowania nowych bloków...
Firma Riello Delta Power Sp. z o.o. na przełomie lat 2022 i 2023 zrealizowała projekt zabudowy, produkcji, dostarczenia i instalacji dwóch zespołów prądotwórczych na potrzeby funkcjonowania nowych bloków gazowo-parowych w jednej z kluczowych dla polskiego systemu energetycznego elektrowni w Polsce północno-zachodniej.
mgr inż. Dariusz Zgorzalski, EVER Sp. z o.o. Wybrane aspekty wymagań zasilaczy stosowanych do urządzeń przeciwpożarowych – na przykładzie zasilacza do napędów bram napowietrzających UZS-230V-1kW-1F firmy EVER
W poprzednich częściach dowiodłem, że zasilacze do bram napowietrzających stanowią istotny element systemu wentylacji pożarowej, od strony formalnej muszą posiadać świadectwo dopuszczenia CNBOP-PIB, a...
W poprzednich częściach dowiodłem, że zasilacze do bram napowietrzających stanowią istotny element systemu wentylacji pożarowej, od strony formalnej muszą posiadać świadectwo dopuszczenia CNBOP-PIB, a stosowanie niecertyfikowanych UPSów niesie za sobą ryzyko istotnych konsekwencji. Podkreśliłem, że świadectwo dopuszczenia CNBOP-PIB jest warunkiem koniecznym, ale nie wystarczającym. Kompatybilność funkcjonalna, elektryczna i mechaniczna całego systemu jest podstawą do tego, aby urządzenia działały...
W artykule:• Układy zasilania obiektów użyteczności publicznej z zasilaniem bezprzerwowym• Układy zasilania obiektów data center z zasilaniem bezprzerwowym • Charakterystyka standardu Tier IV (obliczanie dostępności układu zasilania) oraz standardu Tier III (obliczanie dostępności układu zasilania) • Moc zapotrzebowana w obiektach data center • Dynamiczny rozwój obiektów data center w Polsce |
Układy zasilania obiektów użyteczności publicznej z zasilaniem bezprzerwowym
Do elementów istotnych z punktu widzenia poprawy pewności zasilania obiektów użyteczności publicznej należą:
- zwiększanie liczby linii zasilających,
- rezerwa utajona (różnica między mocą znamionową zespołów wytwórczych a mocą pobieraną przy typowym obciążeniu),
- sekcjonowanie szyn zbiorczych lub
- stosowanie rezerwowych źródeł zasilania w postaci zespołów prądotwórczych i zasilaczy UPS.
Elementem zwiększającym szybkość przełączeń i skrócenie przerw zasilania są układy automatyki SZR [23].
Rys. 1. Układ zasilania obiektu użyteczności publicznej o niskich wymaganiach niezawodnościowych. Opracowano na podstawie [Dołęga W.: Układy zasilania budynków publicznych pod specjalnym nadzorem. Elektroinstalator, 06/2014, str. 6-9]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Zapewnienie bardzo wysokiej niezawodności dostaw energii elektrycznej przy jednej linii zasilającej wymaga bardzo dużych nakładów inwestycyjnych [23].
Wysoki poziom niezawodności układu uzyskuje się natomiast stosunkowo niskim kosztem dzięki zwiększeniu liczby ciągów zasilających. W takim przypadku koszty układu zasilania u odbiorcy są niższe, ponieważ wykorzystuje się istniejącą sieć energetyki zawodowej.
Należy unikać zasilania obiektów użyteczności publicznej długimi liniami napowietrznymi z powodu dużej wrażliwości na warunki atmosferyczne [23].
W praktyce często spotykanym układem zasilania budynków użyteczności publicznej o mniejszej mocy przyłączeniowej i stosunkowo niskich wymogach niezawodnościowych jest układ z zasilaniem podstawowym uzupełnianym o zespół prądotwórczy.
Rys. 2. Układ zasilania obiektu użyteczności publicznej o wysokich wymaganiach niezawodnościowych. Opracowano na podstawie [Piotrowski P., Pająk R.: Analiza układów zasilania dla obiektu typu data center w zależności od wymaganego poziomu niezawodności, część 2 – porównanie niezawodności układów zasilania w standardach Tier, Elektro.info nr 1/2/2013]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Układ zasilania przedstawiono na rys. 1. Moc zespołu prądotwórczego powinna być tak dobrana, aby zapewnić zapotrzebowanie na moc całego obiektu lub odbiorników, które bezwzględnie potrzebują ciągłości zasilania. Rozwiązanie to realizowane jest na podstawie układu automatyki SZR lub tzw. przełącznika ,,sieć–zespół prądotwórczy”.
Pierwsze rozwiązanie stosowane jest w przypadku, kiedy dopuszczalna przerwa ma być maksymalnie krótka, natomiast drugie rozwiązanie dopuszcza dłuższą przerwę w zasilaniu [15].
Układy zasilania budynków szpitalnych składają się z zasilania podstawowego oraz rezerwowanego (bezprzerwowe) dla wybranych odbiorów.
Zasilanie podstawowe realizowane jest najczęściej przez doprowadzenie do budynku zasilania z dwóch różnych stacji SN/nn zasilanych (najlepiej) z dwóch różnych kierunków (GPZ-ów) [18].
Przy głównym złączu budynku powinien być zainstalowany SZR połączony z rozdzielnią główną budynku. W rozdzielni tej wydziela się obwody odbiorników III kategorii zasilania oraz kolejny obwód SZR, przeznaczony do współpracy z zespołem prądotwórczym stanowiącym awaryjne źródło zasilania.
Na rys. 2. przedstawiono przykładowy układ zasilania obiektu użyteczności publicznej o wysokich wymaganiach niezawodnościowych.
Rys. 3. Przykład zasilania obiektu łączności [źródło: Wiatr J., Orzechowski M.: Zasilanie budynków użyteczności publicznej oraz budynków mieszkalnych w energię elektryczną (część 2.) - źródła zasilania, elektro.info 5/2011]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Potrzeba stosowania układów, gdzie należy wydzielić sekcję o podwyższonym poziomie niezawodności zawierającą zespół prądotwórczy zachodzi również w obiektach takich jak: kina, teatry, hotele, hale sportowe, stadiony, domy handlowe, banki oraz biurowce. Ma to miejsce w sytuacji, gdy funkcja obiektu jest strategiczna z punktu widzenia działania całej organizacji, stwarza zagrożenie życia ludzkiego lub przerwa w zasilaniu może przynieść bardzo duże straty [15].
W obiektach użyteczności publicznej o charakterze usługowym wymagane jest wydzielenie obwodów. Działanie to ma na celu nie wprowadzanie paniki osób znajdujących się wewnątrz takiego obiektu w sytuacji wystąpienia jakiegoś nieprzewidzianego zdarzenia i ewentualnego sprowadzenia z tego tytułu niebezpieczeństwa utraty zdrowia [15].
Układy zasilania obiektów łączności mogą być z zasilaniem podstawowym jednostronnym, dwustronnym lub rezerwowanym w zależności od grupy niezawodnościowej. W każdym przypadku stosowane jest zasilanie rezerwowe (zespół prądotwórczy z rezerwą co najmniej trzygodzinną).
Na rys. 3. przedstawiono przykład zasilania obiektu łączności.
Przyłącze obiektu powinno być przystosowane do przyłączenia zespołu prądotwórczego stacjonarnego lub przewoźnego o odpowiedniej do potrzeb obiektu mocy, zainstalowanie SZR-a automatycznego lub zdalnego (obiekty bezoobsługowe).
Przy wyborze układów zasilania istotna jest korelacja pomiędzy kosztami rozwiązania a niezawodnością. Niewielkie zwiększenie nakładów inwestycyjnych na sieć o małej niezawodności w wyraźny sposób podnosi jej niezawodność [23]. W przypadku sieci o wysokiej niezawodności dalsze zwiększanie kosztów w celu jej poprawy przynosi niewielki procentowy stopień poprawy [23].
Układy zasilania obiektów data center z zasilaniem bezprzerwowym
Wymagania wobec obiektów data center rosną niemal z dnia na dzień, wymagając od nich nieustannego poszukiwania nowych rozwiązań i sposobów na zwiększenie mocy obliczeniowej, oraz dostarczenie jeszcze wyższego poziomu bezpieczeństwa i lepszej efektywności w celu utrzymania konkurencyjności. Niezawodność zasilania jest jednym z kluczowych elementów prawidłowego funkcjonowania obiektów data center.
