Posts filed under ‘green data center’

חוות מחשוב עננים של Triple C

טריפל סי חנכה חדר מחשב חדש המתוכנן, על פי המנכ"ל רמי נחום,  לרמת שרידות גבוהה של Tier 4 . הסרט מספק תאור מעניין של יכולות החווה שהיא ללא ספק מהמתקדמות בארץ.

למערכות מיזוג האוויר  בחרה טריפל סי במערכות קירור שורה Row Cooling  של אלכסנדר שניידר, תוצרת חברת קנור ( Knurr-Emerson ).
מערכות אלו הקרויות coolloop מאפשרות לא רק קירור של מערכות high density אלא גם חיסכון מאוד משמעותי בהוצאות החשמל.
יתרון משמעותי של ה Coolloop הוא שהמערכת מספקת קירור של kw 30  גם בטמפרטורת מים קרים של 15 מעלות.  במערכות אחרות נדרשת טמפרטורה של 6-7 מעלות מים קרים. החיסכון לכל מעלה בטמפרטורת המים הוא 3% מעלות החשמל למיזוג אוויר. חיסכון כספי עצום כשמדובר בחדר מחשב הצורך מגה-וואטים.

 מזל טוב ל טריפל סי.

 

מרץ 9, 2010 at 11:58 am כתיבת תגובה

חשבון החשמל של חדרי המחשב בישראל- 1.25 מיליארד שקל בשנה

 כ 2000 באי כנס אילות לאנרגיות מתחדשות שנערך באילת בשבוע שעבר, נחשפו לסדרת הרצאות ויוזמות בתחום האנרגיה. בעוד שנותני הטון היו עדיין חסידי האנרגיה הסולארית, קיים הכנס מסלול מרתק בנושא התייעלות אנרגטית. נושא צריכת החשמל של מרכזי המחשוב (דטה סנטר) עלה השנה בלא פחות מארבע הרצאות שונות.
מהחומר עולה כי חדרי המחשב של 1,000 הארגונים הגדולים בישראל צורכים כ 350 מגה-וואט, שהם כ 3% מיכולת היצור של רשת החשמל בישראל. בחשבון פשוט של 42 אג' לקווט"ש, חשבון החשמל של מרכזי המחשוב בישראל הוא 1.25 מיליארד שקל בשנה!
שתי עובדות מוסיפות עניין למספר מדהים זה. האחת, שצריכת החשמל של מרכזי המחשוב צפויה להכפיל עצמה בעוד 4-5 שנים.
השנייה , שכ 40% מסכום זה הם בזבוז שמקורו בחוסר מודעות ובחוקי תכנון מיושנים. במילים אחרות, הפוטנציאל לחיסכון הוא עצום, מה עוד שמחירי האנרגיה צפויים לעלות בשנים הקרובות.

אם כך מדובר בבעיה שיש לה מימד כלכלי נכבד (חשבון החשמל), מימד טכני (ניהול ושרידות), מימד ציבורי (איכות הסביבה) ומימד לאומי, דהיינו, יכולת תשתית החשמל להמשיך לתמוך בצריכה הגוברת של חדרי המחשב.

למרות הסכום העצום, נושא זה לא נמצא בדרך כלל בראש מעינייהם של מקבלי ההחלטות, אלא אם הארגון הוא נאור במיוחד. הסיבות לכך הן רבות:
1. חשבון החשמל אינו משולם על ידי מנהלי חדר המחשב אלא על ידי תקציב מנהלה כללי.
2. ההנהלה אינה מודעת לפוטנציאל החיסכון ולכן גם לא מציבה יעדים בתחום זה
3. חשש מוטעה שצעדי חיסכון והתייעלות דורשים השקעה מרובה ו/או השבתות
4. במקרים רבים מי שאחראי על תכנון והקמת החדר מתמקד ב CAPEX ואינו מתוגמל על חיסכון ב OPEX

במחקר שפרסם הפורום הישראלי לאנרגיה ( http://www.energia.org.il) , נמצא שההשקעה הנדרשת לחיסכון של קילו-ואט שעה אחד הוא עשירית מההשקעה הנדרשת ליצור קווט"ש באמצעים של אנרגיה מתחדשת. למרות זאת, עיקר היוזמה הממשלתית עד כה הוא בתחום האנרגיה המתחדשת. אין שום תוכנית או תמריץ ממשלתי להתייעלות אנרגטית. משלם המיסים ישלם 2 ₪ לכל קווט"ש המיוצר באנרגיה סולרית או אנרגית רוח, אך לא קיים שום עידוד ממשלתי לחיסכון באמצעות התייעלות.

כותבי המחקר, ד"ר שחר דולב, יעל כהן-פארן ונועם סגל, ממליצים בשלב ראשון לקיים סקר אנרגיה ארצי אצל הצרכנים הגדולים, להעלות מהסקר מהן אפשרויות ההתייעלות המרכזיות, ולפעול להטמעת החיסכון באמצעות תמריצים ומיסוי.

בקליפורניה למשל הצליח הממשל למנוע צמיחה בשימוש החשמל לנפש שנשאר יציב מאז שנות ה 80. לא אחת פורסם על מענקים בשווי של מאות אלפי דולרים שהעניקה חברת החשמל המקומית PG&E לפרויקטים של התייעלות אנרגטית בחדרי מחשב בקליפורניה. בישראל משרד התשתיות מתמקד כל כולו באנרגיה מתחדשת ומזניח את הפוטנציאל העצום בהתייעלות אנרגטית.

כפי שנאמר בכנס אילות: אנרגיות מתחדשות – פוליטקלי קורקט. התייעלות אנרגטית – פייננשלי קורקט.

פברואר 22, 2010 at 6:14 pm כתיבת תגובה

טמפרטורת האוויר הקר בחדרי מחשב

DataCenter-knuerr_L מרבית חדרי המחשב מבזבזים אנרגיה וכסף רב, כך אמר דילן לארסון, דירקטור של Platform technology initiatives בחברת אינטל בדיון שנערך בפורום של מחשוב עננים בהשתתפות חברות כגון יבמ, HP, קנור-אמרסון וLawrence Berkeley National Lab .

במחקר שנערך קודם לדיון ע"י אמרסון בקרב אגוד משתמשי הדטה סנטר ( DCUG ), התברר שמרבית הארגונים מקררים את חדרי המחשב יתר על המידה.

בעוד שהמלצות ASHRAE מתירות לקרר את האוויר הקר המגיע לשרתים לרמה מקסימאלית של 27 מעלות, כל הארגונים שנסקרו ( כ 70) מקררים לטמפרטורת אוויר של 21 מעלות ומטה.

זהו בזבוז, הדגיש דילן לארסן, העלאת הטמפרטורה חוסכת הרבה מאוד חשמל וכסף.

בישראל המצב אף יותר קיצוני. הסיבות לקירור יתר ולבזבוז הנובע מכך הן כדלקמן:

  1. חוסר מודעות של מנהלי חדרי המחשב לפוטנציאל הגדול לחיסכון בהעלאת הטמפרטורה
  2. הנחה מוטעית שהמחשבים יתפקדו טוב יותר בטמפרטורות קרות מאוד
  3. קירור בלתי ממוקד (קירור חדר) מצריך "מאבק" בנקודות חום שונות ולשם כך מקררים את כל החדר יתר על המידה
  4. חוסר נוחות טבעי מעבודה בקצות הטווח המותר
  5. ארונות High density שאינם ממוזגים באופן מקצועי וממוקד מכתיבים למעשה את מיזוג אוויר בזבזני

כתוצאה מקירור היתר הזה, על כל שקל המושקע בחשמל ל IT מושקעים עוד שקל עד שניים בתקורה שרובה הוא מיזוג אוויר ( PUE בין 2 ל 3 ) . בזבוז כבר אמרנו?

ינואר 11, 2010 at 10:56 am כתיבת תגובה

סגירת המעבר הקר בחדרי מחשב ( Cold Aisle Containment )

סגירת המעבר הקר צוברת תאוצה בחדרי מחשב רחבי העולם.

סגירת המעבר הקר מונעת בזבוז של אוויר קר שיוצר ע"י מערכות הקירור. ללא הסגירה, רוב האוויר הקר כלל אינו מגיע לשרתים.
בנוסף, סגירת המעבר הקר מונעת  חזרת אוויר חם אל קדמת השרתים, בעיה הקיימת בעיקר כשעומס החום בארון שרתים עולה על 4 קילו-וואט.

מהי סגירת מעבר קר דינמית?   בסגירת מעבר קר דינמית חיישנים המוצבים במעבר הקר מתקשרים עם יחידות המיזוג הפנימיות ושולטות על מהירות המאווררים ביחידות אלו. סגירת מעבר קר דינמית נחשבת היום ל BEST PRACTICES .

יתרונות סגירת המעבר הקר  הם כדלקמן

  1. שיפור ביעילות מערכות המיזוג הקיימות.
  2. 50% שיפור בDensity לארון שרתים, עם יכולת להגיע ל 10 קילוואט עומס לארון שרתים (תלוי ביכולות החדר)
  3. טמפרטורה אחידה לכל גובה הארון ומניעת תקלות חומרה.
  4. התקנה קלה ומהירה
  5. עלות נמוכה עם החזר השקעה מהיר של מס' חודשים עד שנה.
  6. חיסכון משמעותי בחשבון החשמל (ראו מטה)
  7. אפשרות לקבל יותר CAPACITY מהצ'ילרים הקיימים (הסבר בפוסט הבא)

להלן נתונים מאמרסון ( Emerson ).    סגירת מעבר קר מאפשרת 15% חיסכון בצריכת החשמל למיזוג האוויר ו קרוב לפי 2 מזה (28%) בסגירת מעבר קר דינמית.

