Innovative USV-Systeme

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1 Session II: Premium Stromversorgung für das hochverfügbare Rechenzentrum von morgen Innovative USV-Systeme nicht nur für einen Neubau auf der grünen Wiese Optimierung der Stromversorgung eines Großrechenzentrums im Vollbetrieb, Diesel-USV-Systeme und Schwungmassenspeicher für eine hochwertige und kosteneffiziente Stromversorgung des Datacenters. Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 1

2 USV Versorgung im Rechenzentrum Eine unterbrechungsfreie, sichere Stromversorgung ist essenziell für jede IT - Infrastruktur und das 24/365 Max. 20ms Abb. Bereiche der ITIC (CBEMA)-Kurve von Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 2

3 PILLER Power Systems mit Sitz in Osterode (D) Als einziger USV-Hersteller weltweit hat PILLER sowohl statische USV-Systeme bis 400 kva als auch rotierende (dynamische) USV-Systeme von 150 kva bis 3 MVA Blockleistungen aus eigener Entwicklung und Produktion im Produktportfolio. Piller ist einer der größten Hersteller von 3-phasigen USV-Anlagen und ist weltweit die Nr. 1 im Bereich großer USV-Leistungen* *Quelle: IHS / UPS-World-4Q2014 Nothing protects quite like Piller Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 3

4 Kooperation von Christof Electrics & Piller Germany Seit über 15 Jahren setzen Christof Electrics & Piller Power Systems partnerschaftlich Stromversorgungsprojekte um. Aktuell betreuen wir in Österreich ca. 250 Anlagen mit einer Gesamtleistung von über 60 MVA Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 4

5 Sehr herzlich begrüßen wir heute bei uns: Ing. Dipl.-HTL-Ing. Franz Josef LECHNER, MBA MPA Leiter Rechenzentrumsbetrieb GRZ IT Center GmbH

6 DAS traditionsreiche UNTERNEHMEN Die Gründerzeit Die Geschichte der heutigen GRZ IT Gruppe beginnt 1971 mit der operativen Inbetriebnahme des damaligen Genossenschafts-Rechenzentrums (GRZ) in Oberösterreich. Stetiges Wachstum Das stetige Wachstum führte dazu, dass das Rechenzentrum 1982 in ein eigenes Gebäude in der Goethestraße 80 dem heutigen Stammhaus übersiedelte. Heute ist das GRZ IT Center das größte White-Label-Banken-Rechenzentrum Österreichs, und damit auch eines der größten Rechenzentren des Landes.

7 DAS traditionsreiche UNTERNEHMEN GRZ IT Gruppe heute: GRZ IT Center GmbH > Großrechenzentrum, Haupteigentümer: RLB OÖ AG > Zentrale in Linz, Niederlassungen in Innsbruck und Salzburg > größtes White-Label-Banken-Rechenzentrum Österreichs PROGRAMMIERFABRIK GmbH > IT-Projektgeschäft (branchenunabhängig) > Branchenlösungen, IT-Arbeitskräfteüberlassung

8 DAS traditionsreiche UNTERNEHMEN 1995 wird das GRZ Stammhaus mit dem ersten dynamischen USV-System der UNIBLOCK Typenreihe ausgestattet. Mit einer Nennleistung von 330 kva und einem externen Dieselaggregat mit 1000kVA bleibt die Versorgung OHNE Störung bis ins Jahr 2013 in Betrieb. USV 330kVA NEA 1000kVA 2007 wird die Versorgung im Zuge des Neubaus in der Liebigstrasse um einen zweiten Aggregateraum erweitert. Der gewählte UNIBLOCK UBTD hat ebenfalls 1000kVA Gesamtleistung. USV 500kVA NEA 500kVA