Napięcie zasilające obiekt data center zależy od mocy zapotrzebowanej. Podział obiektów jest następujący:
- małe obiekty data center o mocy poniżej 0,25 MW zasila się napięciem 230/400 V,
- duże obiekty data center o mocy powyżej 0,25 MW i poniżej 5 MW zasila się napięciem SN (15 kV/20 kV),
- bardzo duże obiekty data center o mocy powyżej 5 MW zasila się napięciem SN lub napięciem 110 kV.
W zależności od napięcia zasilającego wybiera się układ zasilania o możliwie wysokiej niezawodności. Jeśli przy dwóch lub więcej ciągach zasilania występuje ich całkowita niezależność, to jeden (lub więcej) z tych ciągów może być traktowany jako zasilanie podstawowe, natomiast drugi (lub więcej) jako zasilanie rezerwowe z zewnętrznej sieci elektroenergetycznej [1].
W obiektach typu data center (i nie tylko w nich) w celu zwiększenia niezawodności zasilania, stosuje się w układzie zasilania dodatkowe źródła zasilania rezerwowego z urządzeń, których praca nie zależy od sieci elektroenergetycznej. Należą do nich zasilacze bezprzerwowe UPS oraz zespoły prądotwórcze. Elementy te w celu zwiększenia niezawodności są często dodatkowo stosowane w redundancji.
Dostępność (niezawodność) systemu zasilania bezprzerwowego zależą ściśle od zastosowanego układu redundancji (zasilacze UPS, zespoły prądotwórcze itd.) Dostępność urządzenia/systemu obliczana jest następująco (wzór 1) [32]:
gdzie:
- MTBF – (ang. Mean Time Between Failure) średni czas pracy urządzenia pomiędzy awariami deklarowany przez producenta (np. w przypadku wysokiej klasy trójfazowego zasilacza UPS średniej mocy czas ten wynosi około 150 000 godzin). Przy jego stosowaniu trzeba pamiętać, iż nie oznacza on szacowanego okresu eksploatacji urządzenia (szczegóły w dalszej części tekstu),
- MTTR – (ang. Mean Time to Repair) – średni czas naprawy urządzenia (czas ten w praktyce stanowi suma czasu od momentu awarii do momentu rozpoczęcia naprawy oraz samego czasu naprawy – producenci typowo podają tylko czas średni samej naprawy urządzenia, warto o tym pamiętać). W przypadku rozważanego UPS czas naprawy wynosi typowo od 30 do 60 minut. Zastosowanie UPS-a o budowie modułowej może skrócić czas naprawy.
Tab. 1. System zasilania gwarantowanego a dostępność [źródło: Miegoń M.: „Hotsync – system pracy równoległej zasilaczy UPS”, miesięcznik Elektro-info nr. 6/2007]
Poziom dostępności (niezawodności) systemu zależy więc nie tylko od niezawodności urządzeń, ale również od czasu naprawy – redundancja urządzeń zdecydowanie zwiększa dostępność systemu. W tab. 1. przedstawiono zależność pomiędzy dostępnością a rodzajem systemu zasilania gwarantowanego.
Rys. 4. przedstawia obliczanie dostępności w połączeniu szeregowym elementów wchodzących w skład układu zasilania. Natomiast rys. 5. przedstawia obliczanie dostępności w połączeniu równoległym tych elementów (do prawidłowej pracy wymagane jest działanie co najmniej jednego z dwóch urządzeń).
Rys. 4. Obliczanie dostępności systemu w połączeniu szeregowym. Opracowano na podstawie [Jakość zasilania – poradnik, odporność, niezawodność, redundancja, Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A.]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Rys. 5. Obliczanie dostępności systemu w połączeniu równoległym. Opracowano na podstawie [Jakość zasilania – poradnik, odporność, niezawodność, redundancja, Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A.]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Dostępność systemu znacznie wzrasta w przypadku zastosowania połączenia równoległego np. dwóch zasilaczy UPS. Przy połączeniu szeregowym im więcej elementów, tym dostępność systemu maleje.
