Analiza techniczno-ekonomiczna stosowania dynamicznych zasilaczy bezprzerwowych UPS typu DRUPS w systemach zasilania gwarantowanego obiektów data center (część 1.)
Technical and economical analysis of the use of dynamic uninterruptible power supplies UPS type DRUPS in guaranteed power supply systems in data center objects – part 1.
![Rys. Porównanie instalacji opartej na zasilaczach statycznych UPS z zespołem prądotwórczym oraz zasilaczy dynamicznych. Opracowano na podstawie [7]](https://www.elektro.info.pl/media/cache/typical_view/data/202007/porownanie-instalacji-zasilacz-ups-rysglowny.jpg)
Rys. Porównanie instalacji opartej na zasilaczach statycznych UPS z zespołem prądotwórczym oraz zasilaczy dynamicznych. Opracowano na podstawie [7]
W dwuczęściowym artykule przedstawiono porównawczą analizę techniczno-ekonomiczną systemów zasilania gwarantowanego dla przykładowego obiektu data center z wykorzystaniem dynamicznych zasilaczy UPS typu DRUPS oraz z wykorzystaniem zespołów prądotwórczych i statycznych zasilaczy UPS.
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...
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...
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 poprzedniej części przedstawiłem uzasadnienie, że w sytuacji systemów oddymiania, brak zagwarantowania dopływu powietrza powoduje, że system oddymiania jest nieskuteczny, a w sytuacji oddymiania mechanicznego,...
W poprzedniej części przedstawiłem uzasadnienie, że w sytuacji systemów oddymiania, brak zagwarantowania dopływu powietrza powoduje, że system oddymiania jest nieskuteczny, a w sytuacji oddymiania mechanicznego, może doprowadzić do stworzenia poważnego zagrożenia, a nawet do katastrofy budowlanej. Zastosowanie do zasilania napędu bramy UPS-ów bez znaku CNBOP-PIB i Świadectwa Dopuszczenia wydanego przez Centrum Naukowo-Badawcze Ochrony Przeciwpożarowej (CNBOP-PIB) jest poważnym błędem. Stosowanie...
W artykule:• Charakterystyka urządzeń DRUPS• Zalety stosowania DRUPS • Przykładowy uproszczony projekt zasilania gwarantowanego obiektu data center z wykorzystaniem dynamicznych zasilaczy UPS typu DRUPS oraz z wykorzystaniem statycznych zasilaczy UPS oraz zespołów prądotwórczych • Porównawcza analiza ekonomiczna systemów zasilania gwarantowanego dla analizowanego obiektu data center z wykorzystaniem dynamicznych zasilaczy UPS typu DRUPS oraz z wykorzystaniem statycznych zasilaczy UPS oraz zespołów prądotwórczych |
StreszczenieW dwuczęściowym artykule przedstawiono analizę techniczno-ekonomiczną stosowania dynamicznych zasilaczy bezprzerwowych UPS typu DRUPS w systemach zasilania gwarantowanego obiektów data center. Sformułowano wnioski końcowe z wykonanych analiz. Komentarz: artykuł jest zmodyfikowaną wersją części 1 artykuł z numeru 6/2020 elektro.info. Skorygowano błąd obliczeniowy oraz wykorzystano do obliczeń bardziej aktualne ceny w analizie ekonomicznej, dzięki czemu wyniki analizy ekonomicznej są ściślejsze. AbstractThe two parts paper presents technical and economical analysis of the use of dynamic uninterruptible power supplies UPS type DRUPS in guaranteed power supply systems in data center objects. The final conclusions have been formulated from executed analysis. |
Charakterystyka urządzeń DRUPS
DRUPS (ang. Diesel Rotary Uninterruptible Power Supply) nazywany również zasilaczem dynamicznym UPS może stanowić jeden z elementów w systemach zasilania gwarantowanego. Jest to urządzenie pozwalające zapewnić ciągłość w dostępie do energii elektrycznej odbiorów, które wymagają bezprzerwowego zasilania. DRUPS są używane w przypadkach odbiorów dla których zakłócenie napięcia zasilania lub jego całkowity zanik jest wysoce niewskazany (wymagana jest bardzo wysoka dostępność zasilania). Charakteryzuje się bardzo wysoką sprawnością – około 97%. DRUPS stosowane są m.in. w obiektach typu data center, na lotniskach oraz w szpitalach. DRUPS przydatne są zdecydowanie tam, gdzie zapotrzebowanie na moc jest stosunkowo duże.
Systemy DRUPS uruchamiają się w przypadkach gdy dochodzi do przerw w zasilaniu oraz niestabilności parametrów sieci. Mogą to być awarie elektrowni, zerwanie linii elektroenergetycznych czy też przeciążenie systemu. Zasilanie odbiorów odbywa się z DRUPS, aż do momentu, gdy napięcie zasilania powróci i będzie spełniało wymagania jakościowe. W trybie normalnym DRUPS wykorzystywany jest jako filtr aktywny i stabilizator napięcia.
Główne elementy systemu DRUPS to [1,2,3,4]: silnik wysokoprężny, sprzęgło elektromagnetyczne, akumulator energii kinetycznej oraz maszyna synchroniczna. Silnik wysokoprężny zostaje uruchomiony w momencie zaniku zasilania. Gdy osiągnie odpowiednią prędkość obrotową znamionową, równą obrotom zasobnika energii kinetycznej, zostaje połączony z resztą układu przez sprzęgło elektromagnetyczne, które połączone z prądnicą zamienia energię mechaniczną na elektryczną. Wirnik główny obraca się z prędkością 1500 obr./min. przy częstotliwości 50 Hz lub z prędkością 1800 obr./min przy częstotliwości 60 Hz. Zasobnik ma uzwojenie trójfazowe AC i uzwojenie DC. Podczas pracy normalnej zasilane uzwojenie AC powoduje powstanie wirującego pola magnetycznego, które wprawia w ruch obrotowy wirnik zewnętrzny. W przypadku pracy awaryjnej następuje zasilanie uzwojenia DC. Energia kinetyczna wirnika zewnętrznego jest przekazywana do wirnika głównego w wyniku indukcji. Prąd płynący w obwodzie DC jest systematycznie regulowany. Następnie połączone z prądnicą dostarcza energię elektryczną do odbiorów. Cały system DRUPS znajduje się na ramie dzielonej między silnikiem a resztą układu. Pozwala to w razie awarii silnika wymienić tylko wadliwą część, a nie cały system. Rama w pewnym stopniu przyczynia się do minimalizacji drgań. DRUPS wyposażony w system czujników i mierników podłączony jest do systemów monitorowania. Całość jest połączona z układem sterowania i monitoringu oraz z panelem mocy, w którym znajdują się filtr oraz bypass pozwalający na odłączenie DRUPS w celu konserwacji przy jednoczesnym nieprzerwanym przepływie napięcia zasilania. Oprogramowanie dedykowane umożliwia łatwy dostęp do wszelkich informacji. DRUPS posiada również zainstalowany system chłodniczy zapewniający optymalne warunki pracy dla wszystkich części układu zasilania. Zgodnie z danymi podanymi przez firmę Euro-diesel w trybie pracy normalnej przepływ powietrza powinien wynosić 1 250 m3/h przypadające na każde 100 kVA mocy instalacji [3].
Na rysunku 1. przedstawiono schemat zasilania odbiorów z systemu DRUPS w układzie z podwójnym wyjściem (wersja bardziej złożona niż system w układzie z pojedynczym wyjściem).
