από τους A. Marshall, A. Wray-Summerson και V.Barran.
Διαθεσιμότητα από 99,9% έως 99,999%
Η αξιοπιστία ενός κέντρου δεδομένων σπάνια είναι ένα δίλημμα του τύπου «λειτουργεί ή δεν λειτουργεί;». Αντίθετα, ορίζεται από σαφή επίπεδα διαθεσιμότητας – συνήθως τρία εννιάρια (99,9%), τέσσερα εννιάρια (99,99%) ή πέντε εννιάρια (99,999%) – το καθένα με πολύ διαφορετικές επιπτώσεις στην αρχιτεκτονική του συστήματος, την εφεδρεία και το κόστος.
Οι σύγχρονοι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με κινητήρες αερίου, που κατασκευάζονται από πολλούς μεμονωμένους κινητήρες πρώτης λειτουργίας, προσφέρουν έναν ευέλικτο τρόπο σχεδιασμού σε όλα αυτά τα επίπεδα χρησιμοποιώντας την ίδια βασική τεχνολογία. Η διαφορά δεν έγκειται στους ίδιους τους κινητήρες, αλλά στον αριθμό των εγκατεστημένων κινητήρων και στον τρόπο λειτουργίας τους.
Μεμονωμένοι κινητήρες έναντι διαθεσιμότητας εγκαταστάσεων (μια απαραίτητη διάκριση)
Πριν εξετάσουμε τις διαμορφώσεις, είναι απαραίτητο να διευκρινίσουμε ένα σημείο:
- Οι μεμονωμένοι κινητήρες αερίου είναι συνήθως σχεδιασμένοι για 8.000–8.300+ ώρες λειτουργίας ετησίως σε κύρια ή συνεχή λειτουργία.
- Αυτό αντιστοιχεί σε διαθεσιμότητα μονάδας στο εύρος ~97,5–98,5%, συμπεριλαμβανομένης της προγραμματισμένης συντήρησης.
- Οι στόχοι διαθεσιμότητας του κέντρου δεδομένων (99,9%–99,999%) ισχύουν για το συγκρότημα του σταθμού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και όχι για μεμονωμένους κινητήρες.
Αυτό αντικατοπτρίζει τον τρόπο με τον οποίο τα κέντρα δεδομένων ήδη σκέφτονται:
- Μονάδες UPS
- Σειρές μπαταριών
- Παραγωγή Ισχύος διαδρομές Παραγωγή Ισχύος
Κανένα μεμονωμένο εξάρτημα δεν είναι «πέντε εννιάρια». Το σύστημα είναι.
Στόχοι διαθεσιμότητας σε όρους κέντρου δεδομένων
Η μετάβαση από 3×9 σε 5×9 δεν είναι σταδιακή, αλλά αρχιτεκτονική.
Βασικές παραδοχές (κοινές και για τα δύο σχέδια)
Για να διατηρηθεί η σύγκριση καθαρή, και οι δύο διαμορφώσεις χρησιμοποιούν τα ίδια βασικά στοιχεία:
- Κρίσιμο φορτίο IT: 50 MW
- Ονομαστική ισχύς κινητήρα: 3,3 MW ηλεκτρική – (εδώ χρησιμοποιούμε ως παράδειγμα τον Jenbacher J620, αλλά θα μπορούσε να είναι και ένας Jenbacher J624 4,5 MW).
- Λειτουργία κινητήρα: Κύρια λειτουργία (8.000–8.300+ ώρες/έτος ανά κινητήρα)
- Καύσιμο: Φυσικό αέριο / ανανεώσιμο αέριο
- UPS/BESS: Υποτίθεται για διατήρηση λειτουργίας και ποιότητα ισχύος
Ελάχιστοι κινητήρες που απαιτούνται για την κάλυψη του φορτίου:
50 / 3,3 = 15,15 -> 16 κινητήρες (N)
Διαμόρφωση 1: Διαθεσιμότητα 99,9% (3×9s)
Υψηλή διαθεσιμότητα, αρχιτεκτονική με βελτιστοποιημένο κόστος
Στόχος
- Μέγιστος χρόνος διακοπής λειτουργίας: ~8,76 ώρες ανά έτος
- Συνήθως αποδεκτό όταν είναι ανεκτές σύντομες, μη καταστροφικές διακοπές λειτουργίας.
Συνιστώμενη αρχιτεκτονική: N+1
- Απαιτούμενοι κινητήρες για φορτίο (N): 16
- Πλεονασμός: +1
- Συνολική εγκατεστημένη ισχύς: 17 × 3,3 MW = 56,1 MW
Πώς λειτουργεί
- Ένας κινητήρας μπορεί να είναι μη διαθέσιμος (προγραμματισμένα ή αναγκαστικά) χωρίς απώλεια φορτίου.
- Η προγραμματισμένη συντήρηση είναι διαδοχική
- Οι αναγκαστικές διακοπές λειτουργίας απορροφώνται αυτόματα
Σε αυτό το επίπεδο πλεονασμού:
- Πολλαπλές ταυτόχρονες αστοχίες είναι απίθανες, αλλά όχι αδύνατες.
- Το σύστημα πληροί άνετα το 99,9% της διαθεσιμότητας, αλλά όχι υψηλότερα επίπεδα.
Πού ταιριάζει αυτό
- Εταιρικά κέντρα δεδομένων
- Περιφερειακή συντοπισμός
- Εγκαταστάσεις σε περιφερειακές ή βιομηχανικές περιοχές
- Ιστότοποι παράλληλοι με το δίκτυο με κάποια ανοχή για σύντομες διακοπές
Αυτή είναι η ελάχιστη διαμόρφωση κύριας ισχύος που είναι «αξιόπιστη για κέντρα δεδομένων».
