Kategorie 4: RZ-Energietechnik

 

Konzeption eines hocheffizienten USV-Systems mit hoher Leistungsproportionalität (Eaton 93PM)


Projektbeschreibung

Fehleinschätzungen des Leistungsbedarfs, redundante Auslegung und leistungsproportionale Serverprozessoren führen oftmals zu massiven Überdimensionierungen von USV-Anlagen. Folge ist eine stark reduzierte Energieeffizienz, die zu unnötig hohen Energiekosten und CO2-Emmisionen führt. Herkömmliche USV-Anlagen mit klassischer Wandlertechnik sind für volatile Lasten nicht ausgelegt und verhalten sich bei niedriger Last entsprechend unwirtschaftlich. Erst der Einsatz modernster Multilevel-Inverter ermöglicht die Konzeption eines USV-Systems, welches im Doppelwandlermodus eine gleichbleibend hohe Energieeffizienz von 96 Prozent erreicht und dies bei gleichbleibender Leistungsproportionalität in einem Lastbereich von 10 bis 100 Prozent der Nennlast.


Gedanklicher Ansatz und Zielsetzung

In Anbetracht der sich stark veränderten Rahmenbedingungen für die Energieversorgung entwickelte Eaton eine USV-Baureihe die im Doppelwandlermodus einen konstant hohen Wirkungsgrad von mindestens 96% erreicht, und dies in einem möglichst breiten Lastspektrum von 10-100% der Nennlast. Herkömmliche USV-Anlagen erreichen vergleichbare Werte nur im Bereich von 65 bis 75% der Nennlast - ein Lastbereich der in einem Rechenzentrum mit redundanter USV-Anlage in der Praxis quasi nicht erreicht wird.

Entwicklungsziel war es, den Eigenverbrauch des USV-Systems stark zu reduzieren und dadurch die weltweit erste weitgehend leistungsproportionale USV-Anlage mit durchgängig hohem Wirkungsgrad über den gesamten USV-Lastbereich zu entwickeln, ohne dabei Kompromisse hinsichtlich der Auslastung, Netzqualität, Verfügbarkeit und Energiemanagement eingehen zu müssen.


Innovation

Die Innovation liegt in der Erreichung eines durchgehend hohen Wirkungsgrads im niedrigen Teillastbereich (ab 10 Prozent der Nennlast), dadurch wird eine erhebliche Steigerung der Effizienz bei schwankenden Lasten erreicht. Darüber hinaus wurde ein optionaler Hocheffizienzmodus integriert, der einen Wirkungsgrad von über 99 Prozent erreicht. Die an das USV-System angeschlossenen Lasten werden im HE-Modus direkt aus dem Versorgungsnetz gespeist, solange die Netzqualität dies zulässt. Ein schneller Erkennungsalgorithmus überwacht dabei bei geschlossenen Schützen kontinuierlich die Qualität des ankommenden Netzstroms. Wenn die vorkonfigurierten Grenzwerte überschritten werden, etwa in Folge einer abdriftenden Netzfrequenz, wird die USV, ohne für die Last erkennbare Unterbrechungen umgehend wieder in den sicheren Doppelwandler-Modus versetzt.


Nutzen

Nach einer Berechnung des Borderstep Instituts lag der Stromverbrauch von Servern und Rechenzentren in Deutschland im Jahr 2011 bei 9,7 Terawattstunden (TWh).

  • Annahme 1: ein durchschnittlicher PUE von 1,7 ergibt 5,7 TWh IT-Load (Server und Storage) und 4 TWh für Klimatisierung, USV

  • Annahme 2: keine USV wird bei Volllast betrieben, die meisten bei 10-25 % Auslastung, 1/4 der Zeit darunter

  • Annahme 3: der durchschnittliche Wirkungsgrad aller installierten USV-Anlagen ist höchstens 85%. Die Verlustleistungen verursachen dadurch jährlich ein Mehrverbrauch von etwa 850 GWh

  • Annahme 4: bei konsequenter Anwendung der geschilderten Technologien, können Wirkungsgrade von über 98 % erreicht und der Verbrauch durch Verlustleistung auf weniger als 114 GWh reduziert werden. Dadurch würden 735 GWh Strom und 434.000 Tonnen CO2 pro Jahr eingespart

  • Annahme 5: bei 12,5 Cent/kWh könnten somit etwa 92 Mio Euro pro Jahr an Stromkosten eingespart werden (basierend auf Stromkosten 2012, +70% bis 2025


Eingereicht von:

Ralf Enderlin

 

Leitung USV Applikation & Service, Eaton Electric GmbH

1989 – 1996 Energieanlagenelektroniker, Magtron GmbH, Ottersweier
1998 – 2006 Elektrotechniker/ Abteilung Entwicklung Elektronische Systeme LuK GmbH, Bühl
2006 – 2009 Product Support Engineer Eaton Power Quality GmbH
2009 – 2012 Leitung Kompetenzcenter, Eaton Electric GmbH
2012 – 2013 Leitung Vertrieb Power Solutions, Eaton Electric GmbH
Seit 2013 Leitung USV Applikation & Service, Eaton Electric GmbH

 

 

Bilder zum Projekt:

ABSTIMMEN UND GEWINNEN

 

An dieser Stelle können Sie ab dem 20.02. darüber abstimmen, welches Projekt Ihrer Meinung nach den Publikumspreis verdient.
 

Mitmachen lohnt sich:

Unter allen Teilnehmern werden 3x zwei Eintrittskarten für die große Gala zur Verleihung des Deutschen Rechenzentrumspreises im Wert von je ca. 400,00 Euro verlost.



Wir wünschen viel Glück!