نوشته‌ها

عنوان اصلی مقاله: Medium voltage and carbon reduction in large scale data center
تاریخ انتشار و نویسنده: June 23, 2021 – Dean Richards, Piller Power Systems
وب‌سایت منتشر کننده: Data Centre Dynamics Ltd (DCD)
لینک اصلی مقاله

هر مهندس برق دیر یا زود با مفهوم تلفات برق روبرو می‌شود، اما آنچه کمتر مورد آموزش قرار می‌گیرد این است که چگونه تلفات انتقال باعث تولید بیشتر کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای می‌شود.

در حالی که هر صنعت بزرگ استفاده‌کننده از انرژی، در حال دست و پنجه نرم کردن با مفهوم پایداری (Sustainability) است، برخی از بازیگران بزرگ در طیف وسیعی از بخش‌های صنعت مانند بخش تولیدی، بخش دفاعی و خود بخش انرژی، توانسته‌اند مزایای به‌کارگیری ولتاژ متوسط (MV) را درک کنند؛ همان بازیگرانی که توانسته‌اند خود را در موقعیتی مناسب برای کنار آمدن با تحولات ناشی از مفهوم پایداری در تولید و توزیع، قرار دهند.

در بخش مرکز داده، MV همین حالا نیز مزایای اثبات‌شده‌ای را برای بسیاری از بهره‌برداران آمریکایی از نظر افت پایین ولتاژ و تأمین برق پایدار و با کیفیت جبران‌شده (Conditioned) فراهم آورده است.

از آنجایی که صنعت مرکز داده در تلاش است تا به چالش‌ها و تغییرات ناشی از مفهوم پایداری در بخش خود پاسخ دهد، بهره‌گیری از MV به بسیاری از مسائل نوظهور و شرایط جدیدی که در سراسر بخش با آن روبرو است، پاسخ می‌دهد.

تولید و انتقال

اگر ما با تغییراتی که در حال وقوع در ترکیب تولید انرژی هستند، شروع کنیم، مشاهده می‌کنیم که تغییر رویه به سمت انرژی‌های تجدیدپذیر به خوبی در جریان است؛ اکنون یک کاهش مشهود در تولید نیرو به شکل سنتی بر پایه سوخت‌های فسیلی، به نفع منابع تجدیدپذیر، که عمدتاً از نوع هیدرولیکی، خورشیدی و بادی هستند، ایجاد شده‌است. برخی، بازارهای تجدیدپذیر را در حال تجربه یک «طوفان کامل» توصیف می‌کنند. سرمایه‌گذاران – از صندوق‌های ثروتمند حاکمیتی گرفته تا افراد، مصرف‌کنندگان بزرگ تجاری انرژی و قانون‌گذاران ملی و محلی، در حال ایجاد الزام‌های جدید برای تولیدکنندگان انرژی و بهره‌برداران شبکه‌ها هستند.

هر چند تغییرات بالادستی در زنجیره نیرو، یک «هرج و مرج» توصیف شده‌است، اما حرکت به سمت تجدیدپذیرها، یک روند ثابت و در حال شتاب‌گیری است.

شرکت‌های سراسری برق شروع به تحویل برق با ولتاژ متوسط کرده‌اند و این تغییرات در ترکیب انرژی باعث شده‌است MV دوباره با قدرت به نقشه‌های طراحی زنجیره‌ی برق – به ویژه برای بهره‌برداران مراکز داده – باز گردد.

ولتاژ متوسط

همانطور که رابرت توروگود (Robert Thorogood)، مدیر اجرایی شرکت مهندسین طراح بین‌المللی هارلی پالمر فلات (Hurley Palmer Flatt)، به مخاطبینش در وبینار اخیر خود گفت: «محدودیت‌های سیستم‌های ولتاژ پایین، مشکلات قابل توجهی را برای استقرار پروژه‌های بزرگ مرکز داده ایجاد می‌کنند. مفاهیمی که امروز در طراحی مراکز داده اَبَرمقیاس (Hyperscale) در قالب‌هایی چون افزونه‌ی توزیع‌شده (Distributed redundant) و افزونه‌ی جداشده (Isolated redundant) مورد ترجیح طراحان هستند، در ولتاژ متوسط نیز به مقدار زیادی در دسترس است. سطوح ولتاژی بالاتر، این پتانسیل را دارند که باعث کاهش کلی هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه (Capex)، افزایش کارآیی و کاهش پیچیدگی‌های موجود در سطح ۴۰۰ ولت شوند. از مزایای دیگر کار در ولتاژ متوسط می‌توان به دسترسی مستقیم به شبکه‌ی تامین برق اشاره کرد. وجود سیستم‌های UPS در همان سطح ولتاژ ژنراتورها باعث ایجاد ثبات و یکپارچگی بیشتر برای شرایط پویا می‌شود.»

