Максимальная эффективность работы центров обработки данных — главная задача любого планировщика и владельца ЦОД. Поскольку столь же важное значение имеет надежность, ЦОД строится в соответствии с уровнями Tier 3 или 4. В этой концепции использование батарей — стандартное решение, однако происходящие в них химические процессы могут привести к отказу оборудования, который невозможно предвидеть заранее.

В архитектуре каждого ЦОД предусмотрены одна или несколько установок резервного питания, запуск которых производится в течение 15 сек после отключения электросети. Основная задача состоит в том, чтобы обеспечить в течение этого времени максимально надежное и эффективное промежуточное электропитание (Bridgepower). В последние годы начала набирать популярность новая технология сохранения энергии на основе так называемых супер- или ультраконденсаторов, идеально подходящая для обеспечения промежуточного питания. Так называемые двухслойные конденсаторы устойчивы к механическому и электрическому воздействию, а кроме того, отвечают современным экологическим требованиям, так как не содержат тяжелых металлов.

Новые разработки в области оборудования для электросетей и его высокая масштабируемость повышают интерес к технологии с использованием суперконденсаторов в ЦОД. Они лучше всего подходят для преодоления краткосрочных перебоев с энергоснабжением благодаря способности к быстрому поглощению и отдаче энергии. Согласно прогнозам, центрам обработки данных предстоит столкнуться с кратковременными, но регулярно возникающими сбоями энергоснабжения, так как качество электросетей в целом будет снижаться в результате перехода на экологически необходимое и политически обусловленное смешение электроэнергии, получаемой из различных источников.

Как говорится в проекте NetzQ (при участии технического университета города Мюнхена, высшей специальной школы Elysis из Нюрнберга, компании Siemens и др.), поскольку нерегулируемый децентрализованный подвод электрического тока (солнечная, ветровая энергия) постоянно возрастает, сети электроснабжения все больше приближаются к своей предельно допустимой нагрузке. Уже сейчас всплески (менее 4 мс), а также пики и провалы напряжения (менее 16 мс) — то есть чрезвычайно непродолжительные феномены — представляют собой основную проблему для ЦОД. Суперконденсаторы всегда готовы к незамедлительному использованию: даже при возникновении сбоев и отказов системы энергоснабжения они способны — совместно с установками резервного питания — обеспечивать работу центра 24 часа в сутки и 365 дней в году.

 

НЕТРЕБОВАТЕЛЬНОСТЬ К ОБСЛУЖИВАНИЮ И НАДЕЖНОСТЬ

Суперконденсаторы разрабатывались для использования вне помещений, они невосприимчивы к жаре и холоду и рассчитаны на хранение и эксплуатацию в диапазоне температур от -40 до +65°C. В зависимости от модели и типа, суперконденсатор выдерживает практически неограниченное количество циклов зарядки и разрядки и может использоваться до 20 лет. Устройства имеют большой срок службы, они не требуют регулярного технического обслуживания, а стоимость владения этим оборудованием на протяжении всего жизненного цикла оказывается очень низкой.

В то время как аккумуляторные батареи из-за своего электрохимического состава нуждаются в ежегодном трудоемком уходе и регулярном контроле, причем отдельные ячейки необходимо менять достаточно часто, конденсаторы практически не нуждаются в каком-либо специальном обслуживании в течение всего срока эксплуатации. Их модульная конструкция позволяет осуществлять гибкое масштабирование в соответствии с требованиями ЦОД, причем для размещения этого оборудования требуется значительно меньше места, чем при использовании аккумуляторов.

Кроме того, суперконденсаторы отличаются высокой устойчивостью к превышению напряжения, а по завершении срока службы их можно утилизировать без ущерба окружающей среде. Они соответствуют стандартам RoHS согласно директиве Евросоюза 2002/95/EC: как правило, в них не содержится тяжелых металлов вроде свинца, кадмия или ртути, относящихся к категории особо токсичных отходов.

 

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

При оценке систем ИБП, помимо надежности и легкости в обслуживании, выделяют показатель энергоэффективности, так как эти устройства вносят существенный вклад в общий расход электроэнергии в ЦОД. Поэтому оптимизация КПД таких систем является решающим фактором для снижения постоянно растущих затрат на электроэнергию. Суперконденсаторы в наибольшей степени соответствуют указанным требованиям: они держат заряд в течение продолжительного времени без потери емкости и отдают его практически полностью. Потери энергии при зарядке, разрядке и выделении тепла минимальны. Они обладают незначительным последовательным эквивалентным сопротивлением, а их энергоэффективность составляет 95%. Благодаря этим особенностям суперконденсаторы не только сокращают затраты на электроэнергию, но и нуждаются в меньшей мощности вентиляции, ведь — в отличие от батарей — процессов газообразования в них не происходит.

 

БЫСТРАЯ ЗАРЯДКА И РАЗРЯДКА

Суперконденсаторы краткосрочно предоставляют высокий ток при неограниченном количестве циклов и сразу готовы к повторному использованию. По сравнению с традиционными свинцовыми аккумуляторными батареями они отличаются гораздо более высоким, быстрым и линейно протекающим накоплением энергии, которая затем может отдаваться практически полностью и, что главное, быстро.

Множество этих преимуществ приводит к заметному снижению затрат на эксплуатацию и жизненный цикл оборудования. Поскольку не требуется обслуживать и контролировать работу батарей, специалисты ИТ могут сконцентрироваться на своих основных задачах. Как и аккумуляторные системы ИБП, суперконденсаторы гарантируют высокую степень отказоустойчивости ИТ.

Физический принцип действия суперконденсаторов (именуемых также двухслойными конденсаторами) был открыт в конце XIX века, однако разработка стандарта, пригодного для промышленного использования, началась лишь в 1986 году. Высокопроизводительные элементы появились на рынке в 1999 году (5000?Ф и 2,3–2,7 В на ячейку). Используемые углеродные материалы обладают электропроводностью и низкой химической активностью. Большая поверхность (см. Рисунок 1) и слои электродов комбинируются с диэлектрическим слоем толщиной 10 нм. Сочетание большой площади поверхности с малой толщиной слоя обеспечивает большую емкость.

 

Рисунок 1. Схема двухслойного конденсатора. 

 

Хорст Мюнних — менеджер по развитию каналов сбыта компании AEG Power Solutions.

© ITP Verlag

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF