انتخاب دیزل ژنراتور برای دیتاسنتر

ضرورت استفاده از دیزل ژنراتور در دیتاسنترها

توسعه بی‌وقفه فعالیت‌های اینترنتی و کسب و کارهای آنلاین، نیاز به ذخیره‌ و پردازش حجم انبوهی از اطلاعات را افزایش داده است. دیتاسنترها مصرف برق بالایی دارند و انرژی الکتریکی، عاملی حیاتی و ضروری برای ادامه فعالیت آن‌ها است. بدون برق پایدار و مطمئن، امکان ذخیره، دسته‌بندی، پردازش یا جستجوی در داده‌ها وجود ندارد. همچنین، عملیات خنک‌کاری تجهیزات  IT نیز وابسته به انرژی الکتریکی می‌باشد که در صورت قطع برق، ادامه این عملیات بدون استفاده از دیزل ژنراتور، میسر نیست. دیتاسنترها، ابزاری بسیار مهم برای مدیریت اطلاعات و جز زیرساخت‌های مهم شرکت‌ها هستند. با توجه به نیازهای امروزی برای حفظ پلتفرم‌های ابری و دسترسی به نودهای مختلف در دنیای دیجیتال، دیتاسنترها باید همواره قابل دسترس باشند. هرگونه وقفه طولانی در عملکرد دیتاسنترها که کسب و کارها را تحت تأثیر قرار دهد، روند کاری شرکت‌ها را به طور کلی مختل کرده و باعث وارد شدن ضررهای هنگفت اقتصادی می‌شود.

برخی از شرکت‌ها به علت عدم درک صحیح از اهمیت تداوم انرژی الکتریکی، این موضوع را فراموش می‌کنند که با هر خطای کوچکی در شبکه برق، امکان قطع کلیه ارتباطات آن‌ها وجود دارد. درحالیکه  وقوع نوسانات ولتاژ، خطا در شبکه و قطعی برق، حوادث رایجی در شبکه سراسری هستند و معمولاَ هنگامی اتفاق می‌افتند که بیشتر از هر زمان دیگری به برق احتیاج داریم. به همین دلیل منبع برق اضطراری در دیتاسنتر، مهمترین فاکتور برای طراحی و ساخت برنامه‌های عملیاتی در شرایط بحرانی و وقوع بلایای طبیعی است. شما نمی‌توانید برنامه‌ریزی کنید که چه زمانی برق قطع می‌شود یا مدت قطعی آن چقدر است اما با داشتن تجهیزات مناسب، می‌توانید برنامه‌ریزی کنید تا در صورت وقوع مشکل، اقدامات لازم به گونه‌ای انجام شود که تاثیر قطع برق به حداقل مقدار ممکن خود برسد. دیتاسنتر همچون مغز بیزینس شماست و بدون آن، سازمان شما نمی‌تواند از داده‌های جمع‌آوری شده استفاده نماید. داشتن موتور ژنراتوری که امکان برقراری دسترسی به داده‌های حیاتی در هنگام قطعی‌های برق را میسر سازد، ضروری می‌باشد. بدین صورت که در هنگام قطع برق شبکه، ژنراتور پشتیبان روشن شده و دیتاسنتر همچنان به کار خود ادامه می‌دهد. بنابراین اگر قصد راه‌اندازی دیتاسنتر جدیدی را دارید یا به دنبال ارتقا و بهینه‌سازی دیتاسنتر فعلی‌تان هستید، در نظر داشته باشید که برق پشتیبان یکی از الزامات اصلی آن می‌باشد.