MV در داخل محوطه

زنجیره‌ی برق، هم در نزدیکی و هم در داخل محوطه‌ی مرکز داده در حال تغییر است.

بهره‌برداران بزرگ مراکز داده با علاقه به تحولات پیرامون ریزشبکه‌ها (Microgrid) نگاه می‌کنند. در همان حال که آنها به دنبال راه‌های ادغام در ریزشبکه‌ها هستند، به دنبال ارزیابی روش‌های تولید در محل خود با استفاده از گزینه‌هایی مانند موتورهای رفت و برگشتی گازی کم کربن (که البته همچنان به UPS پشتیبان نیاز دارند) و ادغام در سیستم‌های متعدد ذخیره‌ی انرژی باتری‌ای (BESS, battery energy storage system) در مقیاس چند مگاوات، نیز می‌باشند. روش‌های استقرار و مفاهیمی چون BESS در محدوده‌ی ۵ تا ۱۰ مگاوات، به طور طبیعی در سطح MV مطرح می‌شوند.

از مزایای متصور برای استفاده از MV، فراهم‌شدن امکان پاسخ مناسب‌تر به تقاضاهای محلی است، از جمله جبران قلّه‌ی منحنی در زمان اوج مصرف و هم‌زمان ایجاد فرصت‌های درآمدزایی با تغذیه‌ی معکوس نیرو به شبکه در زمان افت مصرف. با ولتاژ متوسط می‌توان این فرصت‌ها را محقق کرد.

در دنیای مراکز داده، سنگینی وزن تلفات انتقال در برابر سایر عوامل، اغلب منجر به استفاده از گزینه UPS استاتیک از نوع LV شده‌است. با این وجود، این روش منتهی به پراکندگی در زیرساخت‌های UPS استاتیک و افزایش غیر قابل اجتناب در هزینه‌های عملیاتی (Opex) و ریسک‌های زمان نگهداری می‌شود. این شرایط را دیگر نمی‌توان پایدار دانست و قادر به پاسخ‌گویی به نیازهای نوظهور نیز نمی‌باشد. این دیگر یک روش مناسب برای آینده محسوب نمی‌شود.

مسؤولیت اطمینان‌پذیری و جبران شرایط نیرو (Power conditioning) در حال انتقال به بالادست و با فاصله‌ی بیشتری از بار است و با اجرای زیرساخت‌های MV UPS در هزینه‌ها صرفه‌جویی خواهد شد، در عین حالی که قابلیت‌های ثبات و امکان صادرات بیشتری را برای برق پایدار در مراکز داده فراهم می‌کند.

مراکز داده به طور فزاینده‌ای به تامین نیروی پویا و پاسخگو به صورت مقیاس‌پذیر نیاز دارند. همچنین مراکز داده اکنون در کانون توجه‌ها قرار گرفته‌اند تا نشان دهند از منابع کمتری استفاده می‌کنند.

مزایای موجود در استفاده از MV در مراکز داده، شامل هزینه‌ی پایین‌تر، استفاده‌ی کمتر از مس و کابل، افت ولتاژ پایین‌تر و برق پایدارتر در مسیرهای طولانی‌تر است.

بر همین اساس، چه در حال بهره‌برداری از مراکز داده موجود و در حال فعالیت خود باشید و یا در حال برنامه‌ریزی برای ایجاد مراکز داده جدید، خواه مرکز داده خود را پیشرو بدانید یا سنتی، تمام بحث‌هایی که پیرامون تأمین و حفاظت برق دارید، شامل بحث MV نیز خواهند شد.

اگر شما یک مهندس یا راهبر کسب و کار هستید که می خواهد اثر کربنی خود را کاهش داده و به چالش‌های پایدارسازی در آینده پاسخ دهد، عدم مراجعه مجدد و ارزیابی صادقانه بهره‌گیری از ولتاژ متوسط در مرکز داده، برای شما خسارت‌بار خواهد بود.

منتشر شده در  وب‌سایت Data Centre Dynamics Ltd (DCD)

۲۳ ژوئن ۲۰۲۱

برگردان توسط حامد معین‌فر

در شرکت مهندسین فناور پندار آریا – پنداریا