Rys. 1. Zasilanie z wykorzystaniem DRUPS w układzie z podwójnym wyjściem. Opracowano na podstawie [5]
Podczas pracy bez zakłóceń zamknięte są wyłączniki Q1 i Q2 i w ten sposób są zasilane odbiory wymagające ciągłego zasilania [1,4]. W przypadku odbiorów niewymagających ciągłego zasilania, napięcie płynie przez zamknięty wyłącznik Q4. Podczas awarii wyłącznik Q1 zostaje otwarty i uruchomiony zostaje silnik Diesla. Odbiory krytyczne dzięki energii kinetycznej zgromadzonej w zasobniku są zasilane przez zamknięty wyłącznik Q2 do momentu gdy silnik osiągnie odpowiednią prędkość obrotową. W momencie gdy silnik osiągnie wymaganą prędkość obrotową następuje połączenia silnika sprzęgłem elektromagnetycznym z resztą układu. W tym momencie możliwe jest zamknięcie wyłącznika Q5. Odbiory nie wymagające bezprzerwowego zasilania zostają ponownie zasilone dzięki systemowi DRUPS. Odbiory te zostają zasilone dopiero po załączeniu silnika, nie są zasilane z energii kinetycznej zgromadzonej w zasobniku. Energia ta jest przeznaczona wyłącznie dla odbiorów krytycznych, aby zapewnić ciągłość w dostarczanej energii do momentu połączenia silnika z resztą dynamicznego zasilacza UPS. Gdy powróci napięcie sieci elektroenergetycznej zamknięty ponownie zostaje wyłącznik Q4 zapewniając zasilanie odbiorów nie priorytetowych, a wyłącznik Q5 otwarty. Następnie zostaje zamknięty wyłącznik Q1 zasilający odbiory priorytetowe. Silnik przechodzi w stan jałowy i następuje jego schłodzenie i zatrzymanie. Wyłącznik Q3 podobnie jak w układzie z pojedynczym wyjściem pełni funkcję bypassa. Gdy wymagane jest odłączenie systemu DRUPS napięcie do odbiorów krytycznych płynie przez zamknięty wyłącznik Q3, a do pozostałych odbiorów przez wyłącznik Q4 [1,4].
Dynamiczne zasilacze bezprzerwowe UPS typu DRUPS można podłączyć na wiele rożnych sposobów [1, 6]. Czynnikami determinującymi, który sposób wybrać są m.in: moc odbiorów, rodzaj układu np. N lub 2N, dostępność miejsca dla układów DRUPS oraz budżet.
Typowym układem podłączenia pojedynczego zasilacza DRUPS jest układ z pojedynczym lub podwójnym wyjściem. Bardziej zaawansowanym układem jest konfiguracja typu master-slave z dwoma urządzeniami DRUPS Układ bazuje na połączeniu równoległym, w którym jeden z DRUPS pełni funkcję układu nadrzędnego a drugi podrzędnego. Oba zasilacze muszą być ze sobą zsynchronizowane i odpowiada za to układ kontroli zasilaczy. DRUPS pełniący funkcję master jest punktem odniesienia dla pozostałych. Spotyka się również bardzo złożone i kosztowne układy typu cross-link zapewniające zasilanie do dwutorowych odbiorów. Połączenie to zapewnia pewne zasilanie obu torów nawet w wypadku gdyby zasilanie jednego toru przestało działać [1, 6].
Zalety stosowania DRUPS
Korzystanie z dynamicznego zasilacza UPS ma wiele zalet, które sprawiają, że jest on w niektórych przypadkach rozwiązaniem lepszym od zasilacza statycznego UPS.
- Pierwsza zaleta to duża niezawodność DRUPS wynikająca z budowy całego systemu, który bazuje na prostej budowie mechanicznej z minimalną liczbą elementów które mogłyby ulec awarii. Do danych technicznych podawanych przez producentów DRUPS i związanych bezpośrednio z jego niezawodnością należą: MTBF (średni czas pomiędzy awariami) oraz MTTR (średni czas naprawy),
- Kolejna zaleta to brak baterii w konstrukcji DRUPS. Źródłem energii jest silnik wysokoprężny, który charakteryzuje się wysoką sprawnością oraz dużą trwałością. Jedynym wymaganiem jest zapewnienie silnikowi paliwa (olej napędowy) [1, 7]. W przypadku zasilaczy statycznych zawsze mamy do czynienia z bateriami. Najczęściej są to baterie kwasowo-ołowiowe lub niklowo-kadmowe. Związki zawarte w bateriach są powszechnie uznane za szkodliwe. Dodatkowo czas życia baterii wynosi średnio tylko 3–4 lata. W przypadku dużych odbiorów liczba baterii rośnie a co za tym idzie wymagane jest dodatkowe, specjalne miejsce (pomieszczenie) w którym można takie baterie umieścić [1, 7].