Traditional

Approach

With Aisle

Containment

With Emerson SmartAisle
Chiller 71.3% 64.9% 60.0%
Pumps 10.0% 5.4% 5.2%
Air Handler Fan 18.7% 14.3% 7.2%
Total 100% 84.6% 72.4%
Savings 15% 28%

דוגמא:  אם נניח חדר מחשב עם PUE של 2.5 במצב ההתחלתי, הרי השקעה זעומה בסגירת מעבר קר דינמית תביא חדר זה ל PUE של 2.1 בקירוב.

הבה ניקח כדוגמא חדר מחשב שבו KVA 300 עומס IT .
עם PUE של 2.5 , צריכת החשמל של החדר כולו היא 750 קילוואט שעה בקירוב.
חשבון החשמל השנתי יהיה (במחירים הנוכחיים של 40 אגורות לקווט"ש) 6.5 מיליון שקל בקירוב.

סגירת מעבר קר דינמית תביא את החדר ל PUE של 2.1 ,
החיסכון יהיה 1,050,000 ₪ בשנה.
עלות התקנת מעבר קר דינמית לחדר זה בהערכה גסה , מוערכת 300,000 ₪. כלומר החזר השקעה של  3 עד 4 חודשים.

כמו כן ניתן להכין את תשתית החדר להתקנת יחידות DECS ( מערכות קירור העומדות בין הארונות) בעתיד. מצב זה יאפשר התקנת ארונות high density בעתיד, עד ל KW 30 לארון ואף יותר, ללא עבודות תשתית נוספות.

על ידי סגירת המעבר הקר ניתן, אם כך,  לשפר את מצב החדר ולהשיג את היתרונות הכתובים מעלה תוך שימור ההשקעות שנעשו בתשתית, ותוך כדי כך להכינו לעתיד ול high density, כך שהשקעות קפיטאליות ייעשו במדורג ובהתאם לצורך.

דצמבר 8, 2009 at 1:10 pm כתיבת תגובה

ניהול רצפה צפה וייעול של מיזוג האוויר ב – Data centers

בסקרים שאנו עורכים בחדרי מחשב אנו מעריכים את כמות האוויר הקר שאינה מגיעה כלל לשרתים ולציוד ה IT. בדרך כלל, למעלה מ 60% מהאוויר הקר המיוצר על ידי מערכות המיזוג כלל אינו מגיע לציוד ה IT . אוויר מבוזבז זה נקרא BYPASS AIR .

בקירור תת רצפתי הנהוג בחדרי מחשב, חלק גדול מן הבזבוז מגיע מפתחי כבילה לא מבוקרים. פתח כבילה של 15X20 ס"מ יכול לגרום לבזבוז של KW 2 קירור, הוצאה מיותרת עצומה של כ 4000 ₪ בשנה.

זו אחת הסיבות לכך שמערכות מיזוג האוויר של חדרי מחשב אינן יעילות. למרות overcapacity , חדר המחשב נמצא במצוקה של חום.

רבים טועים ומניחים שניתן לפתוח פתח בלתי מבוקר במרצפת הצפה אם פתח זה נמצא בתוך הארון. הנחה זו שגויה ופתח כזה עלול לגרום לבעיות רבות.

זו בעיה שהפתרון לה קל, זמין ואינו יקר. הפתרון נקרא KOLDLOK . מעין פתח-מברשת במרצפת הצפה. החזר ההשקעה מוערך ב 2-3 חודשים. להלן סרט הדגמה של Upsite:

נובמבר 15, 2009 at 11:39 am תגובה אחת

חדר של חצי מגה וואט ב 20 ארונות שרתים

חדר של חצי מגה-וואט, ב-20 ארונות מקוררי מים. זהו אמנם סרטון פרסומי של קנור-אמרסון אבל מעניין לראות איך עובדים בגרמניה.  אגב,  זו לא טכנולוגיה אקזוטית. הותקנו מעל 300 ארונות כאלו בישראל.

אוקטובר 25, 2009 at 5:09 pm כתיבת תגובה

הגדרות היתירות של חדרי מחשב ( Tier System )

 חברות שלהן חדרי מחשב צריכות לאזן בין שני צרכים.  הצורך ברציפות עסקית לעומת הצורך בחיסכון בהשקעות ( CAPEX) ובהוצאות התפעול ( OPEX ) .

מחד גיסא, הצורך בזמינות מידע ורציפות עסקית מכתיב יתירות בתכנון תשתית חדר המחשב.  מאידך גיסא, יתירות עולה כסף. יתירות מכתיבה השקעות משמעותיות בחומרה והוצאות תפעול גבוהות יותר בחשבון החשמל ובחוזי שירות.  על כן, על המנמ"ר להגדיר במדויק מה רמת היתירות הנדרשת בחדר שלו ולהבין את ההשלכות העסקיות כולן.

רמת היתירות מוגדרת על פי 4 רמות ( Tiers ): מרמה 1 ( Tier I ) עד רמה 4 ( Tier IV ) .  הגדרת הרמות נעשתה על יד מכון האפטיים ( www.uptimeinstitute.org ) שהוא האורים והתומים בתחום חדרי המחשב.

חדרי מחשב  ברמות  I ו II נועדו לתת מענה לטווח קצר ולתמוך בטכנולוגיה הנוכחית בלבד. אלו פתרונות טקטיים שבהם שיקול העלות הוא שיקול כמעט בלעדי. במקומות בהם ל IT חשיבות אסטרטגית נחוץ פתרון ברמות III ו IV שנותנים מענה לרציפות העסקית ומאפשרים קליטת טכנולוגיה חדישה בקלות יחסית.

Tier I:  בחדר מחשב ברמה I ניתן ביטוי לרצון החברה להכיל את ציוד ה IT בתחום בו יש תשתית מתאימה (בניגוד, למשל, לתשתית משרדית).  חדר רמה 1 טיפוסי  יהיה חדר מחשב סגור, מערכת אל-פסק ( UPS ) שתייצב את המתח ותיתן מענה להפסקות חשמל קצרות, מערכת מיזוג אוויר 24/7 וגנראטור להפסקות חשמל ארוכות יותר. אין יתירות ( רמה N ).  אין אפשרות לביצוע טיפולים בציוד התשתית ללא השבתה. כמו כן, במקרה של תקלה בציוד התשתית,  יסבול האתר מהשבתות.

Tier II: בחדר מחשב ברמה II תהיה יתירות כלשהי למערכות קריטיות של חשמל ומיזוג אוויר. בדרך כלל היתירות ( N+1 ) תהיה במערכות כגון UPS, צ'ילרים, משאבות וגנראטור. טיפולי שירות תקופתיים יגרמו להשבתות.  תקלות חומרה במרכיבי התשתית יכולים גם הם לגרום לקריסת החדר באופן זמני.

Tier III: בחדר מחשב ברמה III התכנון מאפשר טיפולי שירות לתיקון ומניעה ללא השבתה ( concurrent maintenance ).  כלומר, ניתן להשבית כל רכיב תשתית כגון UPS, ארון חשמל או יחידת מיזוג ללא השבתה של ציוד IT. לכל מוליך תשתית פעיל יהיה "תאום" פסיבי שיכנס לעבודה במקרה של כשל במוליך הפעיל. גם כאן היתירות במערכות היא ברמה של ( N+1). ההבדל הגדול הוא שבאתר זה ניתן לבצע עבודות שירות תקופתיות מה שיקטין בודאי גם את מס' התקלות.

Tier IV : חדר מחשב ברמה IV הוא אל-כשל ( Fault Tolerant ) . יש בו את כל מה שנכלל ברמה III אך שום כשל בודד אינו יכול לגרום להשבתה מליאה או חלקית. כל מרכיבי התשתית פעילים בו זמנית.

ברור שאם מערכת המיזוג מתוכנת לפי רמה II אך מערכת החשמל לפי רמה I, חדר המחשב הוא ברמה I. דירוג חדר ברמה 2.5 זו המצאה ישראלית שאין לה אחיזה בתורה המקצועית.

בעת תכנון ושדרוג חדרי מחשב, חשוב שהמנמ"ר יגדיר במדויק את צרכי הארגון בכל הקשור לרציפות העסקית.  שיטת הדרוג ל 4 רמות מאפשרת למנמר בחינה מסודרת של עלות מול תועלת.

יוני 17, 2009 at 5:56 pm 2 תגובות

חדרי מחשב מבוססי מכולה (קונטיינר) – וידיאו של גוגל

גוגל העלתה ל YOUTUBE וידיאו המאפשר הצצה לאחד מחדרי המחשב שלהם, מבוסס קונטיינרים.

ההסבר ל PUE הנמוך שלהם מובא חלקית: קירור המבוסס על שימוש באוויר קר של הסביבה (באקלים קר ויבש ניתן להגיע לתוצאות מאוד יפות) וכן היעדר מערכות אל פסק. לכל שרת מוצמדת סוללה שהם קוראים לה UPS. כמו כן, כפי שסיקרנו בפוסטים קודמים, ניתן להגיע לתוצאות מרשימות בקונטיינרים.

מאי 10, 2009 at 3:02 pm כתיבת תגובה

נתונים על חדרי מחשב מהעיתונות המקצועית

 מאמרים בעיתונות המקצועית בתחום חדרי המחשב ו IT ירוק מביאים נתונים מעניינים בנושא צריכת האנרגיה של תעשיית IT.  להלן לקט מעניין:

• מספר השרתים בארה"ב בשנת 2000 היה 5 מיליון.  עד 2010 יהיו בארה"ב יותר מ 15 מיליון שרתים

• כדי לספק את הצמיחה בצריכת החשמל של השרתים בלבד, ייבנו בארה"ב 10 תחנות כוח בין השנים 2005-2015 , בעלות של 2 עד 6 מיליארד דולר כל אחת.  באופן טבעי תגולגל עלות זאת לחברות דרך חשבון החשמל.

• כ 80% מעלות הקמת חדרי מחשב היום היא בתשתית החשמל והמיזוג.  פי 6 מהנהוג לפני 10 שנים

• כדי לבנות חדר מחשב ברמת יתירות של Tier 3 , יש צורך בהשקעה קפיטאלית של 14,000 $  לשרת.

