Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz! 2014 Eaton. All Rights Reserved.

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2 Wir dürfen uns vorstellen Ralf Enderlin Eaton Electric GmbH, Achern Leitung USV Applications & Service Verantwortlich für die technische Beratung sowie Auslegung von gesicherten Stromversorgungen im Rechenzentrum Prof. Dr. Thomas Horn IBH IT-Service GmbH Geschäftsführer Beschäftigt sich seit 20 Jahren mit der gesicherten Stromversorgungen im Rechenzentrum 2014 Eaton. All Rights Reserved. 2

3 Projektbeschreibung über 90 % der Cloud Computing Infrastruktur befinden sich in USA (Amazon, Microsoft, Google) Projekt 1: Industrieller Einsatz einer Eaton-USV Projektname: Gesicherte Stromversorgung des Heliumverdichters für den supraleitenden Elektronen-Linearbeschleuniger Anforderungen: Zuverlässige Elt-Versorgung des Hochleistungskompressors 350kW Großer Anlaufstrom von ca A Deutschland als CC-Infrastruktur-Standort teuer einer der Gesamter Energiebedarf ca. 450kW Hauptgründe: vergleichsweise hohe Energiekosten max. Überbrückungszeit, da ausfallredundante MS-Versorgung (über EVU und eigenes BHKW) max. Überbrückungszeit von 10min Minimale laufende Betriebskosten CC stellt Rechtliche Probleme im Bereich Datenschutz dar Details über Projektentscheidung: Einsatz der Eaton 9395, 550kVA, im ESS-Mode Einsatz einer Batterieanlage auf Basis von Hoppecke-Batterien Bau eines separaten Häuschens für die USV-Anlage 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten 3 3

4 Projektbeschreibung Cloud Computing - Facts über 90 % der Cloud Computing Infrastruktur befinden sich in USA (Amazon, Microsoft, Google) Projekt 2: Hochverfügbare, ausfallredundante Versorgung eines Rechenzentrums Projektname: Gesicherte Versorgung eines Rechenzentrums mit max. 200kW in München-Unterföhring Anforderungen: Höchste Verfügbarkeit Deutschland als CC-Infrastruktur-Standort teuer einer der Perspektivisch Speisung über zwei Mittelspannungsnetze Hauptgründe: vergleichsweise hohe Energiekosten Überbrückungszeit ca. 10min, da NEA vorhanden max. Energieeffizienz Schutz des Netzes des EVU vor hohen THD-Werten und schlechtem cos ϕ der Verbraucher CC stellt Rechtliche Probleme im Bereich Datenschutz dar Details über Projektentscheidung: Einsatz der Eaton 93PM, wahlweise im ESS- oder VMMS-Mode Einsatz von Hoppecke-Batterien Auslegung als komplette A/B-Versorgung gemäß TIA Eaton. Alle Rechte vorbehalten 4 4

5 Energiebedarf im RZ Storage 5% Klimatisierung 32% Statistiken gehen im Allgemeinen von ca. 55% Nutzlast, ca. 13% USV-Verlustleistung und ca. 32% Klimatisierung aus. Netzwerk 4% USV Verlustleistung 13% Das bedeutet: USV-Wirkungsgrad η = 87% Server 40% konservative Werte? Wenn Klimatechnik nicht über USV, dann η = 80%!!! Stromverteilung 2% Sonstige Infrastruktur 4% Quelle: Dr.Hintemann/Borderstep Eaton. Alle Rechte vorbehalten 5 5

6 10 25% Auslastung die energetische Achillesferse von herkömmlichen USV < 30% Last Wirkungsgrad stürzt ab >92% Wirkungsgrad nur bei >70% USV-Last (unrealistisch) 80% 100% 90% 80% USV Wirkungsgrad 70% 60% 50% 40% 30% 20% Typischer Lastbereich Wirkungsgrad Redundanz-USV (2 x 200kVA) 100KW Gesamtlast Auslastung pro USV = 25% 10% 0% 0% 10% 20% 30% 25% 40% 50% 60% USV Last in % 70% 80% 90% 100% 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten 6 6

