I data center dipendono da un'elettricità affidabile per supportare server, apparecchiature di rete, sistemi di raffreddamento, infrastrutture di sicurezza e altre operazioni critiche. Con la crescita della domanda informatica, gli operatori devono gestire non solo il consumo totale di elettricità, ma anche la disponibilità di energia, i picchi di domanda e i rischi associati alle interruzioni della rete.
Un sistema di accumulo dell'energia a batteria per data center può supportare questi obiettivi se progettato per funzionare con l'infrastruttura elettrica della struttura. A seconda del progetto, l’accumulo in batteria può essere utilizzato per funzioni di backup selezionate, gestione dei picchi di domanda, integrazione delle energie rinnovabili o coordinamento con altre fonti di energia.
Tuttavia, l'infrastruttura di alimentazione del data center ha requisiti tecnici specifici. Lo stoccaggio dell'energia tramite batterie, i gruppi di continuità (UPS), i generatori di riserva, i quadri e i sistemi di gestione dell'energia svolgono funzioni diverse e devono essere integrati in modo appropriato.
Per i proprietari di strutture, gli appaltatori di ingegneria e gli sviluppatori di infrastrutture, il primo passo è identificare il problema energetico che deve essere risolto. Questa guida spiega le applicazioni, le considerazioni sulla progettazione e i criteri di selezione per i sistemi di accumulo dell'energia a batteria nei progetti di data center.
I data center necessitano di elettricità per le apparecchiature informatiche e le infrastrutture di supporto, compresi i sistemi di raffreddamento, distribuzione dell'energia, illuminazione e gestione delle strutture.
La domanda può variare in base all'utilizzo del server, ai requisiti di raffreddamento, alla configurazione delle apparecchiature e ai programmi operativi. Di conseguenza, gli operatori devono comprendere sia il consumo medio che i requisiti di potenza di picco.
Un sistema di accumulo dell’energia a batteria adeguatamente configurato può aiutare a gestire i picchi di domanda selezionati o a spostare parte del consumo di elettricità in periodi diversi. Il vantaggio effettivo dipende dal profilo di carico del sito, dalla tariffa elettrica, dalla capacità della batteria, dalla potenza nominale e dalla strategia di controllo.
Un'interruzione della rete può influire sulle operazioni del data center se le apparecchiature critiche non sono supportate da un'adeguata infrastruttura di backup.
Lo stoccaggio delle batterie può contribuire a una strategia di resilienza più ampia fornendo energia per carichi designati o coordinandosi con altre fonti di energia. Tuttavia, la capacità del sistema di supportare una particolare interruzione dipende dalla sua configurazione, dall'energia disponibile, dai requisiti di transizione e dall'integrazione con il sistema di protezione elettrica della struttura.
Per i carichi critici del data center, l'architettura di backup deve essere progettata da ingegneri elettrici qualificati e valutata rispetto ai requisiti di disponibilità della struttura.
Alcuni data center utilizzano la generazione solare in loco o acquistano elettricità rinnovabile come parte della loro strategia energetica.
Quando la generazione rinnovabile e la domanda degli impianti non coincidono, lo stoccaggio tramite batterie può contribuire a spostare l’energia disponibile in un periodo successivo. Ad esempio, una batteria può immagazzinare la produzione solare in eccesso idonea da utilizzare quando la produzione in loco diminuisce.
La misura in cui ciò migliora l’utilizzo dell’energia rinnovabile dipende dal profilo di generazione, dalla capacità della batteria, dalle perdite del sistema, dalla domanda di elettricità e dalla strategia operativa.
Un sistema di accumulo dell’energia a batteria immagazzina l’elettricità e la fornisce quando necessario. Un sistema tipico può includere batterie, un sistema di gestione delle batterie, apparecchiature di conversione dell'energia, gestione termica, protezione di sicurezza, monitoraggio e controlli di supervisione.
La configurazione esatta dipende dalla potenza nominale del progetto, dalla capacità energetica, dalla disposizione dei collegamenti e dall'applicazione prevista.
La batteria determina quanta energia può essere immagazzinata e resa disponibile entro i limiti operativi del sistema.
Nel valutare la capacità della batteria, gli operatori dei data center dovrebbero considerare l'energia richiesta, l'intervallo di carica utilizzabile, le perdite di conversione, la temperatura operativa, il degrado e la durata di servizio prevista.
La capacità della batteria da sola non determina se un sistema può supportare un carico critico. Anche la potenza nominale e le caratteristiche di risposta devono corrispondere all'applicazione prevista.
Il sistema di conversione di potenza gestisce la conversione tra le caratteristiche elettriche della batteria e l'impianto elettrico della struttura.
I suoi valori nominali, le funzioni di controllo e le disposizioni di protezione devono essere compatibili con la modalità operativa e il punto di connessione previsti.
