ریزشبکه‌های برق و مراکز داده: رویکردی جامع‌تر به امنیت در حوزه‌ی نیرو

در جریان آتش‌سوزی‌های پاییز گذشته در کالیفرنیا، بزرگترین تأمین‌کننده‌ی برق شبکه در این ایالت مجبور شد برق میلیون‌ها مشترک خود را قطع کند. در اوایل ماه اکتبر، شرکت گاز و الکتریک اقیانوس آرام (PG&E)، برق‌رسانی به بیش از ۳۰ شهرستان در کالیفرنیای مرکزی و شمالی را به شدّت محدود کرد. کالیفرنیا مستعد وقوع بیشتر آتش‌سوزی‌های جنگلی، بلایای طبیعی دیگر، و به ناچار قطع بیشتر برق بوده‌است و این موضوع ریزشبکه‌ها را به بخش حیاتی زیرساخت‌هایی که پشتیبان عملیات در آینده هستند، تبدیل می‌کند.

به همین دلیل است که شرکت PG&E در حال برنامه‌ریزی برای ساخت ۲۰ ریزشبکه‌ی جدید در نزدیکی آن دسته از پست‌های برق متعلق به خود است که این احتمال وجود دارد تحت تأثیر قطعی برق در آینده قرار گیرند. محلّه‌ها، شهرها، مدارس و دانشگاه‌ها (و بله، مراکز داده) نیز نگاه خود را به ریزشبکه‌ها معطوف داشته‌اند تا قادر باشند راه‌حل‌هایی برای تولید نیرو با تاب‌آوری فراتر و بالاتر از مولّدهای دیزلی و راه‌حل‌های پشتیبان سنّتی مستقر نمایند.

ریزشبکه‌ها بیشتر از آنچه فکر می کنید، قابلیت دارند

ریزشبکه‌ها می‌توانند چندین منبع انرژی را با هم تجمیع کرده و یک رویکرد کل‌نگر را در مقابل اتّکاء به یک تأمین‌کننده‌ی یکتا در شبکه‌ی برق در اختیار بگذارند. راه‌حل‌های مبتنی بر ریزشبکه‌ها در حال یافتن جایگاه خود در موارد استفاده‌ی اصلی در صنعت هستند و به همراه خود مزایای جدّی برای تاب‌آوری، زمان تحویل نیرو و خدمت‌دهی به ارمغان می‌آورند. این در حالی است که موارد استفاده برای ریزشبکه‌ها روز به روز در حال افزایش است؛ غیر از نمونه‌ی آتش‌سوزی‌های کالیفرنیا، موارد استفاده‌ی دیگری نیز وجود دارند.

یکی از بزرگترین ریزشبکه‌های مستقر در ایالات متحده‌ی آمریکا به تأمین انرژی در جزیره‌ی آلکاتراز و ۱٬۵ میلیون بازدیدکننده‌ی سالانه در آن یاری رسانده و ضمن کمک به صرفه‌جویی بیش از ۱۱۴٫۰۰۰ لیتر سوخت گازوئیل در سال، از سال ۲۰۱۲ مصرف سوخت جزیره را بیش از ۴۵ درصد کاهش داده‌است. پردیس اِی‌اَنداِم رِلیس تگزاس (Texas A&M RELLIS Campus)، چگونه توانست با داشتن فهرست رو به رشدی از تأسیسات تحقیقاتی چند میلیون دلاری ایالتی و ملّی، بسترهای آزمایشگاهی و مراکز تصدیق متعدّد، نسبت به تأمین منبع برق با دسترس‌پذیری بالا برای ماموریت خود موفق باشد؟ پاسخ استفاده از ریزشبکه‌ها است.

در تعریف سنتی، ریزشبکه‌ها به عنوان یک سامانه‌ی انرژی خودکفا عمل می‌کنند؛ و آنها قادر هستند خدمات متصوّر برای خود را در مناطق جغرافیایی پراکنده نیز ارائه دهند. این مکان‌ها و مناطق جغرافیایی می‌توانند شامل پردیس‌های دانشگاهی، مجتمع‌های بیمارستانی، مراکز تجاری یا کل یک محله باشند.

این چیزی است که تغییر کرده‌است: معماری ریزشبکه‌ها از وضعیت صرفاً  تأمین نیرو به وضعیت انجام آن وظیفه به شکل هوشمند پیشرفت کرده‌است. ریزشبکه‌های پیشرفته، باهوش هستند و راه‌حل‌های مبتنی بر داده‌ها را اهرمی برای توسعه‌ی نرم‌افزارها و تیغه‌های کنترلی خود قرار داده‌اند.

راب ثورنتِن (Rob Thornton)، رئیس و مدیر عامل انجمن بین‌المللی انرژی منطقه‌ای (IDEA) با قدمت ۱۰۵ سال، به دفعات گفته‌است که «ریزشبکه‌های برق چیزی بیشتر از مولّدهای دیزلی با یک کابل متّصل به خود هستند». به عبارت دیگر، یک ریزشبکه تنها به یک سازوکار تولید برق پشتیبان خلاصه نمی‌شود، بلکه باید یک دارایی قدرتمند با قابلیت کارکرد ۳۶۵×۷×۲۴ باشد. همچنین، یک ریزشبکه‌ی برق پیشرفته ممکن است خدمات مدیریت شبکه و مدیریت انرژی را نیز ارائه دهد.

این لیست از قابلیت‌های ریزشبکه‌ها را در نظر بگیرید:

–  برق و در برخی موارد انرژی حرارتی را در محل تولید کنید.
–  ظرفیت، انرژی و خدمات جانبی را به شبکه بفروشید و در پاسخگویی به زمان اوج مصرف مشارکت داشته باشید؛ یعنی همان فعالیت‌هایی که یک جریان درآمدی بالقوه برای صاحب دارایی ایجاد می‌کند.
–  استفاده از منابع متعدد انرژی را با توجه به اولویت‌های تعیین‌شده توسط میزبان تأسیسات، بهینه‌سازی کنید.
–  بار را با هدف کاهش اتلاف انرژی و دستیابی به راندمان برتر، مدیریت کنید.

یکی از ویژگی‌های اصلی ریزشبکه‌ها توانایی آنها در عملکرد جزیره‌ای است، به این معنی که قادرند از شبکه‌ی سراسری منفصل شده و به طور مستقل کار کنند و پس از آن دوباره به آن متصل شوند و به موازات شبکه به کار خود ادامه دهند. بنابراین به عنوان مثال، هر زمان که یک طوفان عظیم یا یک رویداد آب و هوایی طبیعی دیگر رخ دهد که به طور بالقوه باعث قطعی در شبکه‌ی برق شود، ریزشبکه به شکل جزیره‌ای اقدام به فعال‌سازی مولّدهای برق در محل خود خواهد کرد؛ هنگامی که قطعی برق به پایان رسد، ریزشبکه نیز دوباره به شبکه متصل می‌شود.

یک کنترل‌گر در معماری ریزشبکه، قابلیت عملکرد جزیره‌ای و همچنین قابلیت‌های جدیدتری را که مبتنی بر داده‌ها هستند، به ریزشبکه می‌دهد. این کنترل‌گرها که به عنوان مغز مرکزی سامانه نیز شناخته می‌شوند، قادر هستند مولّدها، باتری‌ها و سامانه‌های انرژی ساختمان‌های مجاور را با درجه‌ی بالایی از پیچیدگی مدیریت نمایند. یک کنترل‌گر با ایجاد هماهنگی بین منابع متعدد تامین برق که ریزشبکه به آنها متصل است، به منظور دستیابی به اهدافی که در خصوص متغیرهای مصرف انرژی توسط مشتریان ریزشبکه تعیین شده‌اند، اقدام به افزایش یا کاهش استفاده از هر یک از آن منابع یا ترکیبی از آن منابع، می کند. چنین راه‌حل‌هایی همچنین می‌توانند قابلیتی با عنوان «ریزشبکه به عنوان یک خدمت» نیز ارائه نمایند.

«ریزشبکه به عنوان یک خدمت» راه‌حلّی کاملاً مدیریت‌شده و مبتنی بر داده‌ها را ارائه می‌دهد تا به شما در رفع نیازهای تحویل برق در محل خود کمک کند. گردآوری پیشرفته‌ی داده‌ها از ریزشبکه‌های عملیاتی متعدد استقراریافته‌ی کنونی، به شرکای پیشرو در این صنعت اجازه می‌دهد تا تصمیمات بهتری اخذ نمایند و به طور پیش‌گیرانه به واحدهای تحت مدیریت خود خدمات‌رسانی کنند. این نوع ارائه‌ی خدمات مدیریت‌شده به مشتریان این امکان را می‌دهد که هرگز نگران واحدهای ریزشبکه‌ی خود نباشند؛ تمام تأسیسات توسط ارائه‌دهنده‌ی ریزشبکه‌ی شما پایش، نگهداری و خدمات‌رسانی می‌شوند.

سه افسانه در رابطه با ریزشبکه‌ها و مراکز داده

در طول تحقیقاتم در خصوص موضوع ریزشبکه‌ها و اینکه چه قابلیت‌هایی دارند، به سرعت به سه افسانه که هنوز مردم در رابطه با این بخش از فناوری در باورهایشان با خود حمل می‌کنند، برخوردم.

۱- ریزشبکه‌ها خیلی گران هستند. بله، ساخت ریزشبکه‌ها نیازمند سرمایه‌ی اولیه است که بسته به مورد استفاده‌ی شما و مقیاس پروژه متفاوت می‌باشد. هزینه‌ی برخی از طراحی‌ها هزاران دلار بوده، در حالی که ممکن است طراحی‌های سامانه‌های پیچیده‌تر بیش از چند میلیون دلار هزینه داشته باشند. با این حال، برای یک لحظه هم که شده از دیدگاه یک مرکز داده‌ی متعلق به مرکز مراقبت‌های بهداشتی به این موضوع نگاه کنید. دِیو کارتر (Dave Carter)، مدیر مهندسی تحقیقات در مرکز تحقیقات انرژی شاتز (Schatz Energy Research Center) و سرمهندس فنّی پروژه‌های ریزشبکه، می‌گوید: «بدترین حالت ممکن برای شما وقتی خواهد بود که دستگاه‌های پزشکی شما از کار بیفتند. ارزش برقی که ریزشبکه می‌تواند در زمانی که سایر بخش‌های شهرستان شما بی‌برق هستند، فراهم کند، بسیار زیاد است».

۲- مدیریت ریزشبکه‌ها بسیار پیچیده و چالش‌‌برانگیز است. ریزشبکه‌های پیشرفته بسیار هوشمندتر، خودکارتر و داده‌محورتر از گذشته هستند. به‌علاوه، طراحی کاملاً مبتنی بر «ریزشبکه به‌عنوان یک خدمت»، به شرکت‌ها، ارائه‌دهندگان مراقبت‌های بهداشتی، شهرها و حتی بهره‌برداران مراکز داده این امکان را می‌دهد تا روی آنچه در آن مهارت دارند و نیازهای کسب‌وکار آنها است، تمرکز نمایند. امروزه مدیریت ریزشبکه‌ها بسیار آسان‌تر شده، نقاط ادغام بیشتری با راه‌حل‌های تولید نیرو پیدا کرده‌اند و قادر هستند تاب‌آوری را به میزان قابل توجهی بهبود بخشند.

۳- ریزشبکه‌ها در اصل همان مولّدهای دیزلی هستند. ریزشبکه‌ها قطعاً مشابه مولّدهای سنتی نیستند. اول از همه، اگر شما مولّد سوخت دیزلی دارید، این احتمال وجود دارد که به دلایلی از جمله قوانین زیست‌محیطی حاکم در محل شما، محدودیت‌هایی در انجام آزمون‌های منظّم و دوره‌ای آنها داشته باشید. دوم اینکه، ریزشبکه‌ها می‌توانند کاملاً مستقل بوده و به سوخت دیزل متّکی نباشند. به یاد داشته باشید، آنها می توانند انرژی را از چندین منبع تأمین نمایند. در نهایت، شما قادر هستید از مولّدها نیز در کنار ریزشبکه‌ها استفاده کنید. در اینجا می‌توان به یک مثال خاص اشاره کرد؛ در جریان پنجاهمین مسابقه‌ی سالانه‌ی فوتبال قهرمانی لیگ فوتبال ملی آمریکا (Super Bowl 50) در سانفرانسیسکو، کالیفرنیا، برگزارکنندگان رویداد از یک ریزشبکه با پشتوانه‌ی مولّد دیزلی بهره گرفتند. این ریزشبکه با استفاده از فناوری رده‌ی ۴، به تمام شهرک محل برگزاری مسابقه با استفاده از سوخت دیزلی تجدیدپذیر (بر خلاف سوخت دیزلی پایه‌ی نفت)، برق‌رسانی کرد. تمایز اصلی در آن این بود که سوخت مورد استفاده یک سوخت زیستی (Biodiesel) نبود. بلکه سوخت دیزلی تجدیدپذیر نِسته (Neste) بود که از مواد خام تجدیدپذیر، از جمله هر گونه زیست‌توده‌ی آلی، مانند روغن نباتی تولید شده بود.

شروع، یعنی پرسیدن سؤالات صحیح

قلمروی تحویل نیرو در مراکز داده و در فضاهای فناوری اطلاعات روز به روز جالب‌تر می‌شود. اگرچه کارایی تجهیزات در مصرف انرژی رو به افزایش است، اما قطعاً شاهد توسعه‌ی موارد به‌کارگیری ظرفیت‌های جدید محاسباتی هستیم. چنین نمونه‌هایی را می‌توان در محاسبات لبه، مکان‌های راه دور، محاسبات بیشتر توزیع‌شده، و زیست‌بوم‌های بیشتری که نیاز به دسترسی به راه‌حل‌های تولید توان قابل اتّکاء و ایمن دارند، مشاهده کرد.

برای تغییر پارادایم (الگوواره) خود در خصوص ریزشبکه‌ها و نحوه‌ی تحویل نیرو، با پرسیدن چند سوال اساسی شروع کنید:

• – آیا روش تحویل برق به من به اندازه‌ای که نیاز دارم، کارایی دارد؟
• – آیا من نگران قطعی‌های برق شبکه هستم؟
• – واقعاً چقدر به مولّدهای فعلی خود اعتماد دارم؟
• – آخرین باری که راه‌حل تحویل برق خود را بازبینی کردم چه زمانی بود؟

اگر هرگز تابه‌حال به ریزشبکه‌ها به عنوان یک گزینه‌ی واقعی برای مرکز داده، شرکت یا هر مورد استفاده‌ی خاص خود نگاه نکرده‌اید، ممکن است اکنون زمانی عالی برای کاوش در این راه‌حل باشد. اکنون چنین سامانه‌هایی در حال پشتیبانی از مراکز داده‌ی مهم اَبَرمقیاس، تأسیسات حیاتی مراقبت‌های بهداشتی، شهرها و شهرک‌ها و حتّی جزیره‌ی آلکاتراز هستند.

درباره‌ی بیل کلیمن (BILL KLEYMAN)

بیل کلیمن یک فناور کهنه‌کار و مشتاق، با تجربه‌ی طراحی، مدیریت و استقرار مراکز داده است. در حال حاضر، بیل به عنوان معاون اجرایی راه‌حل‌های دیجیتال در سوئیچ (Switch) مشغول به کار است.

منتشر شده در  وب‌سایت Data Center Frontier
برگردان توسط حامد معین‌فر
در شرکت مهندسین فناور پندار آریا – پنداریا