• עלות החשמל הנדרש כדי להפעיל ולקרר שרת הצורך 300 וואט, היא 520$ בשנה, או כ 2,100 ₪ לשנה.
• בהנחה ששרת כזה עולה 2,500$ , עלות החשמל עולה על מחיר השרת תוך 4-5 שנים. אם חדר המחשב אינו יעיל אנרגטית, הנתון הנכון יותר הוא 3 שנים.

• במחירים ישראלים, עלות החשמל הנדרש להפעיל ולקרר ארון שרתים ובו 40 שרתי "פיצה" הוא 84,000 ₪ בשנה.  עלות זו בדרך כלל אינה משולמת על ידי מחלקות ה IT אלא על ידי גורם אחר בארגון אשר אינו יכול לנתח הוצאה זו.

• מחקר של מכון אפטיים ( uptime institute )  קובע שבמקרים רבים כ 30% מהשרתים הם מיותרים וכמעט לא עובדים.  בארגון שלו 500 שרתים, השבתת 30% מהשרתים תחסוך מעל 70,000 $ בשנה ותחסוך פליטה של כ 600 טון גזי חממה . הבעיה?  לא זכיתי להכיר  מנהל חדר מחשב אשר קיבל ציון לשבח ממנהלו על כך שהשבית שרת.

• ייצור החשמל הנדרש להפעלת וקירור שרת אחד גורם לפליטת 4 טון גזי חממה בשנה. כמות דומה הנפלטת ממכונית משפחתית הנוסעת כ 24,000 ק"מ בשנה.

מה הסיבה לצמיחה הדרמטית הזו בצריכת החשמל?

ב 1965, קבע גורדון מור, ברבות הימים אחד מהמייסדים האגדיים של אינטל, שמספר הטרנזיסטורים במיקרו מעבדים יוכפל כל 24 חודש.  אמרה זו השתרשה בתעשייה כחוק מור ( Moore's Law ).  חוק זה עובד עד היום וניתן לעניות דעתי, לקרוא לו 'נבואת מור'.  התגשמות נבואה זו הביא להתפתחות הטכנולוגית המדהימה שחווינו מאז אותם ימים.  אלא שבהיחבא, מתחת לאפם של קברניטי החברות, התרחשה תופעה נוספת:  בעוד שרמת הביצועים לכל דולר עלתה בטור הנדסי, יעילות האנרגיה השתפרה גם היא אך בקצב איטי בהרבה.

מה ניתן לעשות?

די הרבה.  ובמקרים רבים די בקלות. מרבית חדרי המחשב היום אינם מנוהלים לפי Best Practices אך ניתן לשדרג אותם בקלות יחסית. סגירת המעבר הקר היא אחת הדרכים הנבונות. כדאי להתחיל בסקר טרמי ומשם להמשיך.

מרץ 29, 2009 at 12:42 pm כתיבת תגובה

UPS : פיתוח ישראלי ל-IT ירוק בתחום מערכות אל-פסק

אני שמח להביא לבלוג זה מאמר מעניין מאוד פרי עטם של מאיר אזרד מהנדס חשמל בכיר באינטל – ישראל ואבי פינס, CTO של אביאם מערכות. מאמר מאיר עיניים זה מראה כיצד ניתן באמצעות חשיבה רעננה לשפר את נצילות מערכות חדרי המחשב, לחסוך אנרגיה וגם כספים רבים. שיטת ECO MODE בשימוש במערכות אל פסק שנבחנה על ידי המהנדסים אזרד ופינס אומצה ע"י חברת ליברט העולמית ומשמשת חברות מובילות ברחבי העולם.

1. מבוא

שיטת INTELLIGENT ECO MODE)  IEM) , אשר מוצגת במאמר זה, מתבססת על עקרון קיים המכונה ECO (הזנת העומס מרשת החשמל תוך מעבר מהיר ל-ON LINE במקרה של הפרעות חשמל). שיטת IEM מספקת הגנה לעומס מפני הפרעות והפסקות חשמל ובנוסף מאפשרת שליטה של מערך בקרה מרכזי למעבר למצב ON LINE במקרה שצפויות הפרעות קשות או בזמן ביצוע פעילויות קריטיות במערכת החשמל. שיטת IEM הינה יוזמה של חברת אינטל לטובת קידום חיסכון באנרגיה.ליישום השיטה ופיתוחה נשכרה מחלקת המו"פ של חברת EMERSON-LIEBERT והתוצאה מיושמת כיום במצב "הרצה" בחברת אינטל חיפה זה כ-6 חודשים ומניבה תוצאות משביעות רצון.

עקרון ה-IEM מבוסס על הגדרות זמני התגובה והמעבר על פי ניתוח אופייני זמן תגובת מערכות מחד, ואופייני הרגישות של העומסים (למשל: מערכות קריטיות ומחשבים) מאידך, ניתן לקבוע כי הגנת העומס נשמרת גם בשיטת IEM.