Rys. 6. Kolejne etapy obliczeń dostępności całości układu zasilania. Opracowano na podstawie [Jakość zasilania – poradnik, odporność, niezawodność, redundancja, Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A.]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Należy zwrócić uwagę na fakt, że nie da się usunąć z układu zasilania elementów połączonych szeregowo. Określoną statystycznie dostępność ma przecież wiele elementów połączonych szeregowo np. rozdzielnia, urządzenie PDU, sieć nn zasilająca obiekt itd.
W przypadku układów zasilania zawierających zarówno elementy połączone szeregowo, jak również elementy połączone równolegle, obliczenia wykonuje się krokowo upraszczając w kolejnych krokach strukturę aż do jednego elementu, którego dostępność jest dostępnością całego układu zasilania. Na rys. 6. przedstawiono kolejne etapy obliczeń dostępności całości układu zasilania.
Charakterystyka standardu Tier IV – obliczanie dostępności układu zasilania
Na rys. 7. przedstawiono przykładową topologię systemu zasilania gwarantowanego zgodnego z kategorią Tier IV [26].
Rys. 7. Przykładowa topologia systemu zasilania gwarantowanego klasy Tier IV. Opracowano na podstawie [Uptime Institute, White Paper, Tier Classifications Define Site Infrastructure]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Na rys. 8. przedstawiono schemat struktury niezawodności dla układu zasilania opartego na standardzie Tier IV 2N. Struktura ta w kolejnych krokach zostaje zredukowana do jednego elementu, którego dostępność jest dostępnością całego układu zasilania. Topologia poziomu IV jest najdroższą i jednocześnie najbardziej niezawodną ze wszystkich topologii przedstawionych w klasyfikacji Uptime Institute.
Rys. 8. Schemat struktury niezawodności dla układu zasilania opartego na standardzie Tier IV 2N [źródło: Piotrowski: Problematyka niezawodności zasilania gwarantowanego oraz systemu informatycznego w obiektach data center – część 1, Elektro.info nr 12/2015]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Na rys. 7. przedstawiony został układ redundancji „2N”, ale możliwy jest także układ „2(N+1)” różniący się komponentami nadmiarowymi, których brakuje w układzie „2N”.
Dwa niezależne od siebie źródła zasilania odbiorów powodują, że system nie ma wspólnych punktów decydujących o dostępności systemu. Cały sprzęt IT zgodnie z ustaleniami dla kategorii Tier IV powinien posiadać dwustronne zasilanie, aby zapewnić możliwość konserwacji systemu zasilania pomiędzy sprzętem IT a urządzeniem UPS bez przerwy w pracy systemu komputerowego.
Każdy element systemu klimatyzacji i systemu zasilania może zostać usunięty na czas planowanego serwisu bez konieczności wyłączania systemu komputerowego.
Istotne jest również, że systemy uzupełniające się i linie zasilające muszą być całkowicie oddzielone w celu zapewnienia odpowiedniej niezawodności systemu.
System jest odporny na awarię, ale należy pamiętać, że uruchomienia się alarmu przeciwpożarowego (pożar) lub awaryjne wyłączenie zasilania spowodują przerwę w działaniu systemu.
Infrastruktura klasy Tier IV pozwala na zredukowanie liczby nieplanowanych zakłóceń do jednego w okresie pięciu lat, a czas jego trwania ograniczyć do 4 godzin. Zapewnia to 99,995% dostępności. Poziom ten wymagany jest dla firm, dla których wyłączenie obiektu data center oznacza duże straty finansowe. Mogą to być giełdy, systemy bankowe bądź instytucje mające zasięg globalny. Są to więc przede wszystkim przedsiębiorstwa wymagające bardzo wysokiego poziomu dostępności.
Charakterystyka standardu Tier III – obliczanie dostępności układu zasilania
Infrastruktura zasilania gwarantowanego obiektów klasy Tier III jest wyposażona w kilka niezależnych linii zasilających, ale tylko jedna z nich ma komponenty nadmiarowe [26]. Dzięki takiemu rozwiązaniu, urządzenia IT mogą być wyposażone w dwa zasilacze i mieć dwustronne zasilanie.
Należy jednak pamiętać, że mimo kilku ścieżek dystrybucji energii elektrycznej, tylko jedna z nich jest aktywna w danej chwili.
