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Rechenzentren sind auf eine kontinuierliche Stromversorgung angewiesen, um Server, Speichersysteme, Netzwerkgeräte und die Kühlungsinfrastruktur betriebsbereit zu halten. Selbst eine kurze Stromunterbrechung kann die Verfügbarkeit von Diensten, die Datenintegrität und den Geschäftsbetrieb beeinträchtigen. Aus diesem Grund ist die Wahl der richtigen Kapazität des Notstromaggregats ein wesentlicher Bestandteil der Planung von Stromversorgungssystemen für Rechenzentren.
Die Dimensionierung von Generatoren für Rechenzentren ist jedoch nicht einfach eine Frage des Zusammenzählens des Stromverbrauchs der Server. Die Berechnung muss auch Kühlgeräte, USV-Systeme, elektrische Verluste, Anlaufströme, Redundanzanforderungen und zukünftige Erweiterungen berücksichtigen. Ein zu kleiner Generator hat möglicherweise Schwierigkeiten, kritische Lasten zu tragen, während eine zu große Einheit die Investitionskosten erhöhen und ineffizient arbeiten kann.
Dieser Leitfaden erklärt, wie man den Generatorbedarf für Rechenzentren berechnet, wichtige Dimensionierungsfaktoren bewertet und eine geeignete Dieselgeneratorlösung für eine zuverlässige Notstromversorgung auswählt.
Die erforderliche Generatorkapazität hängt vom gesamten elektrischen Bedarf ab, der während eines Stromausfalls betriebsbereit bleiben muss. Dieser unterscheidet sich in der Regel von der IT-Geräteelast allein, da ein Rechenzentrum auch Unterstützungssysteme benötigt, um eine stabile Betriebsumgebung aufrechtzuerhalten.
Vor der Auswahl eines Generators sollten Ingenieure die folgenden Hauptlasten ermitteln:
Nicht jede angeschlossene Last muss unbedingt vom Generator versorgt werden. Das Planungsteam sollte zwischen kritischen Lasten, wesentlichen Unterstützungslasten und unkritischen Lasten unterscheiden, die bei einem Stromausfall abgeschaltet werden können.
KEYPOWER bietet Dieselgeneratorlösungen für Rechenzentren, bei denen Notstrom, Lastkapazität, Skalierbarkeit und Generatorredundanz wichtige Überlegungen darstellen.
Eine praktische Berechnung der Generatorgröße beginnt mit dem elektrischen Bedarf, den das Notstromsystem unterstützen muss. Die folgenden Schritte bieten einen nützlichen Ausgangspunkt für die Vorplanung. Die endgültige Dimensionierung sollte durch eine elektrische Laststudie und eine Generatorleistungsanalyse überprüft werden.
Identifizieren Sie zunächst die Geräte, die während eines Stromausfalls weiterbetrieben werden müssen. Addieren Sie den Wirkleistungsverbrauch der IT-Geräte, Kühlsysteme, USV-Verluste und anderer wesentlicher Lasten.
Grundformel:
Gesamte kritische Last (kW) = IT-Last + Kühllast + USV-Verluste + Sonstige wesentliche Lasten
Betrachten Sie zum Beispiel ein hypothetisches Rechenzentrum mit folgendem Strombedarf:
| Lastkategorie | Leistungsbedarf |
|---|---|
| IT-Geräte | 500 kW |
| Kühlsysteme | 250 kW |
| USV-Verluste | 40 kW |
| Sonstige wesentliche Lasten | 60 kW |
| Gesamte kritische Last | 850 kW |
In diesem Beispiel muss das Notstromsystem einen kritischen Strombedarf von ca. 850 kW decken. Dies ist der Ausgangspunkt, nicht die endgültige Generatorleistung.
Die Generatorkapazität wird üblicherweise sowohl in Kilowatt (kW) als auch in Kilovolt-Ampere (kVA) angegeben. Diese beiden Messgrößen beschreiben verschiedene Aspekte der elektrischen Leistung.
Die Wirkleistung (kW) stellt die von den Geräten verbrauchte Leistung dar, während die Scheinleistung (kVA) die kombinierte Wirkung von Wirk- und Blindleistung berücksichtigt.