פעולה בשיטת IEM פותחת אפשרויות יישום ושימוש בטוחות בשימוש עקרון ה ECO תוך הקטנת בזבוז החשמל במערכות האל פסק בערך ב-8% ומביאה לחיסכון משמעותי בעלויות החשמל.

שיטת IEM מסתמכת על טכנולוגיות קיימות וניתנת ליישום מהיר בשטח בשינוי תוכנה ובקרות בלבד. החיסכון הצפוי בהפעלה בהיקף מלא עשוי להגיע למאות אלפי ₪ בשנה.

2. מערכות אל פסק בשיטת המרה כפולה (On-Line)

מבנה מערכת אל פסק הפועלות בשיטת המרה כפולה מתואר בציור מספר 1.

clip_image002[4]

ציור 1: מערכת אל פסק On-Line

המערכת כוללת מיישר/מטען, ממיר, מצברים ומפסק סטטי. במצב עבודה רגיל המיישר מיישר את מתח הרשת ומזין את הממיר, הממיר מייצר מחדש מתח סינוסי טהור ומיוצב ומזין את העומס הקריטי (מסלול 1). במקרה של הפרעות או הפסקות חשמל, הזנת הממיר נמשכת ללא הפרעה מהמצברים למשך זמן הגיבוי המתוכנן (מסלול 2). לאחר חזרת החשמל המיישר/מטען טוען מחדש את המצברים. המפסק הסטטי מבצע עקיפה אוטומטית ומסונכרנת של המערכת ומזין את העומס מהרשת במקרה של תקלה בממיר ועומס יתר (מסלול 3). ניתן לבצע גם עקיפה ידנית לצורך תחזוקה או השבתה של מערכת האל פסק.

מערכת אל-פסק הפועלת בשיטת המרה כפולה מבטיחה מתח מיוצב ומסונן ברמת איכות גבוהה ביותר וללא תלות בטיב אספקת החשמל מהרשת, וזאת משום שהיא מייצרת מתח בעצמה.

שיטת המרה כפולה הינה השיטה הנפוצה ביותר במערכות בהספק מעל 2~3 קוו"א.

3. שיטת ECO

מערכות אל-פסק On-Line רבות כוללות אופציית הפעלה בשיטת ECO (קיצור של Economy). בשיטה זו המפסק הסטטי מחבר את העומס לרשת כל הזמן, במקרה של הפרעות חשמל, המפסק הסטטי עובר לעבוד מהממיר והמערכת פועלת במצב On-Line עד שמתח הרשת מתיצב, ואז היא חוזרת לעבודה מהעוקף.

אופני העבודה בשיטת ECO מתוארים בציור 2. העומס מוזן רוב הזמן מחברת חשמל (מסלול 4) ועובר להזנה מהממיר במקרה של הפרעות או הפסקות חשמל (מסלול 5). הממיר עשוי להיות מוזן מהרשת או מהמצברים (תלוי ברמת ההפרעות ברשת).

image004

ציור 2: מערכת אל פסק בשיטת ECO

שיטת ECO מוצעת בד"כ כאופציית הפעלה למערכת On-Line רגילה. היצרנים בד"כ אינם מוסרים מפרטים של תכונות אופן הפעלה זה (כגון זמן תגובה, רגישות להפרעות וכו'). הנתון היחיד שהיצרנים כן מפרטים הינו הנצילות, שהיא גבוהה מהנצילות באופן המרה כפולה רגיל.

מכיוון שאין מפרטים מסודרים לטיב מתח התפוקה, יש חשש להפעיל מתקנים קריטיים בשיטת ECO. נוסף לכך, במערכות רבות המעבר משיטת ECO לשיטת On-Line אינו פשוט ומחייב כיבוי והפעלה מחדש של המערכת. כלומר, אין אפשרות נוחה לשלוט במערכת לפי דרישות המתקן.

4. השוואה בין On-Line ל-ECO

השוואה בין השיטות (בהתיחסות למערכות בהספק של כ-500 קוו"א) מובאת בטבלה הבאה:

  On-Line ECO
נצילות 92%~93% 97%~98%
איכות מתח התפוקה גבוהה מאד גבוהה
ניסיון רב מועט/אפסי

מטבלה זו נראה בבירור כי לשיטת ECO פוטנציאל גדול לחיסכון באנרגיה, ביחוד במערכות אל פסק גדולות. השאלה המתבקשת היא – מדוע השימוש בשיטה זו מועט?

נראה לנו כי לקוחות נמנעים משימוש בשיטת ECO מהסיבות הבאות:

  • איכות מתח התפוקה ממערכת הפועלת בשיטת ECO נמוכה יותר מאיכות מתח התפוקה ממערכת הפועלת בשיטת On-Line.
  • ניסיון משמעותי בשיטת ECO יכול להתקבל רק בשימוש במתקנים גדולים "חיים".
  • אין מתנדבים לבחון את השיטה במתקנים הקריטיים שלהם…

תוסיפו לכך את העובדות הבאות:

  • אין ניסיון בשימוש בשיטת ECO במתקנים גדולים
  • תעשיית מערכות ההספק היא שמרנית
  • שיטת ECO במערכות המרה כפולה גדולות היא חדשה יחסית (מספר שנים)

והסיבה לתפוצה הנמוכה של שיטת ECO נעשית ברורה.