Taka architektura sieci sprawia, że każdy element zasilania gwarantowanego może być z niej usunięty nie powodując zakłóceń pracy odbiorów końcowych.
Wszelkie naprawy i czynności konserwacyjne nie powodują zakłóceń pracy urządzeń IT, gdyż każdy element można zastąpić komponentem nadmiarowym przeznaczonym do przejęcia obciążenia na czas napraw.
Należy jednak pamiętać, że w czasie prowadzenia prac konserwacyjnych, ryzyko wystąpienia zakłóceń chwilowo wzrasta (maleje niezawodność). Wynika stąd, że okres prac konserwacyjnych powinien być maksymalnie krótki.
Rys. 9. Przykładowa topologia systemu zasilania gwarantowanego klasy Tier III. Opracowano na podstawie [Wiatr J., Orzechowski M.: Poradnik projektanta elektryka, Dom Wydawniczy Medium, Warszawa 2012]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Topologia klasy Tier III zapewnia możliwość bieżących napraw i konserwacji jej elementów bez przerw w zasilaniu. W praktyce oznacza to zmniejszenie czasu wystąpienia awarii do 4 godzin, raz na 2,5 roku, oznacza to 99,982% dostępności rocznie.
Rys. 10. Schemat struktury niezawodności dla układu zasilania opartego o standard Tier III [źródło: Piotrowski: Problematyka niezawodności zasilania gwarantowanego oraz systemu informatycznego w obiektach data center – część 1, Elektro.info nr 12/2015]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Na rys. 9. przedstawiono przykładową topologię systemu zasilania gwarantowanego zgodnego z klasą Tier III. W strukturze poziomu III (rys. 9.) widoczna jest dodatkowa linia zasilająca odbiory końcowe, nie posiada ona jednak elementów nadmiarowych.
Dodatkowa ścieżka zasilania ma zapewnić redundancję linii podstawowej na wypadek jej uszkodzenia, serwisu bądź przerwy w zasilaniu spowodowanej awarią linii średniego napięcia. Z tego względu dodatkowe linie dystrybucji zasilania powinny być zasilane z innej linii średniego napięcia niż linia podstawowa.
Na rys. 10. przedstawiono schemat struktury niezawodności dla układu zasilania opartego na standardzie Tier III. Struktura ta w kolejnych krokach zostaje zredukowana do jednego elementu, którego dostępność jest dostępnością całego układu zasilania.
Tab. 2. Podsumowanie wymagań dla poszczególnych klas Tier [źródło: Uptime Institute, White Paper, Tier Classifications Define Site Infrastructure]
W tab. 2. przedstawiono podsumowanie wybranych wymagań dla poszczególnych klas Tier. W przypadku obiektów data center o dużej niezawodności w praktyce stosowane są układy zasilania zgodne z Tier III lub Tier IV.
Moc zapotrzebowana w obiektach data center
Podczas planowania budowy data center bardzo ważne jest właściwe oszacowanie całkowitej mocy potrzebnej do zasilania obiektu [13]. Wartość ta wynika z sumy zapotrzebowania na energię elektryczną systemów:
- teleinformatycznego,
- chłodzenia i klimatyzacji,
- oświetlenia zasilania awaryjnego,
- instalacji niskoprądowych i innych.
W przypadku data center bardzo ważna jest także możliwość rozbudowy obiektu w przyszłości. Po uruchomieniu często bardzo trudne lub niemożliwe jest unieruchomienie centrum danych w celu remontu lub modernizacji. Dlatego wszystkie systemy należy projektować z pewnym zapasem.
Efektywność energetyczna data center obliczana jest przy użyciu współczynnika PUE (ang. Power Usage Effectiveness). Jest to stosunek mocy pobieranej przez wszystkie urządzenia zainstalowane w data center do mocy pobieranej jedynie przez urządzenia IT.
W najnowocześniejszych data center udaje się uzyskiwać wartość PUE nawet na poziomie 1,3. W skrajnie odwrotnych przypadkach wartość ta wynosi nawet 3. Wartość PUE jest najczęściej dużo wyższa w okresie rozruchowym.