Formel zur Generatorauslegung:
Erforderliche kVA = Gesamtlast (kW) ÷ Leistungsfaktor
Unter der Annahme eines Leistungsfaktors von 0,8 ergibt das obige Beispiel:
850 kW ÷ 0,8 = 1.062,5 kVA
Das bedeutet, dass das Generatorsystem unter den angenommenen Betriebsbedingungen mindestens 1.062,5 kVA bereitstellen muss, bevor zusätzliche technische Anforderungen berücksichtigt werden.
Der tatsächliche Leistungsfaktor sollte anhand der elektrischen Planung ermittelt werden, anstatt für jedes Projekt automatisch von 0,8 auszugehen.
Kühlgeräte, Pumpen, Lüfter und andere motorbetriebene Systeme können beim Starten eine deutlich höhere Stromaufnahme aufweisen als im Normalbetrieb. Diese vorübergehenden Bedarfsspitzen können die Spannungs- und Frequenzstabilität des Generators beeinträchtigen.
Ingenieure sollten Motorstartverfahren, die Anlaufreihenfolge des größten Motors, die Eigenschaften des USV-Gleichrichters und die Laststufenakzeptanz bewerten. Frequenzumrichter und Sanftanläufer können helfen, den Anlaufbedarf zu reduzieren, jedoch sollten ihre Auswirkungen in die gesamte elektrische Analyse einbezogen werden.
Bei der Generatorauswahl sollten daher sowohl die Dauerleistungsanforderungen in kW/kVA als auch das transiente Verhalten berücksichtigt werden. Ein Generator, der die berechnete Betriebslast erfüllt, ist möglicherweise dennoch ungeeignet, wenn er die erforderlichen Laststufen nicht bewältigen kann.
Die Power Usage Effectiveness (PUE) ist eine wichtige Kennzahl im Energiemanagement von Rechenzentren. Sie vergleicht den Gesamtenergieverbrauch der Anlage mit dem Energieverbrauch der IT-Geräte.
PUE-Formel:
PUE = Gesamtenergieverbrauch des Rechenzentrums ÷ Energieverbrauch der IT-Geräte
Wenn ein Rechenzentrum beispielsweise eine IT-Last von 500 kW und einen PUE-Wert von 1,6 hat, beträgt der geschätzte Gesamtleistungsbedarf der Anlage:
500 kW × 1,6 = 800 kW
Dies liefert eine nützliche allgemeine Schätzung des Leistungsbedarfs der Anlage. Der PUE-Wert sollte jedoch bei der Dimensionierung eines Notstromgenerators keine Lastenaufstellung auf Geräteebene ersetzen. Die tatsächliche Standby-Last kann variieren, je nachdem, welche Kühlsysteme, USV-Anlagen und Hilfsdienste an das Notstromsystem angeschlossen sind.
Für eine präzise Generatordimensionierung sollten Ingenieure gemessene oder spezifizierte elektrische Lasten heranziehen und die Betriebskonfiguration bei einem Netzausfall überprüfen.
Die Generatorkapazität ist nur ein Teil eines zuverlässigen Notstromsystems für Rechenzentren. Die Anzahl der Aggregatesätze und ihre Betriebsanordnung sind ebenso wichtig.
Eine N-Konfiguration bietet genau die Generatorkapazität, die zur Versorgung der vorgesehenen kritischen Last erforderlich ist. Benötigt die Anlage beispielsweise 2 MW Notstromleistung, muss die installierte Generatorkapazität unter den angegebenen Betriebsbedingungen mindestens 2 MW bereitstellen.
Diese Anordnung kann den Lastbedarf decken, jedoch kann ein Generatorausfall oder eine geplante Wartung die verfügbare Notstromkapazität verringern.
Eine N+1-Konfiguration enthält einen zusätzlichen Generator über die Anzahl hinaus, die zur Versorgung der kritischen Last erforderlich ist. Fällt ein Generator aus, können die verbleibenden Einheiten weiterhin die erforderliche Kapazität bereitstellen, vorausgesetzt, das System ist ordnungsgemäß ausgelegt.
Beispielsweise kann eine Anlage, die drei Generatoren zur Versorgung ihrer kritischen Last benötigt, vier Einheiten installieren. Der zusätzliche Generator bietet Reservekapazität für Wartungsarbeiten oder Geräteausfälle.