9 Versorgungsleistung des GRZ Stammhauses und Erweiterungsprojekt UNIBLOCK 330kVA und externes Dieselaggregat mit 1000kVA USV 330kVA NEA 1000kVA 2007 UNIBLOCK UBTD 500kVA+500kVA Versorgungsleistung. USV 500kVA NEA 500kVA 2012 Erweiterungsprojekt - Welche Leistung ist in 2 Aggregateräumen technisch realisierbar? Leistungsgrenze Dieselmotor: MTU 20V für gesamt 2500 kva USV 1670kVA USV 1670kVA NEA 830kVA NEA 830kVA

10 Erweiterungsprojekt 2012 Die Eckdaten für die Planung Leistung: Technisches Maximum mit kva wird geplant und passt dann auch wirklich genau in das Gebäude Modularität: Errichtung der Aggregate im Endausbau, da aus Platzgründen kein Teilausbau möglich Redundanz: Vollwertige 1+1 Redundanz und bewusste Vermeidung von SPOF

11 DAS traditionsreiche UNTERNEHMEN Projektabwicklung: Umbau und Erhöhung der möglichen IT-Leistung erfolgte im Vollbetrieb des Großrechenzentrums Beginnend mit dem Zubau und der Errichtung von Aggregat B Erst nach der Inbetriebnahme konnte die bestehende kva NEA-Anlage außer Betrieb gesetzt werden. In diesem Aggregateraum wurde dann das neue kva Aggregat A montiert und in Betrieb gesetzt

12 DAS traditionsreiche UNTERNEHMEN Einbringung USV A: 6-achsiger 400 t Mobilkran mit 70 m Ausleger, für Hubradius 40 m und max. Gewicht 15 t

13 DAS traditionsreiche UNTERNEHMEN Einbringung USV A: 6-achsiger 400 t Mobilkran mit 70 m Ausleger, für Hubradius 40 m und max. Gewicht 15 t

14 DAS traditionsreiche UNTERNEHMEN

15 Das Ergebnis kann sich sehen lassen: SYSTEM A UBTD 1670/830 für SYSTEM A

16 Das Ergebnis kann sich sehen lassen: SYSTEM B UBTD 1670/830 für SYSTEM B

17 DAS traditionsreiche UNTERNEHMEN Eckdaten der GRZ IT Center Stromversorgung am Standort Linz: 2 Stk. Diesel-USV-Aggregate mit knapp PS MTU 20V mit Hubraum 4 Liter pro Zylinder (gesamt also 80 Liter pro Aggregat) 1 Stk. Netzersatzanlage mit ca PS Perkins 8 Zylinder mit 30 Liter Hubraum Tanklager mit Liter Fassungsvermögen Projektlaufzeit der Erweiterung: 17 Monate

18 Unterschiedliche USV Systeme Statische USV Dynamische (rotierende) USV Statischer Wechselrichter, Transistoren zur Pulsweiten-Modulation, Filterkondensatoren, Rotierender Synchrongenerator Generatorische Spannungserzeugung

19 Langzeit-Erfahrungen im GRZ: Dynamische (rotierende) USV UNIBLOCK Langlebig: Piller UNIBLOCK aus 1995 Anlage war voll funktionsfähig, als 2013 durch 2,5 MVA Diesel-USV ersetzt UPDATE: Diese Anlage wurde 2 Jahre gelagert und inzwischen wieder in Betrieb gesetzt! Aktuell versorgt sie als Redundantsystem den GRZ-Standort am Europaplatz. Unproblematisch: Alle Verbraucher optimal versorgt Ein Lagertausch im Anlagen-Leben Sonst keine Ersatzteile benötigt Sicher: 20 Jahre unterbrechungsfrei

20 Energiespeicher für die unterbrechungsfreie Versorgung Was spricht für eine konventionelle Blei-Batterie? Sicherheit durch entsprechende Ausführung Wartungsarme geschlossene Batterie (n+1) Parallel-redundante Stränge > 5 Min. Rekombinationsstopfen Überbrückung im Minutenbereich bietet zumindest eine gefühlte Sicherheit Wie lange funktioniert Ihr Rechenzentrum OHNE Netzersatzversorgung? Ohne Eisspeicher liegt diese Zeit kaum noch im Minutenbereich... Erhöhte Sicherheit beim Dieselstart ist wichtiger als eine verlängerte Batterieüberbrückung!