نحوه عملکرد دیزل ژنراتور در دیتاسنتر

سیستم برق اضطراری در دیتاسنترها معمولا شامل دیزل ژنراتور اضطراری، UPS ( Uninterruptible Power Supply) و تابلوی برق ATS (Automatic Transfer Switch) می‌باشد. تابلوی برق ATS از یک طرف توسط برق شهر و از طرف دیگر توسط موتور ژنراتور تغذیه می‌شود که در شرایط نرمال برق شهر به عنوان منبع اصلی و دیزل ژنراتور به عنوان پشتیبان آن در نظر گرفته می‌شود و در شرایط وقوع خطا و بروز نوسانات خارج از محدوده مجاز در برق شهر، دیزل ژنراتور به صورت خودکار روشن شده و مسیر تامین انرژی الکتریکی در تابلوی ATS از طریق موتور ژنراتور بسته می‌شود. از آنجایی موتور ژنراتور برای روشن شدن و به عهده گرفتنِ تامین برق مورد نیاز به صورت پایدار و ثابت، بین 10 الی 30 ثانیه زمان احتیاج دارد، یک عدد UPS تامین انرژی الکتریکی مورد نیاز بارهای IT را از لحظه قطع برق شبکه تا آمادگی کامل موتور ژنراتور برعهده می‌گیرد. هنگامی که UPS وقفه‌ای در برق شبکه تشخیص می‌دهد، در عرض چند میلی ثانیه، وارد مدار شده و توان مورد نیاز را تامین می‌کند. از طرفی موتور ژنراتور قطع برق شبکه را تشخیص و به صورت خودکار روشن شده و تابلوی ATS مسیر تغذیه را از برق شهر به موتور ژنراتور تغییر می‌دهد. هنگامی UPS برق ژنراتور را به عنوان یک منبع پایدار شناسایی کند، انتقال بار الکتریکی از باتری به ژنراتور را به گونه‌ای آغاز می‌کند که موتور ژنراتور دچارOverload  نشود. هنگامی که برق شبکه مجددا در دسترس قرار گیرد، بارهای الکتریکی از موتور ژنراتور به شبکه منتقل شده و موتور ژنراتور به تدریج از زیر بار خارج و پس از طی مدت زمان مشخصی برای سرد شدن، خاموش می‌شود.

کدام کاربری را برای انتخاب دیزل ژنراتور در نظر بگیریم؟

یکی از عوامل اصلی در بکارگیری و استفاده موفق از موتور ژنراتور، انتخاب توان نامیِ متناسب با کاربری مورد نظر، بر اساس استانداردهای بین‌المللی می‌باشد. دو فاکتور اصلی تاثیرگذار بر انتخاب کاربری موتور ژنراتور براساس استاندارد ISO8528-1 برای استفاده در دیتاسنتر عبارتند از:

• تعداد ساعات استفاده از موتور ژنراتور
• منحنی بار (بار ثابت یا متغیر)

در انتخاب کاربری مناسب برای دیزل ژنراتور مورد استفاده در دیتاسنتر، علاوه بر استاندارد ISO-8538 باید الزامات استاندارد موسسه Uptime را نیز مد نظر قرار داد. موسسه Uptime در استاندارد طبقه‌بندی Tier خود در دیتاسنترها، بسته به نوع کاربری و ساعت کارکرد مورد انتظار به 3 تعریف اصلی کاربری برای موتور ژنراتورها در استاندارد ISO 8528 اشاره می‌کند:

1. کاربری اضطراری آماده بکار (ESP)

استاندارد ISO8528-1 برای کاربری ESP، ماکزیمم توان قابل تامین موتور ژنراتور را برای مصرف کننده با نمودار بار متغیر برای حالتی که مجموع زمان کارکرد سالیانه از 200 ساعت تجاوز ننماید، تعریف می‌کند. علاوه بر این متوسط مقدار توان خروجی در بازه 24 ساعته نباید از 70 درصد مقدار توان تعریف شده موتور ژنراتور برای این حالت تجاوز نماید مگر اینکه مقادیر بیشتر توسط سازنده مورد تایید قرار گرفته باشد. معمولاً توان ESP برای موتور ژنراتور، در کاربری‌هایی استفاد می‌شود که منبع برق اصلی به دلایلی همچون خطا یا سرویس‌های دوره‌ای، موقتاً از دسترس خارج باشد؛ در این حالت موتور ژنراتور وارد مدار شده و انرژی الکتریکی مورد نیاز مصرف‌کننده‌ها را تامین می‌کند. با توجه به اینکه استفاده از موتور ژنراتورهای اضطراری فقط در زمان قطع برق یا تعمیر و نگهداری و انجام تست‌های مورد نیاز توصیه می‌شود، لذا متداوال‌ترین کاربری برای استفاده در دیتاسنترهایی می‌باشند که دارای گواهی Tier I و یا Tier II موسسه Uptime هستند. استاندارد ISO 8528 حداکثر ساعت کارکرد برای توان اضطراری  را به 200 ساعت و حداکثر متوسط توان خروجی آن  را در طول 24 ساعت، به 70 درصد توان EPS محدود می‌کند که همین امر باعث می‌شود که توان EPS برای Tier III و Tier IV مناسب نباشد.

