André Schärer, BU Niederspannungs-Systeme / ABB Automation & Power World, 7./ 8. Juni 2011 Gleichstromversorgung in Rechenzentren

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2 Ausgangslage Den negativen Trends erfolgreich entgegenwirken Der stetig steigende Energieverbrauch und der Klimawandel als Folge des immer höher werdenden CO 2 - Austosses verlangen unmittelbar nach neuen Lösungsansätzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette Energieerzeugung, Energieverteilung und Verbrauch. Der Ruf nach Energieeffizienz und flächendeckendem Einsatz erneuerbarer Energien wird immer grösser. Die Gleichstromtechnik kann hier einen entscheidenden Beitrag leisten, um diesem Trend erfolgreich entgegenzuwirken: Ganzheitliche und nachhaltige Steigerung der Effizienz Vereinfachte Integration von erneuerbaren Energiequellen (z.b. Photovoltaikanlagen), DC-Verbrauchern (z.b. Elektromobile) und Energiespeichersystemen. Juni 2011 Slide 2

3 Gleichstromverbraucher Blick in den eigenen Haushalt Laptop PC Drucker Mobiltelefone Drahtlostelefon Kabelmodem, drahtloser Internet Router Batteriebetriebener Handstaubsauger Digitalkamera Elektronischer Fotorahmen LCD Fernseher Heimkino-System Elektrische Zahnbürsten LED Beleuchtung Juni 2011 Slide 3

4 Gleichstromverbraucher Andere Anwendungen Industrieelektronik z.b. die gesamte IT-Hardware Beleuchtungstechnik (LED) Telekommunikationstechnik (48 V DC) Motoren Regelantriebe (Drives) Schnellladegeräte für Elektromobile etc. Juni 2011 Slide 4

5 Rechenzentren Einige Fakten und Trends I Ein bedeutender Anteil des IT-Budgets einer Organisation (rund 25 %) ist dem Betrieb der Rechenzentren zuzuschreiben Server 5.75 Millionen Server werden jährlich neu installiert, 10 % davon bleiben ungenutzt (konservative Kapazitätsplanung) Der Energieverbrauch der ungenutzten Server entspricht dem CO 2 -Ausstoss von rund 6.5 Millionen Fahrzeugen Server sind oft so dimensioniert, damit sie die Spitzenlast abdecken können die durchschnittliche Auslastung liegt bei lediglich 20 % Juni 2011 Slide 5

6 Rechenzentren Einige Fakten und Trends II Kühlung Der Energieverbrauch für die Kühlung beträgt durchschnittlich 30 % und mehr des Gesamtenergieverbrauchs eines Rechenzentrums Infrastruktur Dies entspricht Kosten von rund $281 Millionen Rechenzentren wachsen jährlich 10 % in der Grösse durch die Installation neuer Server Das weltweit grössten Rechenzentren haben Flächen von über m 2 Der Energieverbrauch eines Rechenzentrums ist rund 100x grösser als derjenige eines Bürogebäudes vergleichbarer Grösse (Energiedichte) Der jährliche Anstieg des Energieverbrauchs liegt bei 1.4 GW (enterprise-class), respektive 700 MW (midsize) Juni 2011 Slide 6

7 Rechenzentren Einige Fakten und Trends III Infrastruktur (Fortsetzung) IT-Komponenten funktionieren mit Gleichstrom. Durch die Versorgung mit Wechselstrom finden 5 oder mehr Umwandlungen statt Effizienz Dies hat zur Folge, dass ca. 20 % der Energie innerhalb der elektrischen Infrastruktur durch Verluste verloren geht Die dadurch verursachten CO 2 -Emissionen entsprechend 700x der Fahrt zum Mars und zurück Die anerkannte Messgrösse für die Effizienz eines Rechenzentrums ist der PUE-Faktor (PUE = Power Usage Effectiveness)

8 Energieversorgung im Rechenzentrum AC versus DC Das Konzept grid-to-chip Netz Transformator UPS PDU AC-Server Utility UPS 16 kv AC 400 V AC 400 V AC 230 V AC DC AC/DC DC/DC VR CPU Batterie Netz Transformator Gleichrichter PDU DC-Server 16 kv AC 400 V AC V DC V DC DC DC/DC VR CPU Batterie Juni 2011 Slide 8

9 Gleichstromversorgung im Rechenzentrum Mehrwerte I 1 ABB Analyse 2 Duke Energy Analyse 3 Syracuse University Analyse 4 Emerson Network Power Höhere Energieeffizienz Weniger Umwandlungsstufen Weniger Verluste und Abwärme 10 % in der Energieverteilung 1, plus 15% Einsparungen im IT-Raum 2 Reduzierter Flächenbedarf Weniger Energietechnikprodukte Weniger Kühlungsinfrastruktur 2,661 ft 2 eingespart bei einer 2N Lösung 3 Erhöhte Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Weniger Umwandlungsstufen Weniger Komponenten UPS-bezogene Vorfälle sind am Meisten für Fehler in Rechenzentren verantwortlich 4 Reduzierte Installations- und Wartungskosten Weniger Komponenten Vereinfachte Verkabelung und Verdrahtung 29 % tiefere Installationskosten als bei AC; weniger Komponenten = weniger Wartung erforderlich 3 Juni 2011 Slide 9

10 Gleichstromversorgung im Rechenzentrum Mehrwerte II Keine Synchronisierung notwendig, wenn zwei verschiedene Quellen oder Netze gekoppelt werden Vereinfachte Verkabelung und Verdrahtung Nur Wirkverluste, keine Blindverluste und -leistung Keine Oberwellen Vereinfachte Integration von erneuerbaren Energiequellen (z.b. Photovoltaikanlagen), DC- Verbrauchern (z.b. Elektromobile) und Energiespeichersystemen Juni 2011 Slide 10

11 Gleichstromversorgung im Rechenzentrum Herausforderungen Paradigmen-Wechsel Standardisierung von Gleichspannungen Trend zu 48 V DC (Telekom) und V DC Entwicklung von technischen Normen und Standards Synchronisierung von ANSI (American National Standards Institute) und IEC (International Electrotechnical Commission) Normen Auswahl an Anbietern Zahlreiche Anbieter von AC-Produkten nur wenige Anbieter von DC-Produkten Juni 2011 Slide 11

12 Gleichstromversorgung im Rechenzentrum Weltweite Vorführobjekte Juni 2011 Slide 12

13 Gleichstromversorgung im Rechenzentrum Zusammenfassung Der Energieverbrauch aller Rechenzentren weltweit beträgt rund 80 Millionen MWh Rechenzentren sind aktuell verantwortlich für rund 2 % des globalen CO 2 - Ausstosses Die Gleichstromtechnik trägt massgeblich dazu bei, die Energieeffizienz nachhaltig zu steigern und somit auch den PUE-Faktor weiter zu reduzieren. Für die Rechenzentrumsbesitzer und betreiber reduzieren sich nicht nur die Investitionskosten (CapEx), sondern auch die laufenden Betriebskosten (OpEx), also die Gesamtkosten (TCO) über den Lebenszyklus des Rechenzentrums.

14 Ansprechperson André Schärer Globaler Leiter Marketing und Verkauf Geschäftseinheit Niederspannungs-Systeme ABB Schweiz AG Geschäftseinheit Niederspannungs-Systeme Fabrikstrasse 9 CH-5600 Lenzburg Direkt Mobile Juni 2011 Slide 14

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