7 Berechnung der Betriebskosten Gesamtkosten pro Jahr = Stromkosten für USV-Verlustleistung + Stromkosten für zusätzliche Kühlung + Wartungskosten / Wartungsvertrag + Investitionskosten z.b. Batterietausch 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten 7 7

8 Investitions- und Betriebskosten B E S T A N D Reveman Energy Academy Jahre Wirkleistung der Verbraucher (Last) in kw Wirkungsgrad der USV in % 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% Eingangsleistung der USV in kw 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 Verlustleistung der USV in kw 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 kwh pro Jahr bei 8760 h (24 x 365) Stromkosten Jahr 1 in EUR pro kwh Kostensteigerung pro Jahr 0,17 6,8% 0,17 0,18 0,19 0,21 0,22 0,24 0,25 0,27 0,29 0,31 Mehrkosten durch USV Verlustleistung pro Jahr (ohne Kühlung) , , , , , , , , , ,49 CoP (coeffizient of performence) für die Kühlung, Faktor 0, , , , , , , , , , ,02 kwh pro Jahr inkl. Kühlung (Verlustleistung USV) Mehrkosten durch Verlustleistung pro Jahr (inkl. Kühlung) , , , , , , , , , ,51 Wartungsvertrag Kosten pro Jahr 2.400, , , , , , , , , ,00 Batterietausch innerhalb 10 Jahre 0,00 0,00 0,00 0, ,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Investitionskosten neue Anlage und neue Batterien 0,00 Investitions- Wartungs und Stromkosten (Verlustleistung) , , , , , , , , , ,51 Saldiert , , , , , , , , , , Eaton. Alle Rechte vorbehalten 8 8

9 Hocheffizienzmodus (ESS): 22 % weniger Gesamtverbrauch Klimatisierung 28% Reduktion Klima durch die neue USV 4% ESS USV Verlustleistung 1,2% Reduktion USV- Verluste durch neue USV 18,8%. Dadurch ~ 90% Reduktion der USV- Verlustleitung Quelle: Dr.Hintemann/Borderstep Eaton. Alle Rechte vorbehalten 9 9

10 Ideallinie - Hocheffizienzcharakteristik - nahe an 100% Leistungsproportionalität 98,5% USV Wirkungsgrad 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 25% USV Last in % 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten Urheberrechtlich geschützt 10 Reveman Energy Academy 10