Podczas szacowania wymaganej mocy dla serwerowni należy przede wszystkim oszacować wartość sumaryczną mocy obciążeń krytycznych (systemy i urządzenia IT, systemy chłodzenia i zasilania gwarantowanego UPS oraz dystrybucji). Następnie należy dodać do tej wartości moc pozostałych systemów (oświetlenie itp.).
Należy również oszacować wartość przyszłych obciążeń i dodać tę wartość do obciążenia podstawowego. Jakakolwiek rozbudowa infrastruktury fizycznej w fazie użytkowej Data Center jest niezwykle trudna i kosztowna, jeśli nie zostało to przewidziane na etapie planowania [13].
W tab. 3. przedstawiono poglądowy przykład szacowania wymagań zapotrzebowania na moc w obiekcie data center.
Tab. 3. Szacowanie mocy zapotrzebowanej w obiekcie data center. Opracowano na podstawie [Igras S.: Ile mocy dla serwerowni, 9.09.2013, http://www.computerworld.pl/news/391956_4/Ile.mocy.dla.serwerowni.html]
Dynamiczny rozwój obiektów data center w Polsce
Według danych z raportu „Rynek centrów danych w Polsce 2015. Analiza rynku i prognozy rozwoju na lata 2015–2020”, opublikowanego w marcu 2015 roku przez firmę badawczą PMR, całkowita powierzchnia brutto centrów danych i serwerowni w Polsce według stanu na koniec 2014 r. wyniosła ok. 98 tys. m² [8].
Rys. 11. Powierzchnie w m2 największych obiektów data center w Polsce – stan w 2015 roku [źródło: http://pnt.euro-centrum.com.pl/files/post/666/Audytel---prezentacja.pdf]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Powierzchnia ta obejmuje, oprócz komór i pomieszczeń na szafy rack, również miejsce zajmowane przez systemy klimatyzacji, UPS-y i całą infrastrukturę niezbędną do funkcjonowania obiektu, jednak bez biur i powierzchni zapasowych.
Spośród największych inwestycji tego typu w Polsce finalizacji doczekały się te realizowane przez 3S, ATM i Data Techno Park. Swoje centrum danych uruchomiła też grupa Cyfrowego Polsatu. Powierzchnie największych obiektów data center w Polsce przedstawiono na rys. 11.
W 2013 roku wartość polskiego rynku centrów danych przekroczyła 1 mld zł i była o kilkanaście procent wyższa niż rok wcześniej – ocenia firma badawcza PMR [9]. Na rys. 12. przedstawiono liczbę obiektów typu data center o powierzchni powyżej 300 m2 (stan na rok 2015).
Rys. 12. Liczba obiektów data center w Polsce o powierzchni ponad 300 m2. Opracowano na podstawie [http://pnt.euro-centrum.com.pl/files/post/666/Audytel---prezentacja.pdf]; rys. archiwum autora (P. Piotrowski)
Rozwój rynku data center w Polsce napędzają z jednej strony zwiększające się wykorzystanie internetu przez firmy, stale rosnąca liczby przesyłanych i gromadzonych danych oraz wzrost zapotrzebowania na rozwiązania zwiększające bezpieczeństwo sektora ICT, a z drugiej trendy w technologiach teleinformatycznych, takie jak outsourcing serwerowni oraz chmura obliczeniowa.
Warto dodać, że z usług chmury obliczeniowej korzystają już nie tylko małe i średnie przedsiębiorstwa, ale również największe firmy oraz, w coraz większym stopniu, administracja państwowa [10]. Za przykład mogą posłużyć tutaj służba zdrowia czy Urzędy Skarbowe.
Szacuje się, że już za cztery lata wartość usług w chmurze, zarówno tej prywatnej, jak i publicznej wyniesie w Polsce 450 mln dol.
Aby uzmysłowić sobie wielkość tej sumy, wystarczy wspomnieć, że będzie to ok. 11 proc. całego lokalnego rynku usług IT. Widok nowoczesnego obiektu data ceneter w Alwarii pod Krakowem przedstawiono na fot. 1 (patrz: fotografia przy tytule).
