سایزینگ دیزل دیتاسنتر

فهمیدن این‌که توان دیزل ژنراتورهاچگونه تعیین می گردد تقریبا ساده‌است، اما یک لیست بلند متغیر ها‌است که بایددر سایزینگ دیزل ژنراتو درنظر گرفته‌شود. این مطلب تعاریف توانی دیزل ژنراتورها را و بحث هایی راجع به توان دیزل ژنراتورها را در دیتا سنتر ها مرورمی‌کند

اهداف آموزش

• درک کردن توان دیزل ژنراتور دیتاسنتر
• فهمیدن اجزای دیزل ژنراتور
• در نظر گرفتن تاثیر استاندارد های آلایندگی در توان دیزل ژنراتورها

دیزل ژنراتور دیتاسنتر

اخیرا، تعدادی از سازنده های‌دیزل ژنراتورها توان های‌جدیدی برای دیتا سنتر ها ایجاد کرده اند. این مستقیما با استاندارد“Data Center Site Infrastructure Tier Standard: Topology,” منتشر شده توسط سازمان دیتا سنتر Uptime Institute LLC مرتبط است. مقاله بیان می‌کند که برای استاندارد Tier III (قابلیت اطمینان ۹۹.۹۸۲٪) و Tier IV (قابلیت اطمینان ۹۹.۹۸۲) جهت طراحی دیتا سنتر می‌باشد. این خیلی مهم است که این مرجع هیچ ارتباطی با

EPA Tier 3 and Tier 4 استانداردهای انتشار آلایندگی برای موتورهای احتراق داخلی ندارد(بعدا راجع به این موضوع بحث خواهیم کرد) یک تصادف از روی بدشانسی در نام گذاری که باعث سوتفاهم در صنعت شده‌است

مقاله ی Uptime Institute‌ تعیین می‌کند که ژنراتورها بایدقابلیت تامین بار سایت در حالت دائم کار را داشته باشد و به استاندارد ISO 8528-1 رجوع می کند(استاندارد بین المللی موتورهای احتراق داخلی با حرکت بالاپایین جهت چرخاندن ژنراتورها) که در آن ۴ توان تعریف شده‌است: استندبای، پرایم، کارکرد زمانی محدود، و دائم کار.

در نتیجه،

طراحان دیتاسنتر ژنراتورها را با توان دائم کار در حالت بار پیک مرکز تعیین می‌کنند، که باعث نصب دیزل ژنراتورهای با سایز بزرگتر از نیاز شده و باعث افزایش هزینه‌ی دیتاسنتر ها می‌شود. تعدادی از سازنده‌های دیزل ژنراتور در حال تشویق و تعریف یک توان دائم کار برای دیتاسنتر ها هستند تا دیزل ژنراتورهای بزرگتر را برای سودهی بیشتر بفروشند. ما باور داریم که اورسایز کردن دیزل ژنراتورها در دیتاسنترها هزینه ای اضافی در بر دارد و همچنین باعث کاهش راندمان دیزل ژنراتور می‌شود. وقتی که ساعت کار این دیزل ژنراتورها را در نظر مییگیرم، افزایش سایز هیچ نکته ی مثبتی برای مشتری ندارد و همچنین باعث افزایش قابلیت اطمینان سیستم‌نمی‌شود

تعیین کردن توان دیزل ژنراتور

به این علت انتخاب توان دائم کار(Continues) دیزل ژنراتور برای دیتاسنتر  مورد نیازنیست.

اول، در نظربگیرید که هدف اصلی استانداد توان ISO 8528-1 این‌است که نوع کاربرد تعاریف توانی دیزل ژنراتور را در توان‌های مختلف تقسیم بندی‌کند. تقریبا در تمام حالات، دیتاسنتر هادارای کاربرد استندبای ( امرجنسی )هستند و دیزل ژنراتور منبع اصلی فراهم کننده ی برق‌نیست. از آن برای پشتیبانی برق شبکه در صورت قطعی و افزایش قابلیت اطمینان شبکه استفاده‌می‌شود و در حالت Tier III و Tier IV برای دیتاسنتر هااستفاده‌می‌شود. تنها استثنا مکان‌هایی هستند که برق شبکه موجود نیست، و دیزل ژنراتور به عنوان منبع اصلی استفاده‌می‌شود.

عکس ۱،

عمر دیزل را نسبت به بار و نوع توان نمایش می‌دهد. بالاترین توان برای یک دیزل ژنراتور حالت استندبای است؛ و کمترین توان حالت دائم کاراست. این نمودار برای تمام دیزل ژنراتورها (هم دیزل و هم ژنراتور) یکسان‌است، ممکن است شیب آن از ژنراتور به ژنراتور دیگری تغییرکند، رابطه توانی با عمر ثابت‌است. هر چه ساعت بیشتری بخواهید دیزل ژنراتور در یک بار خاص عمر کند، بایدتعریف توانی دیزل ژنراتور برای قابلیت اطمینان بایدکمتر شود( برای مثال اگر دارای توان ۱۰۰۰ کیلوات استندبای‌است از آن باید۷۰۰ یا ۶۰۰ کیلو وات توان گرفت تا عمر آن به حالت دائم کار برسد و در واقع از دیزل بزرگتر بایدتوان کمتر گرفت تا عمر آن افزایش پیدا کند البته بار گرفتن خیلی کم هم از دیزل ژنراتور مشکلات دیگری ایجاد می کند و این کاهش توان حدی دارد).

زمانی که توان دیزل ژنراتور را انتخاب‌می‌کنید، باید بدانید که در سال چقدر دیزل کارمی‌کند و شکل بار و مقدار بار چگونه تغییرمی‌کند. همانطور که در بالا گفته‌شد، اکثر دیتا سنتر هادارای کاربری استندبای‌هستند. در نتیجه با وجود این که Uptime Institute تعیین‌می‌کند که دیزل ژنراتور هارا بایدبه عنوان تامین کننده ی توان برای استاندارد Tier III  و Tier IV جهت دیتا سنتر در نظربگیریم، ما می‌دانیم که این واقعیت‌نیست.

فاکتور مهم

دیگری که بایددر نظر گرفت مقدار بار در طول زمان‌است. شکل شماره ۲ یک کاربری استندبای را نمایش می‌دهد که بار متغیر در طول زمان‌دارد. دیتاسنترها بار متغیر در طول زمان دارند. در مقاله Uptime Institute تعاریف توانی را با مرجع به ISO 8528-1 تعیین‌می‌کند، که شامل یک توان دائم کار‌است. این دیگر تعاریف ISO 8528-1 را در نظرنمی‌گیرد، که بار در حالت دائم کارثابت‌است. شکل شماره ۳ یک شکل بار در حالت دائم کاررا نمایش‌می‌دهد. حالت دائم کاربرای از بین بردن پیک باردر زمان های‌پیک که باربه صورت قراردادی به یک شبکه اصلی فروخته‌می‌شود کاربرددارد و برای حالت‌هایی که بارمتغیر‌است کاربرد ندارد.بار یک دیتا سنتر همیشه متغیر‌است. که با تعریف توان اسندبای در ISO 8528-1 یکسان‌است

بدترین سناریو ممکن را در نظر می‌گیریم. در ۲۰۰۵،طوفان کاترینا یک قطعی برق بزرگ ایجادکرد. بر اساس مرکز اطلاعات انرژی، ۳۰ روز بعد از طوفان زمان برد تا مشکل ۹۰ درصد قطعی شبکه حل شود.اگر آن را در نظربگیریم ۷۲۰ ساعت کارکرد دائم در یک ماه برای دیتا سنترهای بزرگ کاهلر دیزل ژنراتورهادرمدار بودند، برای مثال دیزل ژنراتورها برای کارکرد نامحدودبا بار متغییر طراحی‌شده‌اند و توانایی این رادارند به صورت نامحدود بار متغیر را در حالت پرایم تامین‌کنند(کارکرد نامحدود وابسته به پیروی از دوره های‌زمانی نگهداری و اورحال که سازنده پیشنهاد داده می‌باشد.)

یک نکته مهم

که بایددر نظر گرفت این‌است که علت اصلی روشن نشدن دیزل ژنراتوردر طول یک قطعی برق به خاطر عمر دیزل ژنراتور نیست، بلکه به خاطر گرفتگی در لوله های سوخت رسانی، باطری ضعیف یا خراب و یا به خاطر نگهداری نامناسب و پیروی نکردن از دستور عمل های سازنده‌است.

تعدادی از سازنده ها چندین توان استنبای پیشنهاد‌می‌دهند که بر اساس ساعت کارکرد و ضریب متوسط بار متفاوت‌هستند. ISO 8528-1 بیان می‌کند که بار متوسط نباید از ۷۰ درصد توان در ۲۴ ساعت بیشتر نشود،‌به غیر از اینکه سازنده با آن موافقت کند و اعلام‌کند.تعدادی از  دیزل‌ها اجازه‌ی بار متوسط ۸۵ درصد برای دیتاسنترهای بزرگ را دارا می‌باشند. با فکر کردن راجع به شکل ۱ این یک گفته‌ی درست برای بقا و عمر دیزل‌است. دیزل ژنراتور ها را می‌توان به راحتی از نرم افزار یا سایتی که سازنده فراهم‌می‌کند سایزکرد و فقط نیاز است بار،نوع آن و مراحل آن را واردکرد و با یک اینتر دیزل ژنراتور را سایزکرد.