11 Investitions- und Betriebskosten B E S T A N D Reveman Energy Academy Jahre Wirkleistung der Verbraucher (Last) in kw Wirkungsgrad der USV in % 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% 80,0% Eingangsleistung der USV in kw 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 62,5 Verlustleistung der USV in kw 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 12,5 kwh pro Jahr bei 8760 h (24 x 365) Stromkosten Jahr 1 in EUR pro kwh Kostensteigerung pro Jahr 0,17 6,8% 0,17 0,18 0,19 0,21 0,22 0,24 0,25 0,27 0,29 0,31 Mehrkosten durch USV Verlustleistung pro Jahr (ohne Kühlung) , , , , , , , , , ,49 CoP (coeffizient of performence) für die Kühlung, Faktor 0, , , , , , , , , , ,02 kwh pro Jahr inkl. Kühlung (Verlustleistung USV) Mehrkosten durch Verlustleistung pro Jahr (inkl. Kühlung) , , , , , , , , , ,51 Wartungsvertrag Kosten pro Jahr 2.400, , , , , , , , , ,00 Batterietausch innerhalb 10 Jahre 0,00 0,00 0,00 0, ,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Investitionskosten neue Anlage und neue Batterien 0,00 Investitions- Wartungs und Stromkosten (Verlustleistung) , , , , , , , , , ,51 Saldiert , , , , , , , , , ,09 N E U Jahre Wirkleistung der Verbraucher (Last) in kw Wirkungsgrad der USV in % 98,5% 98,5% 98,5% 98,5% 98,5% 98,5% 98,5% 98,5% 98,5% 98,5% Eingangsleistung der USV in kw 50,8 50,8 50,8 50,8 50,8 50,8 50,8 50,8 50,8 50,8 50,8 Verlustleistung der USV in kw 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 kwh pro Jahr bei 8760 h (24 x 365) Stromkosten Jahr 1 in EUR pro kwh Kostensteigerung pro Jahr 0,17 6,8% 0,17 0,18 0,19 0,21 0,22 0,24 0,25 0,27 0,29 0,31 Mehrkosten durch USV Verlustleistung pro Jahr (ohne Kühlung) 1.133, , , , , , , , , ,84 CoP (coeffizient of performence) für die Kühlung, Faktor 0,35 396,87 423,86 452,68 483,46 516,33 551,45 588,94 628,99 671,76 717,44 kwh pro Jahr inkl. Kühlung (Verlustleistung USV) Mehrkosten durch Verlustleistung pro Jahr (inkl. Kühlung) 1.530, , , , , , , , , ,28 Wartungsvertrag Kosten pro Jahr 2.400, , , , , , , , , ,00 Batterietausch innerhalb 10 Jahre 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Investitionskosten neue Anlage mit neue 10 Jahres-Batterien ,00 Investitions- Wartungs und Stromkosten (Verlustleistung) , , , , , , , , , ,28 Saldiert , , , , , , , , , , Eaton. Alle Rechte vorbehalten 11 11

14 USV Eaton 93PM Niedrigste Gesamtkosten (TCO) Marktführende Energieeffizienz nachgewiesen durch Testinstitute Äußerst kompakte Abmessungen Skalierbar und hoch verfügbar Zentrale Umgehung für optimale Selektivität und Flexibilität Pay as you grow Einfach zu integrieren Für Gangschottung oder Aufstellung an der Wand Wartungsfreundlich Zugang nur von Vorne Komplette Suite an Power-Management- und Schnittstellenoptionen Einbindung in führende Virtualisierungs-Managementsysteme Einfach zu bedienen Informationen zu Status und Historie über großen LCD-Bildschirm 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten 14 14

15 Niedrigste Gesamtkosten (TCO) Eaton 93PM minimiert die Betriebskosten > 99% Wirkungsgrad mit Energy Saver System (ESS) Herausragender Effizienz dank Doppelwandler auf Abruf Bis zu 96,6% Wirkungsgrad im Doppelwandler-Modus (VFI nach EN ) Durch High-End-Mehrstufenwandler-Technologie Eaton 93PM: Wirkungsgrad im Doppelwandler-Modus Bei guter Qualität der Netzspannung können im ESS-Modus die Verlustleistung der USV um 72% gesenkt werden, da sie nur bei Bedarf in den Doppelwandlermodus wechselt. Modernes, mehrstufiges Wandlerkonzept sorgt im Doppelwandlermodus für marktführenden USV-Wirkungsgrad von bis zu 96,6% in großem Betriebsbereich. USV-Wirkungsgrad [%] ESS Doppelwandler Last [% des Nennwerts] 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten 15 15

16 ESS (Energy Saver System) Das System aktiviert Module in Abhängigkeit von der Netzqualität Eingangsspannung ausserhalb Innerhalb innerhalb Gleichrichter- Last-Toleranz Toleranz Aktive Module +10% 45Hz 47Hz + 10% -10% 53Hz 55Hz % Bei Nennspannung 400V/50Hz 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten 16 16

19 Technischer Diskurs zu USV Energiesparmodus Umschaltzeiten können Fehlfunktionen bei Verbraucher verursachen Frühere Energiesparmodus = Umschaltzeiten >10ms, USV Ausgang durch Schütze von Wechselrichter getrennt (hohes Schaltrisiko). ESS: Wechsel < 2ms, USV Ausgang permanent mit Wechselrichter verbunden Verbraucher sind nicht vor allen Netzproblemen geschützt Früher war die Messung der Netzqualität sehr langsam. Durch DSP und leistungsfähige Logik- Prozessoren findet der Wechsel auf Doppelwandlerbetrieb mindestens um Faktor 4 schneller statt. Passive Ein-/Ausgangsfilter sorgen für zusätzlichen-schutz Energiesparmodus stellt erhöhte Stressbelastung für USV dar und verkürzt MTBF Genau das Gegenteil ist der Fall. Da Lüfter, Leistungselektronik und Kondensatoren stromlos = längere Lebensdauer. Schnelles Einschalten der Leistungselektronik ist gleiche Belastung wie bei normalem Doppelwandlerbetrieb auch (kein thermischer oder elektrischer Schock) 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten 19 19

20 Skalierbar und hoch verfügbar Anschlussfeld USV Modul 50 kw USV Modul 50 kw BYPASS EUE USV Modul 50 kw USV Modul 50 kw Modular und Skalierbar in 50 kw-schritten bis 200 kw pro Schrank und 1,6 MW pro System Zentraler USV-Umgehung (EUE) pro Systemschrank mit voller Leistungskapazität vom ersten Tag an. Fehlertoleranter Parallel-Bus - HotSync - Redundanz: N+1, 2N oder 2N+1 DEFINITION: Redundanz (lat. redundare = im Überfluss vorhanden sein) Redundanz ist das Vorhandensein von mehr funktionsbereiten technischen Mitteln, als zur Erfüllung der vorgesehenen Funktion notwendig ist Eaton. Alle Rechte vorbehalten 20 20

21 93PM skalierbares USV-Konzept Die dezentrale Parallelarchitektur eignet sich für sämtliche Verfügbarkeitsklassen nach EN Klasse 1 bis 4 (erste europäische Norm für grüne Rechenzentren) sowie nach US Uptime Institute; Tier I bis Tier IV mit N+1, 2N+1 oder 2N Redundanz....bis 1,6 MW 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten 21 21

22 Variables Modulares Management System VMMS Prinzip Verbraucherlast optimal auf aktive USV-Module aufteilen Effizienz des Gesamtsystem optimieren 100% System-Effizienz steigt dank modularem USV Design und VMMS 90% 80% 20% 40% 60% 80% 100% Auslastung jedes USV System ohne modularem USV Design und VMMS 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten Auslastung des Eaton USV- Modul bei Nutzung von VMMS 22 22

23 Stromversorgungs Management Intelligent Power Manager Software für zentrale Überwachung und Steuerung Stromversorgungskomponenten USV (auch Parallelanlagen) epdu (Messende, schaltbare Steckerleisten) Generator Alle SNMP kompatiblen IT-Komponenten Server Windows PC und Server (incl. HyperV, SCVMM) VMware vcenter, ESX, ESXi Citrix XenServer, XenCenter Storage NetApp Shutdown Alle SNMP kompatiblen Cisco UCS 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten

24 Energiemanagement Strategien Cloud Computing - Facts Bei Stromausfall oder Übertemperatur: Werden VMs von betroffenen Systemen auf nichtbetroffene verschoben über 90 % der Cloud Computing Infrastruktur befinden sich in USA (Amazon, Microsoft, Google) Wird der Hypervisor ordnungsgemäß heruntergefahren und der Host ausgeschaltet Deutschland als CC-Infrastruktur-Standort teuer einer der Hauptgründe: vergleichsweise hohe Energiekosten CC stellt Rechtliche Probleme im Bereich Datenschutz dar 2014 Eaton. Alle Rechte vorbehalten 24 24

25 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 25 Entwicklung 1991 Prof. Dr. Horn gründet Schulungs- und Consultingunternehmen mit 2 Mitarbeitern Sächsischer Internetprovider Erster USV-Einsatz 1996 Umfirmierung in GmbH und somit Neuausrichtung als Systemhaus Mitarbeiter 2000 Umzug in neues Firmengebäude Erster Einsatz 3~ USV-Anlage Mitarbeiter 2012 ISO 9001:2008 Zertifizierung 2013 Frau Sandra Horn wird kaufmänn. Geschäftsführerin 2014 derzeit 30 Mitarbeiter IBH IT-Service GmbH sales@ibh.de

26 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 26 Unternehmensbereiche IBH IT-Service GmbH Systemhaus Server- und Clustersysteme Storage und Backup-Systeme Komplexe Netzwerklösungen Server- und Speichervirtualisierung WLAN und Telefonie- Lösungen Rechenzentrumsplanung USV-Anlagen bis 4.400kVA Internetservice Rechenzentrumsdienstleistungen (Virtual Private Cloud bis komplette Rack-Vermietung) Leitungsanbindung (Internetzugänge, VPN- Lösungen) Security und Firewall Domains (weltweit) Servicemanagement 24-Stunden-Hotline Supportleistungen (telefonisch, remote, Vor-Ort) Monitoring Systempflege Vertragswesen Ihr Vorteil: Synergieeffekte zwischen den Geschäftsfeldern IBH IT-Service GmbH

27 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 27 Systemhaus Wir unterstützen Sie bei Planung, Installation/Konfiguration und Support auf folgenden Gebieten: Server- und Clustersysteme Virtualisierungslösungen von Servern und Desktops mit VMware oder Citrix Speichervirtualisierung mit DataCore komplexe Netzwerkinfrastrukturen sowie virtuelle private Netzwerke (VPN) Storage-Systeme (HP 3PAR, Lefthand, MSA, usw.) Datensicherungsstrategien WLAN-Infrastrukturen und moderne IP-Telefonie Kommunikationsserver TransConnect und Langzeitarchivierung mit icas Darüber hinaus übernehmen wir auch die Planung und Projektierung von: USV-Anlagen bis 4.400kVA Serverräumen, bei Bedarf mit Generalauftragnehmerschaft unternehmensweiten Securitykonzepten (z.b. PEN-Analysen) Alles was das Herz eines EDV-Leiters höher schlagen lässt IBH IT-Service GmbH

28 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 28 Projekt 1: Industrieller Einsatz einer Eaton-USV Projektname: Gesicherte Stromversorgung eines Heliumverdichters für einen supraleitenden Elektronen-Linearbeschleuniger Anforderungen: Zuverlässige Elt-Versorgung des Hochleistungskompressors 350kW Großer Anlaufstrom von ca A Gesamter Energiebedarf ca. 450kW Max. Überbrückungszeit von 10min, da ausfallredundante MS-Versorgung (über EVU und eigenes BHKW) Minimale laufende Betriebskosten Details über Projektentscheidung: Einsatz der Eaton 9395, 550kVA, im ESS-Mode Batterieanlage auf Basis von Hoppecke-Batterie33n Bau eines separaten Gebäudes für die USV-Anlage 2014 IBH IT-Service GmbH

29 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 29 Randbedingungen des Projektes Verbraucher erzeugen keine Oberwellen (kleiner THD) cos ϕ liegt bei ca. 0,8, aber Objekt verfügt über eine cos-ϕ-kompensationsanlage (Power Factor Controller) ESS-Mode ist einsetzbar Hauptkompressor hat sehr großen Anlaufstrom von ca A Auswahl der Eaton 9395, 550kVA Es stehen keine geeigneten Räume zur Aufstellung von USV und Batterien zur Verfügung Bau eines Gebäudes für die USV-Anlage Freistehendes USV-Gebäude Blitzschutz/Überspannungsschutz sind zu beachten 2014 IBH IT-Service GmbH

30 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 30 Zur Auswahl der Eaton 9395 (1) Übersicht über die Modelle modulare Struktur, bestehend aus ISBM (Integr. Service-Bypass-Modul) und 1-4 Leistungsmodulen (UPM Uninterruptible Power Module) ausfallredundante USV-Steuerung 1 UPM 225/275kVA (830kg) 3 UPM 675/825kVA (2.520kg) 4 UPM = 900/1100kVA (3.120kg) 2 UPM 450/550kVA (1.430kg) 2014 IBH IT-Service GmbH

31 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 31 Zur Auswahl der Eaton 9395 (2) Nennstrom je UPM I N =400A pro Phase sehr hohe Kurzschlussfestigkeit im Wechselrichter je UPM ca. 800A für mindestens 300ms Sollte die Kurzschlussfestigkeit nicht ausreichend sein, dann schalten die UPM kurzzeitig auf den Bypass um. Im Bypass-Betrieb beträgt die Kurzschlussfestigkeit das 10fache des nominalen Stromes, also ca A je UPM. Kurzschlussfestigkeit ist bei geforderten 1.600A mit 2 UPM grenzwertig. Kurzschlussfestigkeit ist abhängig von Stromstärke und Zeit. Engineering in Finnland bestätigte, man kann auch für eine Zeit bis zu 150ms (7-8 Perioden zu 20ms) von 1.200A je UPM ausgehen bei 2 UPM ca A Eaton 9395 mit 2 UPM ist grundsätzlich geeignet 2014 IBH IT-Service GmbH

32 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 32 Aufbau der Eaton 9395, 550kVA X-Slot-Steckplätze Anschlußfeld (Batterien, Eingänge, Ausgang,) Optionaler Eingangstrennschalter Optionaler MBS Statischer Bypass Verkabelung ISBM UPM1 UPM2 Gleichrichtermodul Wechselrichtermodul redundante Netzteile Logikboard Ausgangstrennschalter UPM-Serviceschalter 2014 IBH IT-Service GmbH

33 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 33 Energieersparnis bei der Eaton 9395 (1) Variable Module Management System (VMMS) Durch Abschalten von USV-Modulen wird der Wirkungsgrad η der restlichen Module verbessert, z. B. von 91% auf 95%. Erst wenn die Leistungsabnahme steigt oder ein Modul ausfällt, werden weitere Leistungsmodule wieder zugeschaltet. Hat bei diesem Einsatzfall keine Bedeutung, da keine redundanten UPM Energy Saver System (ESS) Versorgung der Sekundärseite über den Bypass, wenn die Bypass- Spannung sich in den vorgegebenen Grenzwerten befindet Einsetzbar, wenn THD im zulässigen Bereich und cos ϕ unproblematisch Umschaltzeit im ESS-Mode <2µs Wirkungsgrad von mehr als 99% bevorzugt eingesetzter Betriebsmodus in diesem Projekt Neu: Eaton 9395P mit THD-Reduktion und cos ϕ-korrektur! (ca. Q1/2015) 2014 IBH IT-Service GmbH

34 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 34 Energieersparnis bei der Eaton 9395 (2) Eaton 2014 Eaton kva Frühere Eaton- Modelle, andere Hersteller Wirkleistung der Verbraucher (Last) in kw Betriebsart ESS-Mode Doppelwandler Wirkungsgrad der USV in % 99,0% 92,0% Eingangsleistung der USV in kw kw 454,55 489,13 Verlustleistung der USV in kw kw 4,55 39,13 Wärmeverluste USV in kwh pro Jahr kwh Stromkosten in EUR pro kwh 0,16 0,16 0,16 Kosten durch Verlustleistung pro Jahr (ohne Kühlung) 6.377, ,61 EER (Energy Efficiency Ratio) für die Kühlung, Faktor 3,3 3,3 3,3 Verluste durch Kühlung in kwh pro Jahr kwh Kosten durch Kühlung pro Jahr 1.932, ,58 Verluste durch USV und Kühlung in kwh pro Jahr kwh Kosten für Verluste pro Jahr (USV inkl. Kühlung) 8.309, ,19 Kosten für Verluste über 5 Jahre , ,93 Kosten für Verluste über 10 Jahre , ,86 Kosteneinsparung durch Eaton-USV 9395 pro Jahr und USV Kosteneinsparung durch Eaton-USV 9395 über 10 Jahre pro USV , , IBH IT-Service GmbH

