Batterielose USV Konzepte für hochverfügbare Rechenzentren. Dipl.-Ing. Uwe Schrader-Hausmann Chief Technical Officer Active Power

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1 Batterielose USV Konzepte für hochverfügbare Rechenzentren Dipl.-Ing. Uwe Schrader-Hausmann Chief Technical Officer Active Power

2 Verfügbarkeit eines Rechenzentrums» Verfügbarkeit gilt für alle Systeme im RZ Stromversorgung Kälteversorgung Sicherheitssysteme Brandschutz Brandbekämpfung» Konzentrieren wir uns zunächst einmal auf die Stromversorgung und deren Varianten bezüglich der Verfügbarkeit Wie ist die Verfügbarkeit definiert Uptime Institute Tier Klassifizierung ZVEI UPS uide Bitcom Whitepaper Betriebssichere RZ 2

3 IT-Stromversorgungssysteme Die Anforderungen» Anforderungen an hochverfügbare IT-Infrastrukturen Verfügbarkeit bis zu 99,999 %, also 5 Minuten Offtime/ Jahr abgesichert durch USV-Systeme gegen Kurzzeitausfälle bzw. zur Überbrückung nur 4 Prozent der Ausfälle dauern länger als 1 Sekunde abgesichert durch Notstromersatzanlage gegen längere Ausfälle 3

4 Tier Klassifizierung des Uptime Institutes in den USA» Das Uptime Institut hat um 1960 begonnen die Rechenzentren in Tier Klassen einzuteilen um den Kunden ein Mass an die Hand zu geben, die üte eines Systems zu ermitteln, so entstanden die Tier Werte für Rechenzentren, wie schon gesagt es gilt alle Systeme zu betrachten Tier I wurde Anfang der 60er Jahre definiert Tier II folgte in den 70zigern Tier III am Ende der 80ziger Jahre Tier IV wurde anhand des 1994 gebauten United Parcel Service (UPS Inc.) Rechenzentrums entwickelt Quelle: Uptime Institute 4

5 Rechenzentrums Klassifikation und Verfügbarkeit Tier I Tier II Tier III Tier iv Versorgungswege aktiver 2 aktive 1 passiver Redundanz nein nein N+1 S+S oder 2(N+1) Räumliche Abschottung nein nein nein ja leichzeitige Wartung nein nein ja ja Fehlertolerant für extreme nein nein nein ja Ereignisse Verfügbarkeit in % 99,671 99,741 99,982 99,995 Nicht verfügbar für 28,82h 22,6884h 1,5768h 0,4380h Quelle: Uptime Institute 5

6 Kurzer Überblick über mögliche Tier Systeme» Zu jeder Tier Klasse ein Einstrich Schema Natürlich gibt es viele Varianten, hier geht es nur ums rundsätzliche Was muss beachtet werden Wo liegen die Unterschiede 6

7 Tier I CS UPS + en Set (1 ATS) Tier I ATS UPS 500 einfaches Design eringste Kosten eringe Betriebskosten Test müssen geplant werden Wartung muss geplant werden System muss überwacht werden Single Point of Failures Notstromverbraucher USV Verbraucher Normale Verbraucher 7

8 Tier II Redundantes N+1 System mit CS USV + eneratorsatz Tier II komplexeres Design Deutlich mehr Kosten etwas höhere Betriebskosten ATS UPS 500 N+1 FUFO N+1 ATS Test müssen geplant werden Wartung muss geplant werden System muss überwacht werden Single Point of Failures Notstrom USV Verbraucherr Verbraucher Life- Safety Normale Verbraucher 8

9 Tier III CS System + System N+1 en Sets A FUFO N+1 B Normalstrom Verbraucher A Normalstrom Verbraucher B ATS ATS ATS ATS Notstromverbraucher - A USV 750 USV 750 Notstromverbraucher- B FUFO = First Up First On ATS = Automatischer Transfer Schalter = Verteilung A Lasten mt 2 Einspeisungen A Lasten mit einer Einspeisung B Lasten mit 2 Einspeisungen B 9