2. کاربری پرایم (PRP)

استاندارد ISO 8528 کاربری پرایم را بصورت ماکزیمم توان قابل تامین موتور ژنراتور برای مصرف‌کننده با نمودار بار متغیر برای مدت زمان نامحدود در سال، تعریف می نماید. علاوه بر این متوسط مقدار بار در بازه 24 ساعته نباید از 70 درصد مقدار توان تعریف شده برای موتور ژنراتور تجاوز نماید. موتور ژنراتورهای دارای کاربری‌های مربوط به توان PRP برای استفاده در ساعات نامحدود در نظر گرفته شده‌اند و می‌توانند به عنوان منبع اولیه تامین انرژی الکتریکی مورد استفاده قرار گیرند. استاندارد ISO 3046 برای موتور ژنراتور با کاربری توان پرایم تا 10 درصد قابلیت تامین اصافه بار را برای مدت کوتاهی در نظر می‌گیرند و این موتور ژنراتورها قادر به تامین حداکثر توان مورد نیاز بدون محدودیت بازه‌ی عملکردی می‌باشند. استفاده از موتور ژنراتور با در نظر گرفتن توان پرایم می‌تواند الزامات مد نظر تاییدیه Tier III و Tier IV  موسسهUptime  را برآورده نماید اما با توجه به محدودیت 70 درصدی متوسط توان خروجی در طول بازه 24 ساعته، به لحاظ استهلاک موتور،  نقطه کار  و صرفه اقتصادی انتخاب مناسبی نمی‌باشد.

 3. کاربری دائم‌کار (COP)

در این کاربری حداکثر توان مجموعه موتور ژنراتور برای حالتی که به طور مداوم و در شرایطی که بار الکتریکی ثابتی را برای ساعات نامحدودی در سال تامین می کند، تعریف می شود. در این حالت موتور ژنراتور قابلیت تامین هیچ گونه اضافه باری را ندارد. با توجه به عدم محدودیت ساعت کارکرد موتور ژنراتور با توان دائم‌کار، مشابه توان پرایم بوده اما استاندارد ISO 8528 این توان را برای موتور ژنراتور جهت تامین بار ثابت تعریف کرده و هرگونه اضافه‌باری را نیز مجاز ندانسته است. استفاده از تعریف COP نیز الزامات Tier III و Tier IV را برآورده می‌کند؛ اما به لحاظ صرفه اقتصادی و امکان کارکرد موتور در حالت کم‌باری، در نظر گرفتن توان COP برای موتور ژنراتور در دیتاسنتر گزینه مناسبی نیست. با توجه به اینکه منحنی بار مصرفی دیتاسنتر ثابت نمی‌باشد، باید توان دائم‌کار انتخابی برای موتور ژنراتور بر اساس حداکثر توان مصرفی دیتاسنتر انتخاب شود که این مقدار ماکزیمم برای لحظات محدودی اتفاق می‌افتد و در اکثر اوقات متوسط توان مصرفی، کمتر از این مقدار حداکثر می‌باشد و این امر باعث می‌شود موتور ژنراتور انتخابی به احتمال فراوان بزرگتر از اندازه مورد نیاز در نظر گرفته شود.

در استاندارد Uptime به سه کاربری فوق که براساس ISO8528 تعریف شده، اشاره شده است اما در نظر داشته باشید که کاربری‌های تعریف شده در ISO8528 الزامات Tier III و Tier IV استاندارد Uptime  را برآورده نمی‌سازد( برای اطلاعات بیشتر در خصوص الزامات مورد نیاز Tier III و Tier IV به مقاله استاندارد Uptime  در دیتاسنتر مراجعه نمایید).

کاربری توان دیتاسنتر (DPC)

در سال 2018 استاندارد ISO 8528 تعریف کاربری جدیدی را تحت عنوان کاربری توان دیتاسنتر ارائه نمود. در کاربری DCP (Data Center Power)  ، حداکثر توان قابل تامین توسط موتور ژنراتور جهت تعذیه بارهای ثابت یا متغیر برای مدت زمان نامحدود در سال تعریف می‌شود. طبق این تعریف، بسته به محل استفاده از موتور ژنراتور و در دسترس بودن شبکه برق مطمئن(نرخ قطعی برق شبکه)، سازنده موتور ژنراتور موظف است سطح توان قابل تامین توسط دستگاه را به منظور برآورده کردن الزامات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری و برنامه تعمیرات و نگهداری آن دیتاسنتر، مشخص نماید. اگرچه توان DPC برای استفاده در دیتاسنترها در نظر گرفته شده، اما این تعریف نیز الزامات مورد نیاز Tier III و Tier IV را به علت وابسته بودن به در دسترس بودن برق شبکه، برآورده نمی‌کند. (استانداردTier  موسسه Uptime تنها منبع انرژی الکتریکی مطئمن برای دیتاسنتر را تولید انرژی در محل دیتاسنتر می‌داند، لذا هرگونه محدویت یا وابستگی به برق شبکه برای کارکرد موتور ژنراتور، کسب گواهی Tier III و Tier IV را با مشکل مواجه می‌کند. در Tier III و Tier IV موتور ژنراتور منبع برق اصلی و برق شبکه به عنوان پشتبان آن در نظر گرفته می‌شود)