Eine 2N-Anordnung nutzt zwei unabhängige Pfade der Stromversorgung, wobei jeder Pfad so ausgelegt ist, dass er die gesamte kritische Last tragen kann. Dies bietet einen höheren Redundanzgrad als eine einfache N-Konfiguration, obwohl das finale Ausmaß der Resilienz auch von der elektrischen Verteilung, den Schaltanlagen, der Kraftstoffversorgung, den Steuerungen und anderer gemeinsamer Infrastruktur abhängt.
Die geeignete Konfiguration hängt von den Verfügbarkeitszielen, dem Budget, der Wartungsstrategie und den geltenden Designanforderungen des Rechenzentrums ab. Das bloße Hinzufügen von Generatoren garantiert keine Redundanz, wenn kritische Komponenten weiterhin von mehreren Systemen gemeinsam genutzt werden.
Sobald die erforderliche Kapazität und Redundanzanordnung festgelegt sind, besteht der nächste Schritt darin, Generatoraggregate mit geeigneten Leistungswerten und Betriebseigenschaften auszuwählen.
KEYPOWER bietet ein Sortiment an industriellen Dieselgenerator-Aggregatenüber verschiedene Leistungsbereiche und Motorenmarken hinweg. Für größere Rechenzentrumsprojekte kann die Generatorauswahl nach Dauerleistung, Notstromleistung, Spannung, Frequenz, Leistungsfaktor, Kraftstoffverbrauch und Installationsbedingungen bewertet werden.
Der KEYPOWER KPX-M938P ist beispielsweise ein von MTU angetriebener Dieselgenerator mit den folgenden veröffentlichten Spezifikationen:
| Modell | KPX-M938P |
| Dauerleistung | 750 kW / 938 kVA |
| Notstromleistung | 825 kW / 1.031 kVA |
| Motor | MTU 12V 2000 G85 |
| Frequenz | 60 Hz |
| Leistungsfaktor | 0,8 |
Diese Leistungsangaben verdeutlichen, wie wichtig es ist, zwischen Dauer- und Notstrom zu unterscheiden. Die korrekte Leistung muss zum vorgesehenen Betrieb und zur Projektspezifikation passen. Eine Notstromleistung sollte nicht automatisch als Grundlage für den Dauer- oder Hauptstrombetrieb verwendet werden.
Für Projekte, die eine höhere Kapazität erfordern, umfasst die KEYPOWER MTU-Dieselgenerator-Baureihe größere Modelle zur Evaluierung. Die endgültige Auswahl sollte auf dem vollständigen Lastprofil und der erforderlichen Redundanz basieren und nicht allein auf der Nennleistung.
Die veröffentlichte Leistung eines Generators basiert auf festgelegten Referenzbedingungen. Die tatsächlich verfügbare Leistung kann durch Aufstellhöhe, Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit, Kühlluftstrom, Kraftstoffqualität und Abgasgegendruck beeinträchtigt werden.
Für Rechenzentren in heißen Klimazonen oder in großer Höhe sollten Ingenieure standortspezifische Leistungsdaten beim Generatorhersteller anfordern. Vor der Finalisierung des Generatorraumlayouts sollten zudem das Kühlsystemdesign, die Belüftung, die Abgasführung und die akustischen Anforderungen überprüft werden.
Weitere praktische Überlegungen umfassen:
Diese Faktoren können die finale Generatorkonfiguration beeinflussen und sollten während der Entwicklungsphase überprüft werden, nicht erst nach Auslieferung der Ausrüstung.
Nach der Installation muss die Generatorleistung unter kontrollierten Lastbedingungen überprüft werden. Lastbanktests ermöglichen es Betreibern, Generatorleistung, Spannungsregelung, Frequenzstabilität, Kühlleistung und das allgemeine Betriebsverhalten zu bewerten.
Dies ist besonders nützlich, wenn die tatsächliche Last des Rechenzentrums noch nicht verfügbar ist oder wenn ein neu installiertes Generatorsystem in Betrieb genommen wird.
Je nach Testplan können ohmsche oder reaktive Lastbanken verwendet werden, um unterschiedliche elektrische Lasteigenschaften zu simulieren. KEYPOWER bietet Lastbankausrüstung für Generatortestanwendungen.