Laddove il progetto richieda il funzionamento connesso alla rete, il supporto di backup o il funzionamento in isola, le funzioni pertinenti devono essere confermate per l'apparecchiatura selezionata e la progettazione complessiva del sistema.
Un sistema di gestione dell'energia può coordinare la carica, lo scarico e altre funzioni operative in base a parametri definiti.
A seconda dell’installazione, le strategie di controllo possono prendere in considerazione i prezzi dell’elettricità, i picchi di domanda, la generazione rinnovabile, lo stato della batteria e i requisiti della struttura.
Il monitoraggio può anche aiutare gli operatori a rivedere lo stato del sistema e identificare le condizioni che richiedono attenzione. Tuttavia, non si dovrebbe presumere che le funzioni di gestione dell’energia sostituiscano i sistemi di protezione e controllo indipendenti necessari per le infrastrutture elettriche critiche.
Alcune strutture sperimentano brevi periodi di elevata domanda di elettricità. A seconda della struttura tariffaria locale, questi picchi possono contribuire agli oneri elettrici legati alla domanda o imporre ulteriori vincoli alla fornitura elettrica del sito.
Un sistema di accumulo dell'energia della batteria può essere configurato per scaricarsi durante i periodi di punta selezionati e ricaricarsi quando appropriato.
Prima di implementare questa strategia, gli operatori dovrebbero rivedere i dati del misuratore di intervallo, le regole di carica su richiesta, la potenza nominale della batteria e la durata prevista degli eventi di picco.
Il sistema dovrebbe essere dimensionato in base al profilo della domanda effettiva piuttosto che a un carico medio presunto.
Laddove un data center dispone di produzione solare in loco, lo stoccaggio in batterie può aiutare a utilizzare parte dell’elettricità generata al di fuori del periodo di picco della produzione solare.
La strategia di gestione dell’energia dovrebbe tenere conto della relazione tra generazione, domanda dell’impianto, stato di carica della batteria e disponibilità di elettricità nella rete.
Una batteria non è automaticamente vantaggiosa per ogni progetto di energia rinnovabile. Il suo valore dipende dal profilo di generazione, dai prezzi dell'elettricità, dalle perdite del sistema, dai costi di installazione e dagli obiettivi energetici dell'impianto.
I data center utilizzano comunemente soluzioni di protezione e backup dell'alimentazione a più livelli. Questi possono includere sistemi UPS, batterie, generatori di riserva e percorsi di distribuzione elettrica ridondanti.
Un sistema separato di accumulo dell’energia della batteria può svolgere un ruolo complementare, come supportare una strategia di gestione del carico definita o fornire energia all’interno di un’architettura di backup ingegnerizzata.
La distinzione è importante: non si deve presumere che un sistema di accumulo dell'energia a batteria per uso generico fornisca le stesse funzioni di un UPS per data center. I carichi IT critici possono richiedere una continuità di alimentazione molto rapida, caratteristiche di trasferimento specifiche e una protezione attentamente coordinata.
Qualsiasi integrazione proposta deve essere valutata rispetto alla disponibilità richiesta della struttura e agli standard elettrici applicabili.
Alcuni impianti si trovano ad affrontare limitazioni nella connessione alla rete disponibile o devono pianificare attentamente la capacità contrattuale.
Lo stoccaggio della batteria può aiutare a gestire periodi selezionati di domanda elevata, a seconda della potenza nominale, della capacità energetica e della strategia operativa.
Non aumenta automaticamente la capacità di connessione alla rete autorizzata del sito né elimina la necessità di un'infrastruttura elettrica adeguata. Gli sviluppatori del progetto dovrebbero valutare il contratto di connessione, la capacità del trasformatore, i quadri, i sistemi di protezione e i requisiti delle utenze.
Lo stoccaggio delle batterie può far parte di una più ampia strategia di gestione dell’energia che coinvolge la rete pubblica, la generazione in loco, i sistemi di raffreddamento e i carichi delle strutture.
L’obiettivo operativo dovrebbe essere chiaramente definito. Un sistema ottimizzato per il peak shaving può essere configurato in modo diverso da uno progettato per l'utilizzo dell'energia rinnovabile o da una specifica funzione di backup.
Se si prevedono più funzioni dalla stessa batteria, il team di progetto dovrebbe valutare se l’energia e le riserve di potenza necessarie possono supportare tali funzioni senza conflitti.
Queste tecnologie possono funzionare insieme, ma non sono intercambiabili.