با همه‌ی اطلاعات بالا، پیشنهاد ما این‌است که دیتاسنتر‌ها کاملا نیاز‌های واقعی یشان را در طول قطعی برق در نظربگیرند.  مشخص کردن سایز مناسب در استارت دیزل ژنراتور و بعد پیروی کردن از نگهداری و تست‌های مورد نیازبهترین مسیر منطقی را تعیین‌می‌کند.

توان دیزل ژنراتورها

برمی‌گردیم به توان دیزل ژنراتورها و نگاهی می‌اندازیم به ۳ بخش اصلی که روی توان دیزل ژنراتورها و عملکرد آن‌ها تاثیرمی‌گذارد : دیزل، ژنراتور و سیستم خنک کننده

دیزل:

چیزی که بیشترین تاثیر را در توان دیزل ژنراتور دارد دیزل‌است، به این دلیل که تولید کننده ی اصلی توان این بخش‌است. هر دیزل یک توان اسب بخار در یک سرعت‌است. توان دیزل بر اساس ضریب بار کاربری، ارتفاع سایت، و حداکثر دمای محیطی سایت در طول کار تعیین‌می‌گردد. ضریب بار به معنی درصد باری که از دیزل در طول یک زمان خاص استفاده‌می‌شود‌است.

ارتفاع و دمای محیط محل نصب دیزل در توان خروجی آن تاثیر گذار‌است. هر سازنده دی‌ریتینگ ارتفاع و دمای دیزل را مشخص‌می‌کند. بایدیک دیزل بزرگتر برای سایت‌هایی که در دمای زیاد و ارتفاع زیاد هستند استفاده‌کرد. سازنده های‌دیزل ژنراتور و نمایندگان آن‌ها تمام اطلاعات توانی دیزل ژنراتورها و ضرایب دی‌ریتینگ آن‌ها رادارند و می‌توانید از خود آن‌ها دریافت‌کنید.

ژنراتور:

ژنراتور توان مکانیکی دیزل را به توان الکتریکی تبدیل‌می‌کند. در نتیجه بایددر نظر گرفت که ژنراتور فقط و فقط تبدیل کننده‌ی توان‌است و هیچ توانی تولید نمی‌کند، این دیزل‌است که توان را تولید می‌کندـ( منظور توان حقیقی یا اکتیو‌است.توان راکتیو هیچ تاثیر روی سایز دیزل ندارد و ژنراتور فقط باید توانایی ایجاد و تحمل توان راکتیو را داشته‌باشد) . توان خروجی الکتریکی از ژنراتور همیشه کمتر از توان خروجی از دیزل‌است زیرا توانی که از دیزل به ژنراتور تبدیل‌شده از توان مکانیکی به الکتریکی واردمی‌شود و مقداری از آن به خاطر تلفات ژنراتور از آن کم‌می‌شود. این مقدار توان به وسیله ی راندمان ژنراتور به دست‌می‌اید.

مثال:

برای مثال یک دیزل ۱۰۰۰ کیلووات به ژنراتور می‌دهد و اگر راندمان ژنراتور ۰.۹۵ درصدباشد مقدار توان خروجی الکتریکی ۹۵۰ کیلووات است. راندمان ژنراتور بستگی به سازند، سایز ژنراتور و مقدار باری که از آن گرفته‌می‌شود دارد. در ادامه نمونه ی راندمان چند ژنراتور با توان مختلف نمایش داده‌شده‌است. طراحی ژنراتور و ساختار آن یک فاکتور مهم برای در نظر گرفتن قابلیت اطمینان‌است. عمر ژنراتور می‌تواند به وسیله چندین فاکتور طراحی که به وسیله ی استاندارد NEMA the National Electrical Manufacturers Association’s Motors and Generators (NEMA MG 1)  تعیین‌شود تغیرکند. مهمترین فاکتورها کلاس عایقی ژنراتور(insulation class)و کلاس دمایی ژنراتور(temperature rise)است

سیستم خنک کننده: یک فاکتور مهم‌دیگر که باید در سایزینگ دیزل ژنراتور در نظر گرفت سیستم خنک کننده آن‌است. اکثرسازنده‌ی دیزل ژنراتورها سیتم خنک کننده‌ی ۴۰ یا ۵۰ درجه پیشنهادمی‌دهند. ماکسیمم دمایی و پیک دمایی که دیزل ژنراتور در طول یک سال ممکن‌است تجربه‌کند یک فاکتور در تعیین سیستم خنک‌کننده‌است. حتی اگر شما ژنراتور را به درستی سایزکنید، ولی اگر سیستم خنک کننده به درستی انتخاب‌نشود ممکن‌است مشکلات عملکردی و کاهش عمر دیزل ژنراتور اتفاق‌بیفتد.