Διαμόρφωση 2: Διαθεσιμότητα 99,999% (5×9s)
Υπερμεγέθης, ανθεκτική σε σφάλματα αρχιτεκτονική
Στόχος
- Μέγιστος χρόνος διακοπής λειτουργίας: ~5,26 λεπτά ανά έτος
- Από λειτουργική άποψη, είναι ουσιαστικά «πάντα σε λειτουργία»
Συνιστώμενη αρχιτεκτονική: N+4 (ή N+3 με λειτουργικούς περιορισμούς)
Ένας στόχος πέντε εννιάρια προϋποθέτει:
- Η προγραμματισμένη συντήρηση δεν προκαλεί ποτέ απώλεια εφεδρείας
- Τουλάχιστον δύο μη προγραμματισμένα συμβάντα μπορούν να συμβούν χωρίς διακοπή της υπηρεσίας.
Ένα συντηρητικό σχέδιο είναι το N+4.
- Απαιτούμενοι κινητήρες για φορτίο (N): 16
- Πλεονασμός: +4
- Συνολική εγκατεστημένη ισχύς: 20 × 3,3 MW = 66,0 MW
Τι επιτρέπει αυτό
- Ένας κινητήρας εκτός λειτουργίας για συντήρηση
- Ένας κινητήρας εκτός λειτουργίας λόγω αναγκαστικής διακοπής λειτουργίας
- Ένας κινητήρας δεν είναι διαθέσιμος λόγω βλάβης του βοηθητικού συστήματος ή του συστήματος εξισορρόπησης της εγκατάστασης.
- Ακόμα ≥ 50 MW διαθέσιμα
Η πιθανότητα ταυτόχρονης μη διαθεσιμότητας τεσσάρων κινητήρων είναι εξαιρετικά χαμηλή, ακόμη και με συντηρητικές υποθέσεις διαθεσιμότητας μίας μονάδας.
Έτσι επιτυγχάνεται διαθεσιμότητα 99,999% χωρίς μηχανήματα 99,999%.
Γιατί οι μηχανές Prime-Running υποστηρίζουν εξαιρετικά υψηλή διαθεσιμότητα
Οι κινητήρες που λειτουργούν πάνω από 8.000 ώρες ετησίως προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα αξιοπιστίας:
- Μειωμένος θερμικός κύκλος
- Σταθερή συνεχής λίπανση
- Έγκαιρη ανίχνευση λανθάνων βλαβών
- Η συντήρηση γίνεται προβλέψιμη και προγραμματίσιμη
Οι βλάβες εντοπίζονται κατά τη λειτουργία και όχι κατά την εκκίνηση έκτακτης ανάγκης.
Για συστήματα με 99,999% αξιοπιστία, αυτό έχει μεγαλύτερη σημασία από την ονομαστική απόδοση.
Η ενσωμάτωση συστημάτων εξακολουθεί να έχει σημασία
Σε υψηλότερα επίπεδα διαθεσιμότητας, οι μηχανές αποτελούν μέρος ενός στοίβα, όχι μια αυτόνομη λύση:
- UPS: Διακοπή ρεύματος και απομόνωση χιλιοστών του δευτερολέπτου, ποιότητα ρεύματος
- BESS: Μαύρη εκκίνηση, μεταβατική απόκριση, γρήγορη εφεδρεία, ποιότητα ισχύος
- Δίκτυο: Σταθεροποίηση χωρητικότητας, όχι πρωτογενής αξιοπιστία
- Συστήματα Ελέγχου: Αυτοματοποιημένη αποστολή, κατανομή φορτίου, απομόνωση βλαβών
Οι κινητήρες παρέχουν ενεργειακή αξιοπιστία, ενώ τα ηλεκτρονικά συστήματα διαχειρίζονται τη συνέχεια της τροφοδοσίας. Τα UPS και τα BESS υποστηρίζουν επίσης την ποιότητα της τροφοδοσίας.
Το στρατηγικό συμπέρασμα
- Διαθεσιμότητα 99,9% επιτυγχάνεται με μέτρια εφεδρεία και οικονομικά αποδοτικό σχεδιασμό.
- Η διαθεσιμότητα 99,999% απαιτεί σκόπιμη υπερ-προμήθεια και λειτουργική πειθαρχία.
- Και τα δύο μπορούν να παραδοθούν χρησιμοποιώντας την ίδια πλατφόρμα με κινητήρα βενζίνης πρώτης ποιότητας.
Η διαφορά δεν είναι η τεχνολογία. Είναι η αρχιτεκτονική, η φιλοσοφία της πλεονασμού και ο λειτουργικός σκοπός.
Συμπέρασμα
Ένα κέντρο δεδομένων 50 MW μπορεί να σχεδιαστεί σε πολλαπλά επίπεδα αξιοπιστίας χρησιμοποιώντας κινητήρες αερίου πρώτης κατηγορίας:
Κέντρο δεδομένων 50 MW – Συνοπτική σύγκριση (3,3 MW έναντι 4,5 MW)
Κάθε κινητήρας έχει σχεδιαστεί για 8.000–8.300+ ώρες λειτουργίας ετησίως. Η μονάδα παραγωγής ενέργειας, μέσω της αρθρωτής εφεδρείας, εξασφαλίζει τη διαθεσιμότητα.
Η αξιοπιστία δεν έχει να κάνει με την αποφυγή της αποτυχίας. Έχει να κάνει με το σχεδιασμό, έτσι ώστε η αποτυχία να μην έχει σημασία.
