Nowe technologie gwarantowanego zasilania

Dynamiczne systemy zasilania gwarantowanego

Centra przetwarzania danych wymagają niezawodnego zasilania nie tylko samych systemów teleinformatycznych lecz i wielu innych systemów obiektu jak np. systemów chłodzenia i zarządzania budynkiem. Dla zabezpieczenia zasilania całych obiektów coraz częściej wykorzystuje się dynamiczne systemy zasilania gwarantowanego, zbudowane na bazie silnika elektrycznego i generatora synchronicznego.

Dynamiczny system zasilania gwarantowanego sprzężony z kinetycznym zasobnikiem energii ( tzw. Flywheel)

Dynamiczny system zasilania gwarantowanego sprzężony z kinetycznym zasobnikiem energii ( tzw. Flywheel)

Jest to rozwiązanie znane i stosowane od wielu lat, lecz po rewolucji w energoelektronice lat osiemdziesiątych ubiegłego wieku w znacznej mierze zostało ono wyparte przez zasilacze UPS. Jednak w ostatnim czasie po dokonaniu szeregu udoskonaleń wzrosło zainteresowanie tego typu rozwiązaniem jako potencjalnym źródłem napięcia gwarantowanego. Umieszczenie w jednej wspólnej obudowie uzwojenia generatora i silnika elektrycznego oraz sprzęgnięcie wału z silnikiem Diesla lub turbiną gazową, za pomocą elastycznego sprzęgła elektromagnetycznego zapewnia zasilanie zarówno o wysokiej jakości jak i dużej niezawodności.

Zobacz również:

Przepływ energii między uzwojeniami prądnicy oraz silnika (które są umieszczone we wspólnym statorze) odbywa się na zasadzie bezpośredniego sprzężenia magnetycznego (bez przetwarzania elektromechanicznego). Rozwiązanie takie jest w stanie osiągnąć sprawność na poziomie ponad 97 %. Kompaktowa konstrukcja zwiększa ponadto niezawodność maszyny oraz ułatwia konserwację co w konsekwencji obniża koszty utrzymania. Dynamiczne systemy zasilania gwarantowanego, są wyjątkowo korzystne do stosowania w aplikacjach dużych mocy (kilkaset kVA) do zasilania całych budynków, w których występuje konieczność zapewnienia zasilania podczas długotrwałych przerw.

Dynamiczny system zasilania gwarantowanego

Dynamiczny system zasilania gwarantowanego

Specyficzną odmianą system dynamicznego jest zastosowanie sprzężonego z nim mechanicznie kinetycznego zasobnika energii tzw. Flywheel, który w trakcie normalnej pracy sieci jest w sposób ciągły doładowywany energią kinetyczną pobieraną z wału silnika synchronicznego. W sytuacji wystąpienia przerwy zasilania, koło wirujące zapewnia przepływ energii do obciążenia poprzez prądnicę. Rozwiązanie takiego gwarantuje czas autonomii na poziomie kilkunastu sekund co wystarcza do uruchomienia silnika spalinowego.

Jednym z wiodących producentów dynamicznych systemów zasilania bezprzerwowego jest niemiecka firma Piller Power Systems. Najnowsze produkty tej firmy są zoptymalizowane pod kątem niezawodności i sprawności wykorzystując innowacyjne rozwiązanie polegające m.in. na umieszczeniu elementów wirujących w helu. Wartym nadmienienia jest fakt, iż firma Business Power Sp. z. o. o. uruchomiła w listopadzie 2014 roku w rozbudowywanej serwerowni firmy 3Services Factory S.A. w Katowicach, dynamiczny UPS marki Piller typu UBT+ o mocy 560 kW.

Przekrój zespołu silnik elektryczny

Przekrój zespołu silnik elektryczny

Perspektywy rozwoju

Powszechnie stosowane systemy zasilania gwarantowanego takie jak, zasilacze UPS, siłownie prądu stałego, agregaty prądotwórcze podlegają procesowi ciągłego udoskonalania, który skutkuje zwiększeniem niezawodności oraz polepszeniem sprawności a także zmniejszeniem gabarytów i masy. Obiecujące perspektywy rysują się przed urządzeniami budowanymi w oparciu o ogniwa paliwowe.

Produkcja ogniw paliwowych systematycznie wzrasta, według firmy doradczej Frost and Sullivan wartość europejskiego rynku ogniw paliwowych może wzrosnąć do 2040 roku do ponad 50 miliardów dolarów. Ważnym aspektem stosowania ogniw paliwowych są wciąż wzrastające wymagania dotyczące ekologii co w dłuższej perspektywie powinno przełożyć się na wzrost zainteresowania tymi technologiami.

Do zastosowań gdzie ogniwa paliwowe są już powszechnie wykorzystywane należą te aplikacje, w których stosowanie agregatu prądotwórczego jest trudne lub wręcz niemożliwe jak, np.: wyniesione stacje telekomunikacyjne lub aplikacje militarne. Ogniwa paliwowe pracujące w aplikacjach bez dostępu do sieci elektroenergetycznej często współpracują z odnawialnymi źródłami energii takimi jak turbiny wiatrowe czy ogniwa fotowoltaiczne. Oprócz stosowania ogniw paliwowych w dużych systemach zasilania gwarantowanego trwają również przymiarki do ich wykorzystania w obszarze zasilania urządzeń mobilnych gdyż są one w stanie zapewnić znacznie dłuższy od klasycznych baterii czas autonomii. Do masowego rozpowszechnienia się ogniw paliwowych niezbędna jest jednak znacząca obniżka kosztów produkcji tych urządzeń oraz wyeliminowanie problemów związanych z bezpieczeństwem.

Zastosowanie zasobników energii w zależności
od pojemności i czasu autonomii

Zastosowanie zasobników energii w zależności

od pojemności i czasu autonomii

W przypadku budowy systemów zasilania gwarantowanego zapewniających dużych mocy (szczególnie do zasilania całych obiektów) korzystnym rozwiązaniem jest stosowanie dynamicznych systemów zasilania. Główną zaletą takich systemów (silnik elektryczny – generator prądu – przekształtnik - koło wirujące) jest wysoka niezawodność (prostota rozwiązania) oraz brak wnoszonych zakłóceń, które są charakterystyczne dla urządzeń energoelektronicznych.

Jeśli chodzi przyszłość w zakresie nowych źródeł zasilania to w dalszym horyzoncie czasowym mogą ją kształtować urządzenia działające w oparciu o zjawisko termoelektryczności, czyli wytwarzanie prądu elektrycznego na bazie różnicy temperatur (co powinno przyczynić się do ograniczenia marnotrawstwa ciepła wytwarzanego przez urządzenia znajdujące się w serwerowni). Zjawisko to zostało odkryte już w latach dwudziestych dziewiętnastego wieku przez niemieckiego badacza Thomasa Johann Seebecka. Generatory tego typu są obecnie dość powszechnie stosowane w pojazdach kosmicznych, takie zasilanie posiadają między innymi międzyplanetarne sondy Voyager, Galileo i Cassini.

W pojazdach kosmicznych ciepło pochodzi z rozpadu izotopów, lecz termicznemu generatorowi jest oczywiście obojętne, co je podgrzewa. W centrum przetwarzania danych generowane są olbrzymie ilości ciepła, którego odprowadzenie słono kosztuje, a w obecnych czasach na marnotrawstwo nie stać nikogo. Obecnie jeszcze efektywność tej metody, która zapewniłaby opłacalność generowania energii elektrycznej pozostawia wiele do życzenia, ale nad materiałami, termoelektrycznych syntetyków osiągających sprawność około 20 proc., czyli cztery razy lepszą od obecnie znanych pracuje wiele ośrodków badawczych na świecie. Na taki przełom trzeba będzie z pewnością jeszcze trochę poczekać, ale może nie będzie to zbyt odległa przyszłość. W ostatnim okresie amerykańscy uczeni poinformowali bowiem o znalezieniu taniego i wydajnego materiału jakim okazał się być selenek cyny. Kryształy tego półprzewodnika są dobrymi izolatorami cieplnymi co pozwala generować prąd ze znacznie lepszą efektywnością. Jeśli dodamy do tego, że selenek cyny jest dość tani w produkcji, może to oznaczać, iż jesteśmy o krok od wielkiego przełomu technologicznego.


TOP 200