10 Tier III CS Distributed oder A/B Bus Konfiguration LOAST BANK Erweiterbar 2250 kw 2250 kw 2250 kw 2250 kw USV 1000 Left USV 1000 Right USV 1000 Left USV 1000 Right USV 1000 Left USV 1000 Right USV 1000 Left USV 1000 Right Dual Cord Loads Dual Cord Loads Dual Cord Loads Dual Cord Loads 10

11 Tier IV CleanSource System + System A/B Bus 2(N+1) en Sets A N+1 N+1 B FUFO FUFO Normalstrom Verbraucher A Normalstrom Verbraucher B Notstrom Verbraucher A USV 1000 N+1 USV 1000 N+1 Notstrom Verbraucher B A B Dual Cord Loads Dual Cord Loads

12 Minimum Tier III CleanSource System + Utility N+1 en Sets A FUFO N+1 B Normalstrom Verbraucher A Notstrom Verbraucher A Notstrom Verbraucher B Normalstrom Verbraucher B UPS 900 N+1 A B Dual Cord Loads Single Cord Loads Dual Cord Loads

13 CleanSource USV: Das Prinzip der Langzeit-USV Kälteanlage 13

14 Active Power CleanSource UPS Das Konzept» Normalbetrieb Bei Netzversorgung läuft die Flywheel- Einheit parallel zum Netz.» Stromausfall Ohne Netzversorgung oder bei unzulässigen renzwerten wird die Last verzögerungsfrei von der Online-Flywheel- Einheit versorgt. Der Online-Betrieb entspricht dem einer Doppelwandler-USV.» Weitere Stromstörungen Elektronik im Netzstromrichter kompensiert bzw. beseitigt Störungen. Blindstrom der Last wird kompensiert. Blindstrom 14

15 Active Power Das Schwungrad als Energiespeicher» Bestandteile multifunktionaler robuster Rotor (1) Vakuum im ehäuse reduziert Luftreibung Feldspule reduziert die ewichtskraft auf die Lager und minimiert die Reibungsverluste (2) Lagerkassetten leicht austauschbar (3)» Arbeitsweise speichert Energie in rotierenden Massen bei Netzausfall wird das Schwungrad zum enerator und speist die Last betriebsbereit bei Umdrehungen / Minute voll geladen bei Umdrehungen / Minute Ladezeit bei Inbetriebnahme unter 5 Minuten Wiederaufladezeit zwischen wenigen Sekunden und zwei Minuten

16 Active Power CleanSource UPS Die Features 100% 98% 96% 94% 92% 90% 88% 86% 84% 82% 80% 78% 76% 74% 72% 70%» Überbrückungszeit kva mit 23 Sekunden 250 kva mit 15 Sekunden pro Modul» Wirkungsgrad Bei Volllast bis zu 98 % bei Nennbedingungen gemäß EN Bei 40% ( typisch für A&B Systeme) >96% im Teillastbetrieb nicht unter 95 % Efficiency CSUPS 1000iZ 1000kVA Efficiency UPS1500iC 16

17 Active Power CleanSource UPS Die Features» Zuverlässigkeit 7-fach geringere Fehlerrate als batterie-gestützte Systeme verfügbare Kapazität jederzeit bestimmbar definierter und vorhersehbarer Ladezustand» Modulares Konzept USV wächst mit dem Bedarf Leicht zu installieren Kostenoptimierte N+1 Lösung Flexible Raumplanungen 17

18 Active Power CleanSource UPS Features on top» Umgebungsbedingungen Temperaturbereich von 0 C bis 40 C nur Belüftung erforderlich» Wartung & Service 1 Mal jährlich Austausch Lagerkassetten alle 4 Jahre empfohlen kein Abschalten des Flywheels für die Wartung» Lebenszeit CleanSource UPS: 20 Jahre Schwungrad: 20 Jahre keine Alterung Stahl» Abmessungen 1641 * 1981 * 865 mm (BHT) für Flywheel-USV mit 250 kva 3065 * 2417 * 889 mm (BHT) für Flywheel-USV mit 500 kva 6049 * 2417 * 889 mm (BHT) für Flywheel-USV mit 1000 kva 18