35 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 35 Zur Projektierung der Batterieanlage Höhere Verfügbarkeit durch verteilte Batterie bei modularen USV Max. Entladestrom 685A beim Erreichen der Cut-Off-Spannung Einsatz von Hoppecke-Batterien wegen des besseren Hochstrom- Verhaltens Vorteile: Laderichter (DC-DC-Wandler) arbeiten autonom ABM-Zyklus wird von jedem UPM unabhängig autonom durchgeführt Durch ABM können schon zwei defekte Batterien erkannt werden Defekte Batterieketten werden automatisch identifiziert Bei Stromausfall werden im VMMS alle UPM eingeschaltet 2014 IBH IT-Service GmbH

36 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 36 Planung des USV-Gebäudes 2014 IBH IT-Service GmbH

37 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 37 Planung des Elt-Verteilers / Übersichtsschaltplan Überspannungsschutz auf der Primär- und Sekundärseite! 2014 IBH IT-Service GmbH

38 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 38 USV-Gebäude und Batterieanlage 2014 IBH IT-Service GmbH

39 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 39 Komplette USV-Anlage inkl. Elt-Verteiler 2014 IBH IT-Service GmbH

40 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 40 Projekt 2: Hochverfügbare Versorgung eines Rechenzentrums Projektname: Gesicherte Versorgung eines Rechenzentrums mit max. 200kW in München-Unterföhring Anforderungen: Höchste Verfügbarkeit Perspektivisch Speisung über zwei Mittelspannungsnetze Überbrückungszeit ca. 10min, da NEA vorhanden max. Energieeffizienz Schutz des Netzes des EVU vor hohen THD-Werten und schlechtem cos ϕ der Verbraucher Details über Projektentscheidung: Einsatz der Eaton 93PM, wahlweise im ESS- oder VMMS-Mode Einsatz von Hoppecke-Batterien Auslegung als komplette A/B-Versorgung gemäß TIA IBH IT-Service GmbH

41 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 41 Randbedingungen des Projektes Vollredundanter Aufbau der Elt-Versorgung des Rechenzentrums Planung des späteren Ausbaus mit einer zweiten MS-Versorgung Gewährleistung einer maximal möglichen Versorgungssicherheit Aufbau von 2 parallelen Versorgungssträngen (Feed A und Feed B) modularer, ausfallredundanter Aufbau der USV-Anlage Schrittweiser Ausbau des Rechenzentrums in 2 Etappen: Etappe 1: 100kW, Überbrückungszeit >10min Etappe 2: 200kW, Nachrüstung eines zweiten Batterieschranks Max. Energieersparnis ESS-Mode ist einsetzbar, wenn Verbraucher es zulassen VMMS-Mode, falls THD und cos ϕ der Verbraucher ESS nicht zulassen USV-gestützte Verbraucher ausschließlich im Rechenzentrum 2014 IBH IT-Service GmbH

42 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 42 Zur Auswahl der USV-Anlage Eaton 93PM wurde für den RZ-Einsatz konzipiert cos ϕ=1 Modularer Aufbau aus Leistungsmodulen zu 50kW = 50kVA (auch 30kW und 40kW möglich) Gefäßsystem für vier Leistungsmodule Integrierter zentraler statischer Bypass Bei Planung bzw. Bestellung muss die Auslegung des Bypasses spezifiziert werden (50kW, 100kW, 150kW oder 200kW) Linksseitiger großer Klemmraum für Kabeleinführung von unten, hinten oder oben Optionaler integrierter Batterietrennschalter (500A) wahlweise im Redundanz- oder Kapazitätsmodus Gemeinsame Batterie für alle Leistungsmodulen Unterstützung von VMMS und ESS