W styczniu 2016 firma Polcom zakończyła budowę jednego z największych i najnowocześniejszych ośrodków przetwarzania danych w Europie [27]. Nowy obiekt, wart 63 mln zł, jest zlokalizowany w małopolskiej Alwerni znajdującej się przy autostradzie łączącej Katowice z Krakowem i wykorzystuje najbardziej zaawansowane technologie dla ośrodków tego typu.
Nieco wcześniej firma Polcom zbudowała data center w odległej o 24 km Skawinie. Oba obiekty połączone są ze sobą światłowodami.
Budowa drugiego ośrodka w Alwerni miała na celu dostarczanie jeszcze wyższej jakości usług w zakresie niezawodności. Dzięki data center Alwernia uruchomiono usługę Redundant Enterprise Cloud Infrastructure (RECI) – zapisane i przetwarzane dane podlegają replikacji synchronicznej.
Taki system pozwala na niemal zerową utratę danych oraz ich przekaz bez żadnych przestojów. Bez drugiego ośrodka data center nie byłoby to możliwe w takim stopniu.
Połączenie pracy dwóch ośrodków data center oznacza, że jeśli z jakichkolwiek przyczyn jeden z nich nagle przestanie działać, drugi będzie w stanie przejąć jego pracę.
Oba obiekty, liczące łącznie ponad 12 000 m2 powierzchni zlokalizowane są w bezpiecznych strefach, na ogrodzonych działkach obejmujących łącznie 6 ha powierzchni.
W ośrodku przetwarzania danych w Alwerni zastosowano innowacyjny system chłodzenia – DLC (Direct Liquid Cooling), który dzięki możliwości bezpośredniego chłodzenia serwerów wodą o wyższej średniej temperaturze pozwolił nam na zminimalizowanie kosztów zużycia energii elektrycznej oraz obniżył współczynnik PUE poniżej 1,2.
Proces chłodzenia polega na bezpośrednim odprowadzaniu ciepła wytwarzanego przez urządzenia elektroniczne znajdujące się w data center przez ciecz. Za produkcję chłodu w całym procesie są odpowiedzialne agregaty turbo core, które poruszają się na łożyskach magnetycznych, dających podczas pracy efekt tzw. „lewitacji”, co w znaczny sposób niweluje tarcie, a finalnie zmniejsza ilość zużywanej przez agregaty energii elektrycznej [27].
Podsumowanie
- Obiekty użyteczności publicznej z uwagi na ich różnorodność wymagają indywidualnego doboru układu zasilania z wykorzystaniem analizy technicznej oraz ekonomicznej.
- Zapewnienie bezprzerwowego zasilania w budynku użyteczności publicznej jest najczęściej bardzo kosztowne. Konieczne jest wykonanie analizy technicznej, która powinna wskazać kilka wariantów układów zasilania spełniających wymagania dla obiektu danego rodzaju. Celem analizy ekonomicznej powinien być natomiast ostateczny wybór układu zasilania na podstawie wyników wielu wariantów analizy technicznej z uwzględnieniem ich kosztów.
- Warto podkreślić, że analiza ekonomiczna powinna również brać pod uwagę nie tylko nakłady inwestycyjne, ale również koszty funkcjonowania rozważanych wariantów w okresie wieloletnim. Wariant droższy na etapie budowy może okazać się korzystniejszy, jeśli uwzględni się również koszty funkcjonowania w okresie wieloletnim – koszty energii elektrycznej, koszty przeglądów, konserwacji, koszty spodziewanych przerw w zasilaniu itd.
- Istotnym elementem, ważnym z punktu widzenia zarówno niezawodności, jak i optymalizacji nakładów inwestycyjnych, jest właściwe oszacowanie zapotrzebowania na moc w rozważanym obiekcie użyteczności publicznej z uwzględnieniem szacowanego wzrostu zapotrzebowania w kolejnych latach. Niedoszacowanie zapotrzebowania na moc może powodować problemy z zapewnieniem gwarantowanego zasilania, natomiast przeszacowanie zapotrzebowania na moc niepotrzebnie zwiększy koszty inwestycji.