לזכותה של שטת ECO ניתן לאמור כי מתקנים אשר משתמשים במפסקים סטטיים ובמערכות
Off-Line מהווים הוכחה חלקית לכך שאופן ECO יכול לפעול בהצלחה.

5. מהי איכות מתח התפוקה הנדרשת למערכות קריטיות?

שרתים ומחשבים מודרניים מתוכננים לפעול בתחום מתחי הזנה רחב והרגישות שלהם להפרעות מתח הינה נמוכה. בציור 3 מובא גרף ITIC, שהינו התקן המקובל לעמידות ציוד מיחשוב בהפרעות חשמל (מחשבים שרתים וציוד הקפי של רוב היצרנים עומדים במפרטים אלה). מגרף זה ניתן לראות כי מחשבים ושרתים מודרניים מסוגלים ל"ספוג" הפסקות חשמל של 20 מילישניות ולעמוד במתחי יתר של 500% למשך 10 מילישניות.

בציור 4 מובא גרף הרגישות של ציוד במתקני יצור של מוליכים למחצה, מהגרף נראה בבירור כי ציוד זה רגיש אף פחות משרתים ומחשבים.

למרות האמור למעלה, ברור שמתקנים חיוניים כגון מרכזי מחשוב צריכים הגנת On-Line כדי לתפקד במצבים קשים (למשל בזמן סערות ברקים) וכן בזמן יישומים קריטיים.

clip_image006[4]

ציור 3: גרף ITIC

clip_image007[4]

ציור 4: גרף SEMI F47

6. מהי איכות המתח במתקנים קריטיים?

משך הזמן הכולל של הפרעות מתח (כולל הפסקות) באתרים אמינים יחסית הינו בערך 0.04% (3 שעות לשנה בערך). נתון זה מבוסס על סקרים פנימיים באתרי אינטל בישראל.

יש לזכור, כמובן, שזהו סך הזמן הכולל היכול להתבטא במספר רב של הפרעות קצרות שכל אחת מהן עלולה להשבית מרכז מחשוב או ציוד קריטי לזמן ארוך מאד.

משמעות הנתון הזה הוא ש-99.96% מהזמן, מערכת אל-פסק שעובדת בהמרה כפולה משפרת איכות מתח שהיתה ממילא איכותית דיו לעומס הקריטי.

כלומר, ניתן להגדיר את הפסדי ההמרה במערכת On-Line, במשך 99.96% מהזמן, כבזבוז.

7. IEMIntelligent ECO Mode

מניתוח הנתונים שסקרנו לעיל, הגענו לאיפיון משופר של שיטת ECO – אשר יענה על הדרישות של אתרים קריטיים. להלן תקציר המפרטים העקריים של IEM:

  • IEM הוא שיפור של שיטת ECO הקיימת
  • IEM מאפשר שליטה מלאה בזמן אמיתי על אופן הפעולה של מערכת האל-פסק (ECO או On-Line) ומאפשר העברה בין אופני הפעולה ללא השפעה על העומס
  • IEM תוכנן ונבדק לעמידה בגרף ITIC ו- SEMI F47
  • IEM מבטיח רמה מספקת של איכות התפוקה של האל פסק לדרישות העומסים הקריטיים
  • IEM מבטיח שיפור בנצילות מערכת האל פסק
  • IEM מבטיח את הגמישות הנדרשת להשגת שתי המטרות:
    • חיסכון באנרגיה (רוב הזמן)
    • שליטה להעברה להמרה כפולה כאשר נדרש

מכיון שהטכנולוגיה הבסיסית של ECO קיימת, פיתוח ובדיקת השיפורים שנדרשו עבור IEM היה קצר וזול יחסית. הפיתוח והבדיקות בוצעו ע"י מחלקת הפיתוח של "אמרסון-ליברט" על מערכות סטנדרטיות של "אמרסון-ליברט".

חשוב לציין כי הנתון הקשה ביותר לבדיקה אינו תגובת המערכת להפסקת חשמל מלאה, אלא דווקא התגובה להפרעות קטנות. לצורך זה יצרה "אמרסון-ליברט" מחולל הפרעות מיוחד בהספק של 160 קוו"א. בציור 5 מובאות צורות גלים בכניסת וביציאת המערכת הנבדקת, תחת עומס. ונראה כי אפילו הפרעה קצרה מזוהה ע"י המערכת ומתוקנת תוך זמן קצר ביותר (כ-3 מילישניות) עמוק בתוך מעטפת הביצועים הנדרשת.

בדיקות נצילות אישרו שמערכת בשיטת ECO חוסכת כ-66% מבזבוז האנרגיה של מערכת בשיטת On-Line.

image008

ציור 5: תגובת מערכת בשיטת ECO להפרעה בהזנה

8. היתרונות של IEM

שיטת IEM מתגברת על החסרונות והבעיות שמפריעות ליישום שיטת ECO:

  • אפשרות הכנסה הדרגתית ומבוקרת, של IEM למתקנים גדולים
  • מאפשר בדיקה של המערכת והממיר על העומס בכל עת (מעבר גמיש בין אופני העבודה)
  • מאפשר מניעת תקלות לעומס הקריטי ע"י העברה להמרה כפולה כאשר צפויות:
    • הפרעות והפסקות חשמל
    • סערות ומזג אויר לא יציב
    • ביצוע פרויקטים קריטיים בעומס
  • שילוב של IEM במערכות אל פסק עם יתירות מאפשר חיסכון באנרגיה מבלי לותר על איכות ההגנה (ראה דוגמה בהמשך)
  • מנהל המערכת יכול להתאים את אופן העבודה (On-Line או IEM) לתנאי העבודה. (דוגמה: ניתן להעביר את המערכות להמרה כפולה בלילה כאשר התעריף זול מחד וזמינות כוח אדם טכני לשרות נמוכה יותר)

בציורים 6-8 מובאת דוגמה ליישום של IEM במתקן עם יתירות:

העומס הקריטי מוזן משתי מערכות אל פסק (הזנה כפולה). מערכת אחת ב-On-Line והשניה ב-IEM (ציור 6). במקרה של תקלה במערכת On-Line בקרת המבנה מעבירה את מערכת מס' 2 ל-On-Line.

בשיטה זו העומס מוגן כל הזמן ברמה גבוהה וניתן לחסוך לפחות חצי מהבזבוז. אם השרתים מאפשרים קביעת רמת ההעמסה בכל אחת מההזנות (אפשרות קיימת בשרתים משוכללים) ניתן להגיע לחיסכון מכסימלי ע"י העמסה מלאה של מערכת IEM והעמסה נמוכה על מערכת ה-On-Line.

clip_image011[4]

ציור 6: יישום IEM במתקן עם יתירות (הזנה כפולה)

clip_image013[4]

ציור 7: תקלה במערכת On-Line

clip_image015[4]

ציור 8: בקרת מבנה מעבירה את מערכת IEM ל-On-Line

9. החיסכון הכספי בשימוש ב-IEM

חישוב החיסכון הכספי בעבודה בשיטת IEM צריך לכלול את החיסכון בבזבוז של המערכת עצמה, חיסכון במיזוג האויר הנדרש וחיסכון בהפסדים אחרים (בזבוז בשנאים ובכבלים וכו').

החישוב הבא בוצע למתקן טיפוסי, בעומס קבוע, בחיבור מתח גבוה, בהספק של 5000 קוו"ט במחיר 35.4 אג' לקווט"ש. התוצאות מובאות בטבלה המצ"ב:

החישוב נעשה בהנחה שהמערכות במתקן מועמסות ב-75%.

מהתוצאה נראה שהחיסכון הכספי השנתי הינו משמעותי מאד (מעל 1 מיליון ₪ לשנה).

 

On Line ECO Mode הפרש
הפסדי אל-פסק 7% 2.7% 4.3%
ס"ה הפסדים במתקן* 10.8% 4.8% 6.0%
הספק עומס במתקן kW 5000 kW
הפסדים kW 605 252 353
צריכה שנתית בקוט"ש 3,094,736
עלות אנרגיה ב₪\קוט"ש 0.354
חיסכון שנתי ב-₪ ₪ 1,095,537

10. סיכום ומסקנות

  • העובדה שהמדובר בשיפור בטכנולוגיה קיימת איפשר לנו:
    • להשיג חיסכון משמעותי בעלויות אנרגיה
    • לבצע את הפיתוח בלוח זמנים קצר ביותר
    • עלות הפיתוח היתה נמוכה מאד יחסית לחיסכון
  • החיסכון הצפוי באנרגיה הוא משמעותי ואנו מקווים שיעודד את
    התעשיה לפתח שיפורים נוספים ב-IEM
  • שיתוף הפעולה בין "אינטל" ל"ליברט-אמרסון" – אשר שילב ידע מעשי מהשטח עם יכולות פיתוח יצר ערך נוסף למשתתפים בפרויקט

אנו רואים גם כי המודעות לסביבה ( Environmental Awareness ) היא פרמטר חדש שיש להתחשב בו בתהליך קבלת ההחלטות. וכי הקריטריונים הקודמים שהתייחסו רק להחזר השקעה מול אמינות (ROI/MTBF), מוחלפים בקריטריונים פרגמאטיים יותר אשר מתייחסים גם להיבט הסביבתי (חיסכון באנרגיה) כשיקול בהחלטה.

חשוב מאד לציין כי:

יישום שיטת IEM מחייב סקר הנדסי ומעקב ביצוע.

אין לבצע פרויקט IEM ללא סקר הנדסי ומעקב ביצוע!

לקבלת העתק של המאמר, כתבו לי

יגאל  שניידר

דצמבר 7, 2008 at 3:11 pm 3 תגובות

פוסטים ישנים יותר פוסטים חדשים יותר


פידים

הבלוג הוקם ומנוהל בסיוע: