Consideraciones de diseño para la implementación de sistemas UPS en centros de datos 2

Durante los últimos 40 años, las redes eléctricas del mundo se han vuelto cada vez más inestables. Esto se debe en gran parte a tres factores principales:

1) las redes de transmisión de servicios públicos han experimentado muy pocas mejoras importantes en la infraestructura;

2) la incorporación de energías renovables a las redes eléctricas ha hecho más complejo el desafío de mantener un entorno estable de suministro de energía;

3) un aumento en eventos climáticos extremos catastróficos se ha sumado al nivel de inestabilidad energética y el riesgo asociado a la resiliencia empresarial.

Dados estos factores externos, las empresas comerciales, las plantas industriales y los centros de datos dependen cada vez más de sus sistemas de generación de energía de respaldo in situ. En la mayoría de los casos, un tándem de fuentes de alimentación ininterrumpida (UPS) y generadores proporciona los medios para lograr una energía de respaldo confiable. El grupo electrógeno (la planta de emergencia) sirve como respaldo de energía a largo plazo (generalmente días) mientras que los sistemas UPS sirven como puente (generalmente minutos) hasta que los generadores se conectan para soportar la carga crítica.

Se requieren inversiones en tecnologías de UPS y generadores porque las anomalías de energía, tanto breves como prolongadas, pueden interrumpir las operaciones. En un entorno de centro de datos, por ejemplo, cualquier interrupción del suministro eléctrico de más de 20 milisegundos puede provocar la caída de los sistemas de TI. Una interrupción de energía de 60 segundos puede resultar en un período de recuperación de horas o días para reiniciar los sistemas de TI y las aplicaciones que se han visto afectadas. Esto puede costarle a una organización millones de pesos (dependiendo de la industria) y afectar la satisfacción del cliente y / o su marca y reputación.

Factores críticos de éxito a considerar para el respaldo de energía

El UPS es posiblemente el componente más importante en cualquier centro de datos y las baterías del UPS son posiblemente el eslabón más débil. El sistema UPS debe estar diseñado adecuadamente para lograr un equilibrio optimizado entre los costos de capital y la disponibilidad de energía eléctrica ininterrumpida. Los siguientes elementos representan algunos de los factores críticos de éxito que entran en juego al sopesar las compensaciones de los costos de capital y la disponibilidad:

Suministro de energía UPS a las cargas críticas

La mayoría de los centros de datos incorporan hoy en día sistemas UPS en su diseño que proporcionan energía ininterrumpida a los equipos de TI. Sin embargo, los sistemas de enfriamiento que respaldan el centro de datos a menudo están respaldados por energía del generador solamente. Con este diseño, en caso de pérdida de energía, los sistemas de enfriamiento se apagarán momentáneamente hasta que la instalación se transfiera a la energía del generador. Dependiendo de la solución de enfriamiento empleada, estos sistemas pueden tardar varios minutos en reciclarse, iniciarse y volver a enfriarse por completo.

En un entorno de centro de datos de baja densidad (hasta 5 kW por rack, en promedio), el intervalo de tiempo de reinicio puede no ser un problema. Las bajas densidades de rack y el abundante espacio de aire frío (por ejemplo, techos altos) pueden proporcionar un recorrido térmico durante un período de varios minutos antes de que las temperaturas de los componentes de TI alcancen un punto en el que los sistemas se apaguen debido a una sobrecarga térmica.

Hoy en día, vemos que se implementan más racks de alta densidad en el centro de datos. No es raro ver racks hiperconvergentes en el rango de 10-20 kW por rack o racks de servidores blade, como se puede encontrar en los departamentos de investigación universitarios, en el rango de 30-100 kW por rack. En estas circunstancias, en lugar de dos minutos de funcionamiento térmico, estos racks de cómputo pueden experimentar una sobrecarga térmica en cuestión de segundos. En estas situaciones, comienza a tener sentido tener una parte o la totalidad del sistema HVAC respaldado por la energía del UPS, así como por el generador.

Diseño para la confiabilidad y disponibilidad de UPS

Con el tiempo suficiente, todos los sistemas mecánicos y eléctricos fallarán en algún momento. Para contrarrestar esta inevitabilidad y lograr la confiabilidad y disponibilidad deseadas, los centros de datos están diseñados con componentes y / o sistemas eléctricos y mecánicos redundantes. Normalmente, cuanta más redundancia incorpore en el diseño, mayor será la confiabilidad y disponibilidad. Sin embargo, cuanto mayor sea la redundancia, mayor será el costo; tanto CapEx como OpEx. Por ejemplo, el diseño de un centro de datos 2N proporciona un sistema completamente redundante, es decir, si un sistema puede soportar la carga crítica, se instala otro sistema completamente redundante como respaldo. Este es un diseño altamente confiable, pero también tiene un alto costo. La mayoría de los centros de datos de hoy están logrando la confiabilidad deseada con una topología de diseño N + 1.

Determinación de los tiempos de ejecución adecuados de la batería del UPS

Teóricamente, solo necesita suficiente tiempo de funcionamiento de la batería del UPS para transportar la carga crítica hasta el momento en que los generadores se encienden y la carga se transfiere a los generadores (generalmente de 10 a 20 segundos). Dicho esto, el tiempo de ejecución de la batería variará según la tolerancia al riesgo del usuario final y la capacidad de recuperación de las aplicaciones de TI compatibles con el UPS. Por ejemplo, los gigantes de Internet están diseñando centros de datos a hiperescala con 1-2 minutos de duración de la batería. Los centros de datos en la nube y de colocación suelen estar diseñados con 5 minutos de duración de la batería. En la industria financiera, normalmente verá entre 10 y 15 minutos de duración de la batería. La cantidad de tiempo de ejecución de la batería del UPS es una decisión comercial del cliente. Obviamente, cuanto más tiempo de funcionamiento de la batería incorpore en su diseño, mayor será el costo de capital y mayor el costo de mantenimiento anual.

Decidir qué tecnología de baterías de UPS implementar

Durante décadas, el tipo más común de tecnología de baterías de UPS implementado fue VRLA. En los últimos años, se ha introducido una nueva generación de baterías de iones de litio y son un cambio de juego en la industria. Esta nueva tecnología tiene muchos beneficios sobre la batería VRLA tradicional. Si bien estas baterías pueden tener una prima leve de CapEx, la mayoría de las instalaciones reducirán su costo total de operación entre un 30% y un 50%.

Además, las baterías de iones de litio reducen de muchas maneras su perfil de riesgo operativo en comparación con las baterías VRLA tradicionales. Por ejemplo, las baterías de iones de litio tienen una expectativa de vida de 2 a 3 veces la de las baterías VRLA tradicionales. Esto reduce la cantidad de actualizaciones de la batería y el riesgo operativo incurrido para ejecutar un proyecto de reemplazo de batería. Pruebe usted mismo los beneficios de las baterías de iones de litio con esta calculadora comparativa.

Supere las anomalías de energía con UPS y generadores

Los arquitectos de soluciones de Energia y Redes acompañados del fabricante Schneider Electric trabajan con clientes empresariales y de hiperescala para ayudar a diseñar sistemas de respaldo de energía para centros de datos eficientes y resistentes. Si bien cada elemento es integral para un centro de datos ejecutado y mantenido con éxito, la arquitectura de energía y su solución de respaldo correspondiente es fundamental. Espero que este blog sirva como una mirada en profundidad a la necesidad de respaldo de energía y lo equipe con las preguntas correctas para hacer y los temas importantes que debe considerar al tomar las mejores decisiones para su centro de datos.