Tecnologia |
Funzione primaria |
Considerazione chiave |
|---|---|---|
Sistema di accumulo dell'energia della batteria (BESS) |
Immagazzina e fornisce elettricità per la gestione energetica definita o applicazioni di backup |
Potenza nominale, capacità energetica, controlli e integrazione |
Gruppo di continuità (UPS) |
Supporta carichi critici attraverso disturbi di alimentazione e fornisce continuità in base al suo design |
Comportamento di trasferimento, runtime, ridondanza e compatibilità con carichi critici |
Generatore di backup |
Fornisce elettricità durante le interruzioni prolungate quando il carburante e le condizioni operative lo consentono |
Comportamento all'avviamento, disponibilità di carburante, manutenzione e durata operativa |
Sistema di gestione dell'energia (EMS) |
Coordina i flussi energetici e le strategie operative |
Logica di controllo, compatibilità del sistema, monitoraggio e obiettivi operativi |
Un data center può richiedere molte di queste tecnologie per soddisfare i propri requisiti operativi.
Ad esempio, un UPS può proteggere le apparecchiature IT critiche durante un'interruzione di corrente, mentre un generatore di standby fornisce energia di lunga durata. Un BESS separato può essere utilizzato per la gestione dell'energia o per un ruolo ingegnerizzato all'interno di un sistema di backup più ampio.
L'architettura corretta dipende dalla progettazione della struttura, dai requisiti di ridondanza, dagli standard applicabili e dal livello di rischio accettabile.
Il dimensionamento dovrebbe iniziare con i dati misurati del sito e un'applicazione chiaramente definita.
Determinare se il sistema è destinato al peak shaving, all'integrazione dell'energia rinnovabile, al supporto di backup o a una combinazione di funzioni.
Questa decisione influenza la potenza nominale richiesta, la capacità energetica, la strategia di controllo e i requisiti di integrazione.
Raccogli dati sull'elettricità a intervalli e identifica la domanda media, la domanda di picco, la durata del picco e le variazioni durante il giorno e l'anno.
Laddove il sistema sia destinato a supportare carichi selezionati, stabilire quali carichi devono essere serviti e se funzionano in modo continuo o intermittente.
Per le applicazioni di backup, identificare i carichi specifici, il runtime richiesto e i requisiti di transizione.
Per un'illustrazione semplificata, supponiamo che un carico selezionato richieda 500 kW di potenza per due ore.
Il fabbisogno energetico erogato è:
500 kW × 2 ore = 1.000 kWh.
Ciò rappresenta l'energia fornita al carico sotto il presupposto dichiarato. Non è necessariamente la capacità nominale della batteria a dover essere acquistata.
Il progetto finale deve tenere conto delle perdite di conversione, della capacità utilizzabile della batteria, dei requisiti di riserva, del degrado, della temperatura e di altre limitazioni del sistema.
La capacità energetica, misurata in kilowattora, descrive quanta energia è disponibile. La potenza nominale, misurata in kilowatt, descrive la quantità di potenza che il sistema può fornire in un dato momento.
Un sistema destinato a gestire un breve picco di domanda può richiedere un rapporto potenza-energia diverso da un sistema progettato per spostare l’energia nell’arco di diverse ore.
Il sistema selezionato deve soddisfare sia il fabbisogno energetico che la richiesta di potenza istantanea associata all'applicazione.
Per le strutture critiche, la progettazione dovrebbe considerare la ridondanza delle apparecchiature, l'isolamento dei guasti, il coordinamento della protezione, il monitoraggio e le procedure di manutenzione.
Se si prevede che lo stoccaggio della batteria supporti carichi critici durante un’interruzione della rete, gli ingegneri devono confermare che l’architettura elettrica completa supporti la modalità operativa richiesta.
Non dare per scontato che un sistema di batterie connesso alla rete possa funzionare automaticamente indipendentemente dalla rete.
Confrontare il valore atteso del sistema con il suo costo totale nel periodo di servizio pianificato.
I fattori rilevanti includono il costo delle apparecchiature, l’installazione, gli aggiornamenti elettrici, la manutenzione, le perdite di energia, il degrado della batteria, i requisiti di sostituzione, le tariffe elettriche ed eventuali risparmi legati alla domanda.
La motivazione finanziaria dovrebbe basarsi sui dati operativi effettivi dell'impianto e sui prezzi locali dell'elettricità piuttosto che su stime generiche di risparmio.
Richiedi informazioni chiare su potenza nominale, capacità energetica utilizzabile, limiti operativi, efficienza del sistema, condizioni ambientali e modalità operative previste.
Il fornitore dovrebbe spiegare quali funzioni sono supportate dal modello specifico e quali richiedono apparecchiature o ingegneria aggiuntive.
Esaminare il punto di connessione proposto, l'interfaccia di rete, le apparecchiature di conversione dell'energia, i quadri, le disposizioni di protezione e le interfacce del sistema di controllo.