19 Active Power CleanSource UPS Die Vorteile» Kosten» Umwelt Einsparungen Stromkosten für Betrieb und Klimatisierung der USV Einsparungen beim Aufwand für Wartung und Service Einsparungen beim ebäude Einsparungen CO 2 nachhaltiger Ressourceneinsatz durch lange Lebensdauer keine giftigen Inhaltsstoffe unproblematische Entsorgung 2,000,000 1,800,000 1,600,000 1,400,000 1,200,000 1,000, , , , ,000 TCO kw (1.500 kva) Leistung, 10 Jahre 0 Doppelwandler statische USV USV mit m Batterie Batterie Flywheel USV ebäudekosten Service und Wartung Austausche Batterien Klima und lfd Stromverbrauch CapEx 19

20 Active Power CleanSource UPS Die Modellpalette» Single-Modul-Systeme 300-Serie, 120kVA, 150kVA und 250kVA» Multi-Modul-Systeme» In 250kVA Schritten -Serie, 250 kva und 500 kva Z-Serie, bis kva / System; parallel schaltbar bis 7 MVA ic-serie, bis kva / System 20

21 Active Power CleanSource UPS Die Einsatzbereiche» geeignet für die sehr kurzfristige Bereitstellung hoher Energiemengen für die Versorgung großer Lasten bei Kurzzeitausfällen» versorgt kritische Verbraucher aller Branchen wie Rechenzentren Produktionssysteme Infrastrukturanlagen» beispielsweise bei Novartis Pharma Basel IBM Schweiz Zürich Bedag Informatik A Bern Kantonalverwaltung Waadt Lausanne 21

22 Active Power PowerHouse Die Komponenten PowerHouse Langzeit- Stromversorgungssystem Schaltschrank mit ATS- Funktion CleanSource UPS Diesel-enerator enstart Dieseltank integriert Zubehör Licht Air-Conditioning optional 22

23 Active Power PowerHouse Die Funktionsweise Netzausfall ATS Dieselanforderung (variabel) Dieselstart, Erzeugung einer stabilen Ausgangsspannung USV-Ausgangssynchronisation mit dem Dieselausgang (worst case) USV übergibt die Last an Diesel (Rampe einstellbar) Diesel beginnt mit USV-Ladung und der Versorgung der Kälteanlage t=1.0 t=8.0 t=10.0 t=

24 Active Power PowerHouse Die Anwendungen» Einsatzbereich dauerhafte Erweiterung oder Ergänzung bestehender Infrastrukturen Desaster Recovery vorübergehender (zusätzlicher) Energiebedarf» Anwender Data Center, Spitäler und Industriebetriebe in der Schweiz, Schweizer Fernsehen 24

25 Beispiel einer Tier III Stromversorgung

26 Model des Stromversorgungstraktes

27 Schnittbild des Stromversorgungstraktes

28 Active Power PowerHouse Die Vorteile» Zeit» Kosten» Platz niedriger Planungs- und Entwicklungs aufwand schnell verfügbar und reproduzierbar durch standardisierte Abläufe und Komponenten einfache und schnelle Installation günstiger als Rauminstallation weniger Kapitalkosten Pay as you grow keine Verluste durch niedrige Auslastung geringer Energieverbrauch Fertigung im Werk keine Baustelle geringe Stellfläche 29

29 Active Power PowerHouse Die Features» 8 Standardkonfigurationen 225 bis 900 kw mit Optionen für kritische Lasten (no-break) kritische und wichtige Lasten (short-break)» 20 oder 40 Container» optional: interne Redundanz N+1 durch zusätzliches Schwungrad» Dieselwartung ohne USV- Abschaltung» USV-Wartung im Dieselbetrieb» leiser USV-Betrieb: 70 db(a)» im Werk getestet» Plug-and-Play 30

30 Active Power Das Unternehmen» Das Unternehmen gegründet 1992 börsennotiert im NASDAQ (ACPW) Hauptsitz in Austin, Texas Niederlassungen in China, roßbritannien und Deutschland weltweit tätig Qualitätsmanagement nach ISO 9001» Der Erfolg > Flywheels im Einsatz > 700 MW mit mehr als 100 Millionen Betriebsstunden in mehr als 40 Ländern branchenübergreifend für Rechenzentren, Produktionsanlagen und Infrastruktursysteme Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 31