- Niewątpliwą zaletą jest fakt, że DRUPS nie wymaga dodatkowej klimatyzacji oraz systemów sterowania. Ponadto mniej elementów to większa niezawodność,
- W przypadku gdy w pomieszczeniu nie ma możliwości umieszczenia zasilacza DRUPS istnieje możliwość wstawienia go do specjalnie zaprojektowanego kontenera. Kontener jest tak zaprojektowany, aby zapewniał optymalne warunki pracy systemu. Przykładowo kontenery oferowane np. przez firmę Hitec wyposażone są w systemy chłodzenia cieczą oraz system doprowadzania chłodnego i odprowadzania ciepłego powietrza [1, 7],
- Bardzo istotne jest również, że DRUPS charakteryzuje się niskimi kosztami eksploatacyjnymi. Użytkownik jest zobowiązany tylko do wymiany łożysk masy wirującej kiedy jest to wymagane [1, 7].
Porównanie (opracowane przez firmę Inwentpower) instalacji opartej na zasilaczach statycznych UPS z zespołem prądotwórczym oraz zasilaczy dynamicznych przedstawiono na rysunku 2.
Rys. 2. Porównanie instalacji opartej na zasilaczach statycznych UPS z zespołem prądotwórczym oraz zasilaczy dynamicznych. Opracowano na podstawie [7]
Przykładowy uproszczony projekt zasilania gwarantowanego obiektu data center z wykorzystaniem dynamicznych zasilaczy UPS typu DRUPS oraz z wykorzystaniem statycznych zasilaczy UPS oraz zespołów prądotwórczych
W celu przeprowadzenia analizy porównawczej technicznej i ekonomicznej wykonano przykładowy uproszczony projekt zasilania gwarantowanego obiektu data center z wykorzystaniem dynamicznych zasilaczy UPS typu DRUPS oraz z wykorzystaniem statycznych zasilaczy UPS oraz zespołów prądotwórczych.
Odbiorem, który będzie zasilany przez systemy zasilania gwarantowanego będzie obiekt typu data center. Przyjęto obciążenie równe 1000 kVA. W projekcie skupiono się wyłącznie na tematyce zasilania wiec pominięto system chłodzenia serwerowni (sprzęt komputerowy oraz urządzenia aktywne sieciowe). Pominięto również odbiory nie wymagające zasilania bezprzerwowego. Wybrane data center spełnia poziom niezawodności Tier III. Oznacza to, że dostępność zasilania musi być na poziomie co najmniej 99,982%. Wymagane jest zapewnienie dwóch jednocześnie aktywnych ścieżek dystrybucji. Ponadto stosuje się zasilanie odbioru z dwóch stron. Zapewnione dzięki dwóm niezależnym od siebie źródłom sieci, oznaczone jako Sieć A oraz Sieć B. Każda sieć wchodzi odpowiednio do szyny A i szyny B, do których przyłączone są zasilacze.
Zasilanie bezprzerwowe jest zagwarantowane dzięki zastosowaniu zasilaczy UPS. Analizy wykonano dla dwóch przypadków. W pierwszym przypadku zastosowano zasilacz dynamiczny UPS typu DRUPS. W drugim przypadku, pewność zasilania zapewnia zasilacz statyczny UPS. Jako zasilacz dynamiczny UPS typu DRUPS zastosowano DRUPS NO-BREAK KS®. Jako zasilacz statyczny UPS zastosowano UPS Eaton Power Xpert 9395P. Zaproponowano trzy warianty konfiguracji połączeń: 1+1, 2+1 oraz 2+2. Wszystkie wymienione połączenia spełniają wymagania zasilania klasy niezawodności Tier III.
Połączenie 1+1 (rys. 3., rys. 4.) posiada jeden zasilacz (DRUPS lub UPS), w każdej z dwóch ścieżek zasilania. Każdy zasilacz zdolny jest do przejęcia obciążania w razie awarii. W połączeniu 2+1 (rys. 5., rys. 6.) w jednej ze ścieżek znajduje się jeden zasilacz (DRUPS lub UPS), natomiast w drugiej ścieżce są dwa zasilacze połączone ze sobą równolegle. W połączeniu 2+2 (rys. 7., rys. 8.) zasilacze (DRUPS lub UPS) połączono równolegle po dwa, w każdej gałęzi zasilającej w celu zwiększenia redundancji. Takie połączenie pozwoli zapewnić zasilanie w przypadku, gdy jeden z zasilaczy ulegnie awarii, lub jedna ze ścieżek zasilania przestanie funkcjonować prawidłowo. Każdy z zasilaczy jest tak dobrany, aby w razie awarii drugiego mógł samodzielnie zasilić odbiór. Dodatkowo w każdej gałęzi znajduje się bypass. Jest to rozwiązanie dosyć rozbudowane i można stwierdzić, że jest to rozwiązanie nieco przewymiarowanie pod względem zasilania.
Rys. 3. Połączenie 1+1 z wykorzystaniem zasilaczy dynamicznych UPS typu DRUPS [1]
Rys. 4. Połączenie 1+1 z wykorzystaniem zasilaczy statycznych UPS [1]
W połączeniu 2+1 (rys. 5., rys. 6.) w jednej ze ścieżek znajduje się jeden zasilacz (DRUPS lub zestaw UPSx5), natomiast w drugiej ścieżce są dwa zasilacze połączone ze sobą równolegle.
Rys. 5. Połączenie 2+1 z wykorzystaniem zasilaczy dynamicznych UPS typu DRUPS [1]
Rys. 6. Połączenie 2+1 z wykorzystaniem zasilaczy statycznych UPS [1]
W połączeniu 2+2 (rys. 7., rys. 8.) zasilacze (DRUPS lub zestaw UPSx5) połączono równolegle po dwa, w każdej gałęzi zasilającej w celu zwiększenia redundancji. Takie połączenie pozwoli zapewnić zasilanie w przypadku gdy jeden z zasilaczy ulegnie awarii, lub jedna ze ścieżek zasilania przestanie funkcjonować prawidłowo. Każdy z zasilaczy jest tak dobrany, aby w razie awarii pozostałych zasilacz mógł samodzielnie zasilić odbiór. Dodatkowo w każdej gałęzi znajduje się bypass. Jest to rozwiązanie dosyć rozbudowane i można stwierdzić, że jest to rozwiązanie nieco przewymiarowanie pod względem zasilania.
Rys. 7. Połączenie 2+2 z wykorzystaniem zasilaczy dynamicznych UPS typu DRUPS [1]
Rys. 8. Połączenie 2+2 z wykorzystaniem zasilaczy statycznych UPS [1]
Porównawcza analiza ekonomiczna systemów zasilania gwarantowanego dla analizowanego obiektu data center z wykorzystaniem dynamicznych zasilaczy UPS typu DRUPS oraz z wykorzystaniem statycznych zasilaczy UPS oraz zespołów prądotwórczych
W analizie ekonomicznej zostanie porównane zasilanie gwarantowane obiektu typu data center z wykorzystaniem zasilaczy dynamicznych i klasycznych [1]. Założono, że analiza zostanie przeprowadzone na okres 12 lat eksploatacji zasilaczy w obiekcie data center. W projekcie zastosowano zasilacz dynamiczny UPS typu DRUPS NO-BREAK KS®, którego koszt został przedstawiony w tabeli 1. Podano w tabeli 1. koszty zakupu wraz z kosztem instalacji systemu. Zasilacz UPS statyczny wykorzystany w projekcie to UPS Eaton Power Xpert 9395P wraz z zespołem prądotwórczym. Tabela 2. zawiera koszt zakupu systemu w tym koszt baterii wraz z kosztem instalacji systemu. W przypadku kosztów zasilacza statycznego należy wziąć pod uwagę fakt, że baterie mają określoną przez producenta żywotność. Najczęściej przyjmuje się, że średni czas działania baterii wynosi do 5 lat (w praktyce jednak może to być jednak również nawet 7 lat). Uwzględniając czas przeprowadzonej analizy baterie w zasilaczu statycznym będzie trzeba wymienić 2 razy.