Per le strutture con carichi critici, il piano di integrazione dovrebbe essere coordinato con il team di progettazione elettrica e i sistemi UPS e generatori esistenti.
Le installazioni di accumulo dell'energia tramite batterie richiedono misure di sicurezza, protezione elettrica, gestione termica, distanze di installazione e procedure di emergenza adeguate.
I requisiti applicabili dipendono dall'apparecchiatura, dal luogo di installazione, dalla tecnologia della batteria e dalle normative locali.
Gli acquirenti devono richiedere la documentazione tecnica pertinente e confermare che la configurazione proposta è appropriata per il progetto.
Valutare le funzioni di monitoraggio disponibili, la segnalazione degli allarmi, le interfacce di comunicazione, l'accesso al servizio, gli intervalli di manutenzione, le condizioni di garanzia e le disposizioni sui pezzi di ricambio.
Per i data center, il piano di manutenzione dovrebbe anche considerare come completare l'ispezione o la manutenzione delle apparecchiature senza compromettere il funzionamento della struttura.
Le specifiche generali del prodotto di un fornitore non sostituiscono una valutazione ingegneristica specifica del sito.
Prima della selezione finale, verificare che il sistema proposto corrisponda ai requisiti elettrici del progetto, alla strategia operativa, allo spazio disponibile, alle disposizioni di raffreddamento, alle condizioni ambientali e agli obblighi di conformità.
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Per i progetti di data center, l'idoneità di qualsiasi modello specifico deve essere stabilita attraverso una revisione tecnica. Gli acquirenti non devono dare per scontato che un prodotto progettato per applicazioni di alimentazione remote o temporanee soddisfi automaticamente i requisiti di un data center mission-critical.
Il team di progetto dovrebbe confermare la potenza e le classificazioni energetiche richieste, la modalità operativa, la ridondanza, le caratteristiche di risposta, l'integrazione elettrica e le certificazioni applicabili prima di prendere in considerazione un prodotto per l'installazione.
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Per una discussione tecnica iniziale, preparare il profilo di carico del sito, l'applicazione prevista, la potenza nominale richiesta, la capacità energetica, i dettagli della connessione alla rete e i requisiti del mercato di destinazione.
Si tratta di un sistema basato su batterie che immagazzina elettricità e la fornisce per applicazioni definite come la gestione dei picchi di domanda, l’utilizzo di energia rinnovabile o un sistema di backup ingegnerizzato. Il suo ruolo dipende dalla progettazione del sistema e dall'integrazione con l'infrastruttura elettrica della struttura.
Non automaticamente. Un UPS è progettato per supportare carichi critici in base a specifici requisiti di continuità e trasferimento. Un BESS per scopi generali può svolgere funzioni complementari, ma qualsiasi sostituzione o integrazione deve essere valutata rispetto alla progettazione elettrica e ai requisiti di disponibilità del data center.
Potrebbe aiutare a ridurre i picchi di domanda selezionati o ad aumentare l’uso di energia rinnovabile in loco. Il vantaggio finanziario effettivo dipende dalle tariffe elettriche, dal profilo di carico, dall’efficienza del sistema, dalla strategia operativa e dal costo totale del sistema.
Non esiste una capacità universale. L'energia richiesta dipende dalla funzione prevista, dal carico supportato, dalla durata, dalla capacità utilizzabile della batteria, dalle perdite del sistema, dai requisiti di riserva e da altri fattori di progettazione. È necessaria una valutazione sito-specifica.
Sì, laddove il sistema e i controlli sono progettati per tale configurazione. L’integrazione deve definire il modo in cui la batteria, il generatore, la connessione alla rete e i carichi supportati funzionano in condizioni normali e durante le interruzioni.
Fattori importanti includono la potenza nominale, la capacità energetica utilizzabile, la modalità operativa, la ridondanza, l'integrazione elettrica, la sicurezza, il monitoraggio, la manutenzione, la conformità e l'economia del ciclo di vita. Il sistema deve essere adattato all'applicazione prevista piuttosto che essere selezionato solo in base alla capacità della batteria.
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Un sistema di accumulo dell'energia a batteria può contribuire alla gestione energetica del data center supportando la domanda di picco selezionata, l'integrazione dell'energia rinnovabile e applicazioni di alimentazione opportunamente progettate.
Un'implementazione di successo richiede un obiettivo operativo chiaro, dati di carico accurati, potenza della batteria e valori energetici adeguati e un'attenta integrazione con l'infrastruttura elettrica esistente della struttura.
Lo stoccaggio delle batterie, le apparecchiature UPS e i generatori di backup svolgono ruoli diversi. La loro configurazione dovrebbe essere determinata dai requisiti di disponibilità del data center, dalla progettazione elettrica e dagli standard applicabili.
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