43 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 43 Zur Energieeinsparung bei der Eaton 93PM (1) Wirkungsgrad der Eaton 93PM in verschiedenen Modi (gem. IEC ) Eaton 93PM: Wirkungsgrad im Doppelwandler-Modus USV-Wirkungsgrad [%] ESS Doppelwandle r Last [% des Nennwerts] Durch die zwei parallelen Versorgungsstränge arbeiten die USV immer im Lastbereich <50% VMMS bringt nur eine Energieersparnis, wenn Last deutlich <25% 2014 IBH IT-Service GmbH

44 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 44 Zur Energieeinsparung bei der Eaton 93PM (2) Wenn der Doppelwandler-Modus genutzt werden muss, entstehen für den Betreiber des Rechenzentrums finanzielle Verluste: Eaton 2014 Eaton 93PM 200 kw Eaton 93PM 200 kw Wirkleistung der Verbraucher (Last) in kw Betriebsart Doppelwandler ESS Wirkungsgrad der USV in % 96,7% 99,0% Eingangsleistung der USV in kw kw 206,83 202,02 Verlustleistung der USV in kw kw 6,83 2,02 Wärmeverluste USV in kwh pro Jahr kwh Stromkosten in EUR pro kwh 0,16 0,16 0,16 Kosten durch Verlustleistung pro Jahr (ohne Kühlung) 9.572, ,23 EER (Energy Efficiency Ratio) für die Kühlung, Faktor 3,3 3,3 3,3 Verluste durch Kühlung in kwh pro Jahr kwh Kosten durch Kühlung pro Jahr 2.900,89 857,95 Verluste durch USV und Kühlung in kwh pro Jahr kwh Kosten für Verluste pro Jahr (USV inkl. Kühlung) , ,18 Kosten für Verluste über 5 Jahre , ,91 Kosten für Verluste über 10 Jahre , ,81 Kosteneinsparung durch Eaton-USV 93PM pro Jahr und USV Kosteneinsparung durch Eaton-USV 93PM über 10 Jahre pro USV , ,34 Einsatz einer vorgeschalteten cos-ϕ-kompensationsanlage mit THD-Korrektur 2014 IBH IT-Service GmbH

45 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 45 Planung der benötigten Leistung Ein 16A-Stromkreis max. 3,5kW Zwei 16A-Stromkreise max. 7kW besser: 3 16A-Stromkreise = 3 Phasen (man kann die Lasten besser auf die Phasen aufteilen) Bei einer redundanten Versorgung mind. 4 16A-Stromkreise je Rack 7kW pro Rack ist im allgemeinen ein akzeptierter Maximalwert Wie sieht es in der Praxis aus? die durchschnittliche Leistungsaufnahme beträgt 3-5kW je Rack Die von den Herstellern angegebenen Leistungsaufnahmen werden regelmäßig (deutlich) unterschritten Nutzer wollen keine extrem hohe Packungsdichte Je nach Einsatzfall kann man mit 100kW etwa Racks versorgen Ausnahmen: Beim Einsatz von Bladesystemen sind 8 16A-Stromkreise, 12kW, und mehr erforderlich 2014 IBH IT-Service GmbH

46 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 46 Organisation der Elt-Versorgung für die Racks Getrennte Zuführung der redundanten Stromkreise Festanschluss der PDU ortsfeste Installation Monitoring der Leistungsaufnahme über IP, da es sonst zur Überlastung der Stromkreise beim Ausfall eines Stromkreises kommen kann Feed A Feed B 2014 IBH IT-Service GmbH

47 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 47 Übersichtsschaltplan 2014 IBH IT-Service GmbH

48 Gesicherte Energieversorgung bei optimaler Energieeffizienz 48 Gestaltung hochverfügbarer Schaltverteiler Einsatz von wartungsfreien NH-Trennern Einsatz einer zentralen Potenzialausgleichsschiene für die USV-Anlage Einsatz einer zentralen Neutralleiterschiene Keine vierpolige Schaltung Gefahr eines freischwebenden Neutralleiters Funktionspotenzialausgleich gemäß VD IBH IT-Service GmbH