استاندارد Tier همچنین بیان می‌کند که تاییدیه سازنده موتور ژنراتور مبنی بر عدم محدودیت در ساعات کاری آن، می‌تواند برای تعیین مطابقت با الزامات استاندارد Tier مورد استفاده قرار ‌گیرد. این مطلب به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا موتور ژنراتوری را طراحی کنند که علاوه بر مطابقت حداکثری با نیازهای یک دیتاسنتر، الزامات Tier III و Tier IV را نیز برآورده کند. برخی از سازندگان موتور ژنراتور، توان پرایم آن را با درصد مشخصی کاهش داده و به عنوان توان کاربری بدون محدودیت در ساعت عملکرد در دیتاسنتر، معرفی می‌کنند. برخی دیگر تعاریفی غیر از استاندارد ISO 8528 را مطرح نموده و عملکرد موتور ژنراتور برای حالت کاری در ساعات نامحدود و 100%  توان تعریف شده را تضمین می‌کنند.

جدول ( 1 ) –  مقایسه کاربری‌های ISO8528

کاربری دیتاسنتر دائم‌کار DCC

همانگونه که ملاحظه شد، کاربری DCP نمی‌تواند الزامات Tier III و Tier IV را بدلیل وابستگی به برق شبکه برآورده سازد. لذا شرکت کامینز پاور جنریشن که دارای خط تولید موتور ژنراتورهای توان بالا می‌باشد، کاربری دیتاسنتر دائم‌‎کار (Data Center Continuous) را برای موتور ژنراتورهای مورد استفاده در دیتاسنترها و مطابقت با الزامات Tier III و Tier IV استاندارد Uptime معرفی کرده است. کاربری دیتاسنتر دائم‌کار مکمل تعاریف استاندارد ISO 8528 بوده و به عنوان حداکثر توانی که موتور ژنراتور قادر است به طور مداوم به بارهای الکتریکی ثابت یا متغیر برای ساعت‌های نامحدود در یک دیتاسنتر تحویل دهد، تعریف می‌شود. کاربری DCC در واقع همان کاربری پرایم (PRP) بدون محدودیت 70 درصدی متوسط توان خروجی موتور ژنراتور در طول 24 ساعت شبانه‌روز بوده که فرایند طراحی مهندسی و اخذ گواهی‌های Tier III و یا Tier IV استاندارد Uptime را برای مراکز داده میسر می‌کند.

کاربری DCC برای دیزل‌ژنراتورها به این معنی می‌باشد که دستگاه دارای ساعات کاری نامحدود و بدون توجه به بار ثابت یا متغیر، برای استفاده در دیتاسنتر مناسب می‌باشد. دیزل ژنراتورهای توان بالای کامینز پاور در رنج 400KVA تا 3300KVA مناسب برای تامین Tierهای مختلف استاندارد Uptime به همراه گارانتی دوساله ارائه می‌گردند. مهندسین و مشاورین می‌توانند با اطمینان خاطر از ارائه کاربری DCC برای دیزل ژنراتورهای کامینز، بدون در نظر محدودیت زمانی برای تامین بارهای ثابت و متغیر، نسبت به طراحی سیستم‌های برق اضطراری در مراکز داده اقدام کنند. کاربری DCC فرآیند طراحی مهندسی برای دیتاسنتر و اخد تاییدیه‌های استاندارد Tier موسسه Uptime را تا حد زیادی ساده‌تر می‌کند. سیستم کامل تامین انرژی الکتریکی کامینز پاور برای دیتاسنترها شامل یک موتور ژنراتور توان بالا، تابلوی برق ATS و تکنولوژی‌های کنترل دیجیتالی Power Command به صاحبان مراکز داده این اطمینان خاطر را می‌دهد که دیتاسنتر آن‌ها مطابق با آخرین تکنولوژی روز دنیا طراحی شده است.