تاثیر استاندارد سطح آلایندگی در سایزینگ دیزل ژنراتور دیتا سنترها

با معرفی استاندارد سطح آلایندگی توسط مرکز حفاظت محیطی آمریکاemission standards by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) رای دیزل‌هایی که به صورت ثابت‌هستند ودر غیر جاده ی هستند مانند دیزل ژنراتور یا دیزل پمپ، باید سطح آلایندگی آن زمانی که در اروپا و یا آمریکا نصب‌می‌شود، در نظر گرفته شود.( البته متاسفانه در ایران به سطح آلایندگی دیزل اهمیت چندانی داده‌نمی‌شود).

ما باید اصطلاحات فنی که EPA معرفی کرده‌است رابفهمیم تا بتوانیم توان دیزل ژنراتور را به درستی انتخاب کنیم یک دیزل ژنراتور ثابت با کارکرد امرجنسی(A stationary “emergency” application) دیزل ژنراتوری‌است که در یک مکان برای ۱۲ ماه یا بیشتر می‌ماند، آن منبع دوم توان‌است و وقتی که برق شبکه قطع می‌شود در مدار قرارمی‌گیرید، و نگهداری سالانه و تست آن کمتر‌است ۱۰۰ ساعت‌است.

امرجنسی

امرجنسی به معنی استفاده از دیزل ژنراتور فقط در زمان قطعی برق‌است. تقریبا، تمام موردها، در این کاربرد دیزل ژنراتور با توان استندبای استفاده‌می‌گردد. در نظر داشته‌باشید که دیزل ژنراتور می‌تواند با بار متغیر و توان کمتر به صورت نامحدود در صورت قطعی برق طولانی کارکند. دیزل‌ها در آمریکا برای کاربرد‌های‌امرجنسی و به صورت ثابت  اگر توان آنها بین ۵۰ تا ۵۰۰ کیلو‌وات‌است بایداستاندارد تایر ۳ (EPA-certified to Tier 3) راداشته‌باشند و اگر توان آن‌ها از ۵۰۰ کیلووات بیشتربود باید استاندارد تایر ۲ را داشته‌باشند(Tier 2) در یک دیزل ژنراتور که به صورت ثابت و غیر امرجنسی‌است، دیزل ژنراتور ممکن‌است منبع اصلی تولید توان باشد و یا منبع دوم ولی به شبکه ای که قابلیت اطمینان کمی‌دارد متصل‌شده و ساعت زیادی در طول سال کار‌می‌کند. بعلاوه، ممکن‌است برای از بین بردن پیک شبکه و یا فروش توان‌استفاده‌گردد.

مقاله دیتاسنتر

تاثیر ضریب توان منفی در سیستم ژنراتور دیتاسنترها

پرایم

در این حالت ممکن‌است از توان پرایم با ساعت کارکرد محدود(prime, limited running time) و یا پرایم با ساعت کارکرد نامحدود و یا دائم کار‌استفاده‌گردد. درحالتی که دیزل برای کاربرد‌های‌غیر امرجنسی استفاده‌می‌گردد بایددارای استاندارد تایر ۴ (EPA-certified Tier 4)‌باشد، که دارای آلایندگی خیلی کم در مقایسه با تایر ۲ و ۳‌است و همچنین قیمت این نوع دیزل ها‌خیلی بیشتر‌است. کاربرد غیر جاده ای دیزل ژنراتور به‌این معنی‌است که دیزل در چندین مکان در طول سال‌استفاده‌می‌شود.

معمول کاربرد‌آن دیزل ژنراتورهای قابل حمل، اجاره‌ای و یا کانتیری‌است . در این حالت می‌تواند به صورت توان پرایم و یا دائم کار (Continues) باشد که دیزل باید استاندارد تایر ۴ راداشته‌باشد. تعداد زیادی متغیر‌است که در زمان سایزینگ دیزل ژنراتور بایددر نظر گرفت. مخصوصا برای دیتا سنتر ها. انتخاب دیزل ژنراتور نیازدارد درک درستی از این که دیزل ژنراتور چگونه خواهند کارکرد و شرایط محیطی چگونه‌است داشته‌باشیم. این خیلی مهم‌است که این کار توسط فرد یا افرادی که تخصص لازم را دارند انجام‌شود و حتما برای سایزینگ یک مشاور متخصص‌لازم‌است تا دیزل ژنراتور مناسب جهت کابرد مورد نیاز انتخاب‌گردد. اگر تمام این موارد در نظر گرفته‌شود دیزل ژنراتور انتخاب شده سال‌ها بدون مشکل و هزینه کارخواهدکرد.

همچنین مطالعه ی مقالات زیر پیشنهاد می گردد

دیزل ژنراتورها چقدر عمر می‌کنند؟