Die Prüfung sollte den Empfehlungen des Generatorherstellers und den Inbetriebnahmeanforderungen des Projekts folgen. Regelmäßige Tests und Wartungen helfen dabei, potenzielle Probleme zu erkennen, bevor ein tatsächlicher Netzausfall auftritt.
Selbst wenn die grundlegende Lastberechnung korrekt ist, können mehrere Planungsfehler die Zuverlässigkeit eines Rechenzentrum-Notstromsystems beeinträchtigen.
Eine detaillierte Lastanalyse, eine klare Redundanzstrategie und eine vom Hersteller unterstützte Leistungsüberprüfung können dazu beitragen, diese Probleme zu vermeiden.
Die Auswahl eines Notstromaggregats für ein Rechenzentrum erfordert mehr als nur das Abgleichen einer Nennleistung mit einem einzigen Lastwert. IT-Bedarf, Kühlanforderungen, USV-Eigenschaften, Leistungsfaktor, transiente Lasten, Redundanz und zukünftige Erweiterungen beeinflussen alle das finale Systemdesign.
KEYPOWER liefert Dieselstromerzeuger in einem breiten Leistungsspektrum, einschließlich leistungsstarker MTU-betriebener Modelle. Durch die Überprüfung des Lastprofils des Projekts, der Betriebsbedingungen, der erforderlichen Spannung und Frequenz sowie der Redundanzstrategie lässt sich die geeignete Generator Konfiguration genauer ermitteln.
Wenn Sie ein neues Rechenzentrum planen, eine bestehende Anlage erweitern oder deren Notstrominfrastruktur modernisieren möchten, kontaktieren Sie KEYPOWER mit Ihren Projektanforderungen, um eine passende Generatorlösung zu besprechen.
Beginnen Sie mit der Berechnung der gesamten kritischen elektrischen Last, einschließlich IT-Geräten, Kühlsystemen, USV-Verlusten und wesentlichen Hilfslasten. Rechnen Sie den erforderlichen kW-Wert unter Verwendung des tatsächlichen Leistungsfaktors in kVA um und bewerten Sie dann den Motoranlaufbedarf, das transiente Verhalten, die Redundanz und die Standortbedingungen, bevor Sie den Generator auswählen.
Die Anzahl hängt von der kritischen Last und dem Redundanzdesign der Einrichtung ab. Eine N-Konfiguration bietet die erforderliche Kapazität, N+1 fügt einen zusätzlichen Generator hinzu und 2N bietet zwei unabhängige Strompfade, die jeweils so ausgelegt sind, dass sie die gesamte kritische Last unterstützen.
kW misst die Wirkleistung, während kVA die Scheinleistung misst. Die Beziehung lautet kW = kVA × Leistungsfaktor. Zum Beispiel kann ein Generator mit einer Nennleistung von 1.000 kVA und einem Leistungsfaktor von 0,8 unter seinen angegebenen Betriebsbedingungen 800 kW Wirkleistung liefern.
Die N+1-Redundanz stellt einen zusätzlichen Generator über die für die Unterstützung der kritischen Last erforderliche Anzahl hinaus bereit. Dies trägt dazu bei, die erforderliche Leistungskapazität aufrechtzuerhalten, wenn ein Generator aufgrund von Wartungsarbeiten oder Gerätedefekten nicht verfügbar ist, vorausgesetzt, die übrigen Systemkomponenten sind ordnungsgemäß ausgelegt.
Die Wahl hängt von der Betriebsart des Generators und den Projektspezifikationen ab. Notstrom (Standby Power) ist für den Notbetrieb bei Netzausfällen gedacht, während Dauerstrom (Prime Power) für Anwendungen mit schwankenden Lasten und verlängerten Betriebszeiten ausgelegt ist. Die Generatorleistung muss zur erwarteten Beanspruchung passen.
Lastbanktests simulieren den elektrischen Bedarf, um die Generatorleistung zu überprüfen, einschließlich Ausgangskapazität, Spannungsregelung, Frequenzstabilität und Kühlverhalten. Dies ist besonders nützlich bei der Inbetriebnahme und der routinemäßigen Wartung, wenn die tatsächliche Anlagenlast möglicherweise nicht ausreicht zum Testen.
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