21 Fakten zum Energiespeicher Von 487 Netzfehlern >10ms dauern nur 17 Ausfälle (= 3,5%) länger als 3s Defekte (!) Batterien sind oft der Grund, warum Netzausfälle nicht überbrückt werden können. Statistisch gesehen ist die Batterie mit Abstand der häufigste Grund für ein Versagen von USV-Anlagen. Wichtig: Betriebsführung und Wartung!!! Temperatur monatlicher Test jährliche Prüfung Die Verfügbarkeit von Schwungmassenspeichern und Netzersatzanlagen ist deutlich höher als die von Batterieanlagen

22 Energiespeicher für die unterbrechungsfreie Versorgung Welche Vorteile bietet der POWERBRIDGE Schwungmassenspeicher? Überbrückung nur im Sekundenbereich aber mit deutlich höherer Verfügbarkeit (20-fach) Doppelte Nutzungsdauer, vergleichbar mit der dynamischen USV (über 20 Jahre) Entsorgung auch in 20 Jahren problemlos Deutlich geringerer Platzbedarf (1,3 m 2 ) Bi-Direktionale Ladung mit bis zu 100% Lagerstandzeit ca. 10 Jahre (magnetisch entlastet) Geringe Verluste vergleichbar mit dem Batterieraum (Helium-Mantel reduziert die Reibung) Hubmagnet Oberes Lager 2. Oberes Lager Rotierende Gleichrichter Erregermaschine Generator Schwungmasse Unteres Lager 2. Unteres Lager Rahmen für den Lagertausch Kühlrippen Heliumdichtes Gehäuse

23 Schwungmasse oder Batteriesystem? 16,5 MWs Schwungmasse USV A: Bestehender Batterieraum wird genutzt USV B: Im Zubau entstehen die Kosten pro m 2 - Daher die platzsparende Lösung 15 Minuten Batterieanlage Die GRZ-Lösung war daher: Schwungmasse und Batterieanlage

24 ÖVE EN Seite 22 Spezielle Anforderungen an besondere Räume für Batterien Anti-Panik-Tür Lüftung ins Freie Boden säurefest, leitfähig & isoliert Elektrostatisch leitfähige Schuhe Verhinderung zu hoher Konzentrationen des bei der Ladung entstehenden Wasserstoffes und Vermeidung von Zündquellen Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 24

25 Sicherheitsanforderungen an Batterien und Batterieanlagen ÖVE EN Teil 2: stationäre Batterien: Schutz vor Gefahren die durch - Elektrolyt - elektrischen Strom - austretende Gase hervorgerufen werden

26 Grund für diese detaillierten Sicherheitsvorschriften: Verhinderung einer Knallgasexplosion Herbst 2014 Rechenzentrum in Innsbruck Knallgas-Explosion Brand Kontamination Monate lange Komplett-Sanierung des RZ und des darüber liegenden Bürogebäudes

27 Planungsvorgaben für die Stromversorgung Für die Revitalisierung von Rechenzentrum Innsbruck: Dynamische USV-Systeme so weit diese im unteren Leistungsbereich verfügbar Anforderungen: NEA-Leistung im Bereich 500 kva USV-Leistung im Bereich 400 kva redundante USV mit ca. 130 kva Die PILLER Lösung: NEA-Aggregat mit 590 kva + UNIBLOCK System für 420 kva mit Schwungmassenspeicher POWERBRIDGE + statische Piller APOSTAR 160 kva mit wartungsarmer Hoppecke Batterie Die Piller-Lösung für GRZ Innsbruck bietet: Alle Systeme aus einer Hand

28 Systemaufbau GRZ Innsbruck: Coupling Choke Bypass Utility UBT+420 Critical Load A 420kVA Genset NEA590 Flywheel Motor Generator Bypass Non-Critical Bus Batteries AP+160 Critical Load B 120kVA

29 Netzersatzanlage im GRZ Innsbruck:

30 Dynamisches USV-System im GRZ Innsbruck:

31 Statisches USV-System mit Batteriespeicher im GRZ Innsbruck:

32 Erhöhung der Betriebssicherheit von Batterieanlagen: (2) Redundante Lüftungsanlage Luftmenge für Normalladung + Starkladung getrennt ( erhöht leider die Kosten für Kühlung/Heizung auf 20 C) (1) Reduzierung der Gaskonzentration mit Rekombinationsstopfen AquaGen ( Gasdichte Batterien sind keine Lösung) (3) Überwachung der Funktion und der Temperatur (4) Messung und Überwachung der H2-Konzentration über die Gebäudeleittechnik

33 Erhöhung der Betriebssicherheit von Batterieanlagen: Die Katastrophe kann mit entsprechendem Aufwand wohl verhindert werden Das Problem der Betriebssicherheit beginnt aber bereits bei der Dimensionierung: < 5 Min. sehr unsicher Zur Sicherheit 2 Stk. 5 Min. Batterien Kostspielige Wartung Thermografie usw. Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 33

34 Erhöhung der Betriebssicherheit von Batterieanlagen: Die Katastrophe kann mit entsprechendem Aufwand wohl verhindert werden Das Problem der Betriebssicherheit beginnt aber bereits bei der Dimensionierung: < 5 Min. sehr unsicher Zur Sicherheit 2 Stk. 5 Min. Batterien Kostspielige Wartung Thermografie usw. Studie des Ponemon Institute aus 2013: Data Center Outages Top root causes of unplanned outages experienced during 2 years Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 34

35 Aktuelle RZ-Versorgung im mittleren Leistungsbereich Redundante Systeme versorgen das RZ von 2 Seiten (AB) Leistungsanpassung Mehrere Module erzeugen gemeinsam die nötige Leistung Komplexe USV-Systeme entstehen Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 35

36 Aktueller Versorgungsstandard im Rechenzentrum Ungesichertes Netz A Ungesichertes Netz B USV A1 USV A2 USV An USV A+1 Ungesicherte Verbraucher USV B1 USV B2 USV Bn USV B+1 Ungesicherte Verbraucher Hand-Service- Bypass Hand-Service- Bypass USV-Sammelschiene A Trenner USV-Sammelschiene B Trenner USV-Verteilung A USV-Verteilung B Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 36

37 Flächenbedarf für die sichere Stromversorgung 30% der versorgten IT-Fläche Diesel-Backup BATTERIE USV Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 37

38 Betriebssicherheit von Batterieanlagen: Wie gehen Großrechenzentren damit um? Unsere größte Batterieinstallation in Wien aus dem Jahr 2003 hat ein Gesamtgewicht von kg Bahnbrechende Batterie-Technologien werden seit Jahrzehnten angekündigt sind aber noch immer nicht verfügbar Unsere Top-Referenz aus 2013 ist ebenfalls mit 6MW USV-Leistung ausgerüstet: Systembedingt sind für die IT-Versorgung hier aber keine Batterien erforderlich! Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 38

39 Alternativen zu einer Batterieanlage: Diesel-USV Komplettsysteme Großrechenzentren kommen heute ohne Batterieanlagen aus. Die IT-Komponenten funktionieren auf Grund der hohen Leistungsdichte inzwischen nicht ohnenetzersatzversorgung aus einem Dieselaggregat. Innerhalb von 15s muss die Spannungsversorgung der Kälteversorgung sichergestellt werden. Die IT-Verbraucher werden für die Startzeit des Dieselmotors aus einem kinetischen Speicher unterbrechungsfrei weiter versorgt. Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 39