Tab. 1. Koszty zasilacza dynamicznego DRUPS
Tab. 2. Koszty zasilacza statycznego UPS oraz zespołu prądotwórczego
Na koszty całkowite składają się koszty operacyjne oraz koszty serwisowe [1]. Koszty całkowite nie uwzględniając kosztów zakupu zasilaczy. Obliczono koszty całkowite w kolejnych latach użytkowania, na które składa się suma kosztów serwisowych i operacyjnych przedstawiona w ciągu 12 lat nieprzerwanej pracy obu typów zasilaczy.
W tabeli 3. przedstawiono koszty operacyjne roczne zasilaczy. Są to koszty wymagane do prawidłowego działania zasilaczy w ciągu jednego roku. Składają się na nie koszt strat zasilaczy w ciągu roku, koszt powierzchni jaki wymaga dana instalacja oraz koszt wynikający z potrzeby zapewnienia odpowiedniej temperatury w pomieszczeniu (koszt systemu klimatyzacji)
Tab. 3. Koszty operacyjne roczne [1, 9, 10, 11, 19]
Zapotrzebowanie na moc pozorną hipotetycznego obiektu data center przyjęto równą 1000 kVA [1]. Fakt, że system nie ma sprawności na poziomie 100% sprawia, że za moc której nie wykorzystamy również należy zapłacić. Aby obliczyć koszt traconej energii elektrycznej musimy przeliczyć moc na kilowaty (koszt energii elektrycznej jest podany w złotówkach za kilowatogodzinę). Koszty wynikające ze strat zasilaczy w ciągu roku nieprzerwanej pracy obliczono mnożąc czas pracy wynoszący 8760 h przez moc jaka jest tracona oraz przez średnią cenę kilowatogodziny równą 0,55 zł. Koszty roczne wynikające z wynajęcia w Warszawie powierzchni potrzebnej zasilaczom obliczono wykorzystując wymaganą powierzchnię w m2 oraz średni koszt równy 58,7 zł za m2/miesiąc (w przypadku DRUPS powierzchnia jest znacznie mniejsza – szczegóły w tabeli 3.).
Koszty klimatyzacji obliczono tylko dla zasilaczy statycznych, ponieważ zasilacze dynamiczne nie wymagają klimatyzacji. Do obliczenia mocy jaką pobiera system klimatyzacji (3% mocy instalacji) skorzystano z mocy instalacji (1000 kW) oraz współczynnika obciążenia, czyli stosunku średniego obciążenia do obciążenia szczytowego w określonym czasie, który przyjęto równy 0,6. Koszty roczne pracy klimatyzacji obliczono podobnie jak moc strat, wykorzystano moc klimatyzacji, czas pracy oraz średnią cenę za 1 kWh.
Na koszty serwisowe składają się koszty wynikające z serwisu, konserwacji, remontów zasilaczy. Ponadto zawierają koszt wymiany i utylizacji baterii akumulatorów w przypadku zasilaczy statycznych. Koszty serwisowe przedstawione w tabeli 4 są kosztami rocznymi.
Tab. 4. Koszty serwisowe roczne [1, 19]
W tabeli 5. przedstawiono koszty operacyjne skumulowane w kolejnych 12 latach eksploatacji dla wariantu połączenia 1+1. W tabeli 6. przedstawiono koszty serwisowe skumulowane w kolejnych 12 latach dla wariantu połączenia 1+1. Natomiast w tabeli 7 przedstawiono koszty serwisowe skumulowane w kolejnych 12 latach dla wariantu połączenia 1+1.
Tab. 5. Koszty operacyjne skumulowane w kolejnych latach dla wariantu 1+1 [1]
Tab. 6. Koszty serwisowe skumulowane w kolejnych latach dla wariantu 1+1 [1
Tab. 7. Koszty całkowite skumulowane dla wariantu 1+1 [1]
Na rysunku 9. przedstawiono graficznie wyniki z tabeli 5. (koszty operacyjne), na rysunku 10. przedstawiono wyniki z tabeli 6. (koszty serwisowe), natomiast na rysunku 11 przedstawiono graficznie wyniki z tabeli 7. (koszty całkowite) dla wariantu połączeń 1+1. Oszczędność z korzystania z systemu DRUPS, w stosunku do UPS, w rozpatrywanym okresie wyniosła 19 511 184 zł.
Rys. 9. Porównanie kosztów całkowitych z uwzględnieniem kosztów zakupu i 12-letniej eksploatacji zasilaczy
Rys. 10. Koszty operacyjne skumulowane w kolejnych 12 latach
dla wariantu połączeń 1+1
Rys. 11. Koszty serwisowe skumulowane w kolejnych 12 latach dla wariantu połączeń 1+1
Analogiczne obliczenia jak dla wariantu połączeń 1+1 wykonano również dla wariantu połączeń 2+1 oraz wariantu połączeń 2+2. Koszty oczywiście były większe. Wyniki obliczeń kosztów całkowitych (bez uwzględnienia kosztów zakupu) po 12 latach dla wszystkich trzech wariantów połączeń w przypadku eksploatacji zasilaczy statycznych UPS oraz zasilaczy dynamicznych DRUPS przedstawiono na rysunku 13. Oszczędność z korzystania z systemu DRUPS, w stosunku do UPS, w rozpatrywanym okresie 12 lat wyniosła około 4,6 mln zł dla wariantu połączeń 2+1.
Natomiast oszczędność z korzystania z systemu DRUPS, w stosunku do UPS, w rozpatrywanym okresie 12 lat wyniosła około 6,2 mln zł dla wariantu najbardziej rozbudowanego czyli wariantu połączeń 2+2.
Natomiast na rysunku 14. przedstawiono porównanie kosztów całkowitych z uwzględnieniem kosztów zakupu trzech wariantów połączeń w przypadku eksploatacji zasilaczy statycznych UPS oraz zasilaczy dynamicznych DRUPS.
Analiza techniczna (aspekty niezawodności) oraz podsumowanie i wnioski z analizy techniczno-ekonomicznej zostaną przedstawione w drugiej części artykułu w kolejnym numerze „elektro.info”.
Rys. 12. Koszty całkowite skumulowane (bez uwzględnienia kosztów zakupu) w kolejnych 12 latach dla wariantu połączeń 1+1.
Rys. 13. Porównanie kosztów całkowitych (bez uwzględnienia kosztów zakupu) trzech wariantów połączeń w przypadku eksploatacji zasilaczy statycznych UPS oraz zasilaczy dynamicznych DRUPS
Podziękowanie
Dziękujemy Panu Robertowi Morusiowi oraz firmie EST Energy za materiały niezbędne do powstania artykułu.
Ponadto dziękujemy Panu Grzegorzowi Bałka, Dyrektorowi ds. Marketingu w firmie COMEX S.A za cenne rady, dzięki którym poprawiła się jakość artykułu.
Rys. 1. Zasilanie z wykorzystaniem DRUPS w układzie z podwójnym wyjściem. Opracowano na podstawie [5]
Rys. 2. Porównanie instalacji opartej na zasilaczach statycznych UPS z zespołem prądotwórczym oraz zasilaczy dynamicznych. Opracowano na podstawie [7]
Rys. 3. Połączenie 1+1 z wykorzystaniem zasilaczy dynamicznych UPS typu DRUPS [1]
Rys. 4. Połączenie 1+1 z wykorzystaniem zasilaczy statycznych UPS [1]
Rys. 5. Połączenie 2+1 z wykorzystaniem zasilaczy dynamicznych UPS typu DRUPS [1]
Rys. 6. Połączenie 2+1 z wykorzystaniem zasilaczy statycznych UPS [1]
Rys. 7. Połączenie 2+2 z wykorzystaniem zasilaczy dynamicznych UPS typu DRUPS [1]
Rys. 8. Połączenie 2+2 z wykorzystaniem zasilaczy statycznych UPS [1]
Rys. 9. Porównanie kosztów całkowitych z uwzględnieniem kosztów zakupu i 12-letniej eksploatacji zasilaczy
Rys. 10. Koszty operacyjne skumulowane w kolejnych 12 latach dla wariantu połączeń 1+1
Rys. 11. Koszty serwisowe skumulowane w kolejnych 12 latach dla wariantu połączeń 1+1
Rys. 12. Koszty całkowite skumulowane (bez uwzględnienia kosztów zakupu) w kolejnych 12 latach dla wariantu połączeń 1+1.
Rys. 13. Porównanie kosztów całkowitych (bez uwzględnienia kosztów zakupu) trzech wariantów połączeń w przypadku eksploatacji zasilaczy statycznych UPS oraz zasilaczy dynamicznych DRUPS
Rys. 14. Porównanie kosztów całkowitych z uwzględnieniem kosztów zakupu trzech wariantów połączeń w przypadku eksploatacji zasilaczy statycznych UPS oraz zasilaczy dynamicznych DRUPS
Literatura
- P. Bassak: Analiza techniczno-ekonomiczna stosowania dynamicznych zasilaczy bezprzerwowych UPS typu DRUPS w systemach zasilania gwarantowanego obiektów data center, Praca dyplomowa inżynierska, Wydział Elektryczny Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2017.
- Euro-Diesel, How it works: system description. http://www.euro-diesel.com/english/system-description/110/2
- Euro-Diesel, NO-BREAK KS®5 INSTALLATION GUIDELINES 11700001AN
- Inventpower, http://www.inventpower.com/Produkty/Zasilacze-dynamiczne-UPS/Hitec-PowerPro
- Euro-Diesel, SINGLE-LINES, http://www.euro-diesel.com/english/single-lines/28/2
- Praca zbiorowa, Zespoły prądotwórcze i zasilacze UPS w układach zasilania budynków w energię elektryczną, Wydanie I, Grupa MEDIUM, Warszawa 2015
- Inventpower, http://www.inventpower.com
- Kosztorys zasilaczy firmy EST Energy (stan na rok 2017)
- BMC Manufacturing, PFC Power Factor Correction Reactive energy, management http://www.bmcmfg.ie/services/switchgear-manufacturing/pfc-power-factor-correction
- http://www.cenapradu.strefa.pl
- komercyjne.pl, Ceny nieruchomości biurowych w Polsce, http://komercyjne.pl/wiadomosc,5110,Ceny_nieruchomosci_biurowych_w_Polsce_Raport_komercyjne_pl,
- Praca zbiorowa, Zespoły prądotwórcze i zasilacze UPS w układach zasilania budynków w energię elektryczną, Wydanie I, Warszawa Grupa MEDIUM,2015
- P. Piotrowski, Problematyka niezawodności zasilania gwarantowanego oraz systemu informatycznego w obiektach data center (część1.), Grupa MEDIUM 2014, Elektro Info, nr 12
- P. Piotrowski, M. Derlacki, Analiza techniczna i ekonomiczna wybranych elementów zasilania gwarantowanego dla obiektu typu data center (cześć 1.), Grupa MEDIUM 2014, Elektro Info, nr 7-8
- Karta katalogowa General Electric Application Guide #21, APG_021_MTBFMTTR_XGB_V020.pdf, http://www.geindustrial.com/products/critical-power
- Karta katalogowa Euro-Diesel RELIABILITY OF NO-BREAK KS®SYSTEMS TI0008, TI0008 Reliability of No-Break KS systems 12480001AN rev01.pdf, http://www.euro-diesel.com
- datacenterjournal.com, DIESEL ROTARY UPS (DRUPS): OPERATIONAL AVAILABILITY, http://www.datacenterjournal.com/diesel-rotary-ups-drups-operational-availability/
- BMC Manufacturing, PFC Power Factor Correction Reactive energy, managementhttp://www.bmcmfg.ie/services/switchgear-manufacturing/pfc-power-factor-correction
- Presentation EST Energy_Euro_Diesel_koszty.pdf