Literatura
- Sutkowski T. „Rezerwowe i bezprzerwowe zasilanie w energię elektryczną – Urządzenia i układy”, Centralny Ośrodek Szkolenia i Wydawnictw, Warszawa 2007
- Seip G.: Elektrische Installationstechnik. T.1 Berlin – Muchen, Siemens – Aktiengesellschaft, 1993
- PN-EN 50160:2010 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych
- http://www.ien.pw.edu.pl/EIG/instrukcje/JAK_W_2_1.pdf
- Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4.05.2007 roku w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego
- Wiatr J., Orzechowski M.: Poradnik projektanta elektryka, Dom Wydawniczy Medium, Warszawa 2012
- Ura E., Ura E.: Prawo administracyjne, Warszawa 2001.
- http://itfocus.pl/dzial-it/storage/blisko-100-tys-m2-powierzchni-polskich-centrow-danych/
- https://www.polskaszerokopasmowa.pl/artykuly/klucz,data-center-pierwszy-miliard-osiagniety,akcja,wydruk.html
- http://www.outsourcingportal.eu/pl/rynek-data-center-rosnie-w-sile
- http://pnt.euro-centrum.com.pl/files/post/666/Audytel---prezentacja.pdf
- Zawiła-Niedźwiedzki J., Rostek K., Gąsiorkiewicz A.: Informatyka gospodarcza. 4, Wydawnictwo C.H. Beck, Warszawa 2010
- Gala T.: Analiza układów zasilania obiektów data center, Praca dyplomowa magisterska, Wydział Elektryczny Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2016
- Igras S.: Ile mocy dla serwerowni, 9.09.2013, http://www.computerworld.pl/news/391956_4/Ile.mocy.dla.serwerowni.html
- Dołęga W.: Układy zasilania budynków publicznych pod specjalnym nadzorem. Elektroinstalator, 06/2014, str. 6-9
- Dołęga W.: Układy zasilania obiektów o zróżnicowanym charakterze użytkowania. Elektroinstalator, 05/2014, str. 6-10
- Dołęga W.: Advanced substations and electrical equipment. Wrocław University of Technology, Wrocław, 2011.
- Wiatr J., Orzechowski M., Miegoń M., Przasnyski A.: Poradnik projektanta systemów zasilania awaryjnego i gwarantowanego (wydanie II poprawione i rozszerzone) tom I, Eaton Quality Power 2008
- Piotrowski P., Derlacki M.: Klasyfikacja niezawodności dla obiektów typu data center, Elektro.info nr. 6/2014
- Szczygieł K.: Tworzenie koncepcji infrastruktury fizycznej Data Center w oparciu o normy, 8th PLNOG Meeting 5-6 marca 2012
- Dołęga W.: Stacje elektroenergetyczne. Wrocław, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej 2007
- Wiatr J., Orzechowski M.: Zasilanie budynków użyteczności publicznej oraz budynków mieszkalnych w energię elektryczną (część 2.) - źródła zasilania, elektro.info 5/2011
- Dołęga W.: Planowanie rozwoju sieciowej infrastruktury elektroenergetycznej w aspekcie bezpieczeństwa dostaw energii i bezpieczeństwa ekologicznego. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2013
- Praca zbiorowa : Poradnik inżyniera elektryka, Tom 3. Wyd. 4, WNT, Warszawa, 2011
- Uptime Institute, White Paper, Tier Classifications Define Site Infrastructure
- Piotrowski P.: Niezawodność zasilania gwarantowanego dla obiektów typu data center, Elektro.info nr 10/2014
- http://biznes.interia.pl/gieldy/news/polcom-zakonczyl-budowe-nowego-data-center,2242980,1844
- High Availability Network Fundamentals, www.availabilitydigest.com
- Jakość zasilania – poradnik, odporność, niezawodność, redundancja, Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A.
- Jakość zasilania – poradnik, pewność zasilania, układy rezerwowego zasilania odbiorców, Polskie Centrum Promocji Miedzi S.A.
- Piotrowski P., Pająk R.: Analiza układów zasilania dla obiektu typu data center w zależności od wymaganego poziomu niezawodności, część 2 – porównanie niezawodności układów zasilania w standardach Tier, Elektro.info nr 1/2/2013
- Piotrowski: Problematyka niezawodności zasilania gwarantowanego oraz systemu informatycznego w obiektach data center – część 1, Elektro.info nr 12/2015
- Miegoń M.: „Hotsync – system pracy równoległej zasilaczy UPS”, miesięcznik Elektro-info nr. 6/2007