40 Kooperation mit Piller seit über 15 Jahren 2 MVA USV-Schaltanlage mit POWERBRIDGE 21 MWs Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 40

41 Typische Dimensionierungsansätze für internationale Großrechenzentren: Piller Stammkunde in den USA 10 Rechenzentren der 20 MW Klasse in den letzten 7 Jahren Piller USV-Leistung gesamt 267 MVA aus 160 Schwungmassenspeichern pro Rechenzentrum 16x Batterielose USV mit je kva und 16,5 MWs Speicher

42 Anforderungen für Rechenzentren im mittleren Leistungsbereich Hohe Grundkosten für rotierende USV-Systeme machen eine Verwendung von dynamischen USV mit Schwungmassenspeicher für Leistungen < 500kW bzw. < 1.000kW für Diesel-USV-Systeme daher schwer argumentierbar. Was wünscht sich der Markt für den mittleren Leistungsbereich? - Sinnvolle modulare Erweiterung - Sichere Versorgung (True-ONLINE) - Sichere Überbrückung > 15s - Höchste Wirkungsgrade - Geringer Platzbedarf - Geringe Wartungskosten TCO Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 42

43 PILLER entwickelt das Critical Power Module Das weltweit erste ONLINE Power Modul mit integriertem high-capacity Energiespeicher Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 43

44 Features of the Concept Nennleistung pro Modul: 300 kw / 333 kva einfach erweiterbar durch Parallelschaltung Speicherdimensionierung: 20 Sekunden aus einer 6 MJ Schwungmasse Platzbedarf(BxTxH): 2,5m x 1m x 1,9m Gewicht: kg Für den Betreiber interessant: Fernüberwachung als APP-Dienst Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 44

45 Erste technische Details zum CPM 300 Optimierte Kühlung der Hauptkomponenten (interne Flüssigkeitskühlung) Dreipunkt-IGBT Umrichter in double-conversion topology 4 unterschiedliche Betriebszustände manuell je nach Anforderung oder automatisch je nach Netzqualität ermöglichen den optimalen Wirkungsgrad angepasst an Ihre spezielle Applikation! Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 45

46 Betriebsarten CPM300 VFI Double-Conversion mit einem Wirkungsgrad von über 96% VI mode für eine effiziente Absicherung der Spannungsqualität - Wirkungsgrad über 98% VFI2 mode zur Frequenz-Stabilisierung des vorgeschalteten Dieselmotors Erweiterter ECO-Mode schaltet nicht einfach auf Netzbypass self-learning software option Enhanced Redundancy Mode (ERM) ~ VFI2 VFD Mode ~ ~ ~ ~ Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 46

47 Statische USV+Batterie vs Piller CPM Statisches USV System Batterie Batterieschränke Batterie Monitoring DC-Trenner DC-Kabel Klimatisierung Temperaturüberwachung Sicherungstrenner Batterie Installation Techniker Test der Überbrückungszeit Piller CPM Wartungaufwand pro Jahr: Statische USV + Batterie ca. 10 Manntage vs. Critical Power Module ca. 2 Manntage Ihr kompletter Aufwand für die Batterieanlagen entfällt! Verkabelung, Raumausstattung, Lüftung, Klima, Kontrolle, Wartung, Belastungstest, Erneuerung nach 10 Jahren, usw. 47

48 Deutlich reduzierter Aufwand in der Betriebsführung Siewerdenüberraschtsein, wieeinfachdie Versorgung mit dem Piller CPM ist! Direkt im RZ oder bei der NEA aufstellbar Biszu50 Umgebungstemperatur Minimaler Wartungsaufwand 1x pro Jahr, keine Batterietests Haupt-Wartung erst nach 10 Jahren inkl. Erneuerung der Lager und Kondensatoren Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 48

49 DANKE für Ihre Aufmerksamkeit! Data Center betriebssicher und effizient, hochverfügbar und zukunftsfähig planen und betreiben 49