Der richtige USV-Modus spart in Rechenzentren Strom

Der Eco-Mode für Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (von Eaton)

| Autor / Redakteur: Andreas Bätschmann* / Ulrike Ostler

Rechenzentren benötigen viel Strom und siedeln sich in der Nähe von Umspannwerken und alternativen Stromquellen an. Bis zu 15 Prozent in einem Datacenter, so schreibt Autor Andreas Bätschmann, gehen zu Lasten von Unterbrechungsfreier Stromversorgung.
Rechenzentren benötigen viel Strom und siedeln sich in der Nähe von Umspannwerken und alternativen Stromquellen an. Bis zu 15 Prozent in einem Datacenter, so schreibt Autor Andreas Bätschmann, gehen zu Lasten von Unterbrechungsfreier Stromversorgung. (Bild: gemeinfrei: jachu666/Pixabay / CC0)

Dank Unterbrechungsfreier Stromversorgung (USV) können Unternehmen ihre Rechenzentren auch bei Energieschwankungen sicher betreiben. Doch diese Betriebssicherungssysteme verbrauchen dafür riesige Mengen an Strom. Andreas Bätschmann von Eaton erklärt, an welchen Stellen Unternehmen bei ihren USV-Anlagen schrauben können, um die Energie-Effizienz zu erhöhen und Kosten zu sparen.

Ein Stromausfall im Rechenzentrum – der Albtraum für IT-Experten. Doch wie sagt man so schön: Träume sind Schäume. Denn dank der Hilfe von Unterbrechungsfreier Stromversorgung (USV) müssen sich Unternehmen keine Gedanken um dieses Szenario machen. Wann immer es mal zu Stromschwankungen oder Ausfällen kommt, sorgt die USV dafür, dass genügend Backup-Strom verfügbar ist, um das Rechenzentrum in Betrieb zu halten.

Doch auch wenn die Funktion dieser überlebenswichtigen Systeme unverzichtbar ist, sind sie dennoch Stromfresser. Etwa 15 Prozent des Energiebedarfs der Unternehmen ist der USV und den damit verbundenen (Erhaltungs-)Systemen geschuldet. Und dieser Stromverbrauch ist nicht nur in Bezug auf die Klimabilanz des Unternehmens schädlich, sondern wirkt sich auch negativ auf die Kosteneffizienz der Energieversorgung des Rechenzentrums aus.

Daher ist es für IT-Entscheider eine große Herausforderung, Möglichkeiten zum Energiesparen im eigenen System zu entdecken und an den entscheidenden Schrauben zu drehen, um das Rechenzentrum und seine verbundenen Systeme Energie-effizienter zu machen. Der European Code of Conduct for Data Centres (CoC), ein vom Joint Research Centre der Europäischen Union (JRC-EU) formulierter Verhaltenskodex, kann Unternehmen an dieser Stelle helfen, den Energiebedarf für ihre Rechenzentren zu senken.

Ursachen der Stromverschwendung

Doch auch für Planung, Daten-Management und die Klimatisierung der Systeme sind im CoC Empfehlungen verfasst. Auch wenn ein CoC-Zertifikat nicht für jedes Unternehmen ein in greifbarer Nähe befindliches Ziel ist, sollten Unternehmen ihre Hände nach Optimierungs-Empfehlungen ausstrecken und die Best-Practice-Beispiele zum Vorbild nehmen, um so die Effizienz ihrer Rechenzentren steigern.

Die Frage bleibt nach wie vor bestehen: Welche Gründe für den immensen Stromverbrauch und die Energie-Effizienz durch die USV bestehen eigentlich? Der CoC sieht vor allem Mehrfachauslegung, kostspielige Doppelwandlertechnik und den Dauerbetrieb der USV als sehr stromhungrig an.

Darüber hinaus sorgt die Klimatisierung der Stromversorgung für weitere Stromkosten, da die gesamte Verlustleistung der USV in thermische Energie – ergo Hitze – umgewandelt wird. Bei der durchschnittlichen Energy Efficiency Ration (EER) von 3,0 wird also pro drei Watt Verlustleistung ein Watt Kühlleistung fällig.

Dem können Unternehmen jedoch entgegenwirken, indem sie ihr USV-System modular aufbauen. Dieses zeichnet sich nicht nur durch die Skalierbarkeit aus, sondern sorgt auch dafür, dass der Stromverbrauch niemals übermäßig ausfällt. Zudem empfiehlt der CoC, unterbrechungsfreie Stromversorgung mit Eco-Mode beziehungsweise Stromsparmodus zu verwenden.

Keine Gefahr durch den Eco-Mode

Letzterer ist längst keine Gefahr für die Betriebssicherheit des Rechenzentrums mehr. Während noch bei älteren USV-Modellen der Wechsel zwischen Eco-Mode, Doppelwandler- oder Batterie-Betrieb verhältnismäßig lange dauerte und es so zu Umschaltlücken kam, ist die Technik mittlerweile so ausgereift, dass die Zeit, in der der Wechsel stattfindet, nach international geltendem Maßstab der vom Information Technology Industry Council (ITIC) vorgegebenen ITIC-Spezifikation liegt.

Hiernach müssen die Netzteile nämlich eine Versorgungsunterbrechung von bis zu 10 Millisekunden überbrücken können. Das Zeitfenster für das Umschalten ist demnach sehr klein, so dass ein Unterschied zur Betriebssicherheit zwischen Eco-Mode-Systemen und den herkömmlichen Online-USV-Anlagen nicht gegeben ist.

1 x 9395P 1.100 Kilowatt im ESS-Modus bei einer Belastungsstufe von 27 Prozent über zehn Jahre im Vergleich zum Doppelwandler-Modus
1 x 9395P 1.100 Kilowatt im ESS-Modus bei einer Belastungsstufe von 27 Prozent über zehn Jahre im Vergleich zum Doppelwandler-Modus (Bild: Eaton)

Während Top-Systeme sogar nur etwa vier bis sechs Sekunden benötigen, um zwischen den Modi hin und her zu schalten, schafft das weiterentwickelte „Energy-Saver System“ (ESS) von Eaton den Transfer bereits innerhalb von zwei Millisekunden. Das ist nur aufgrund der Erkennungs- und Steuerungsalgorithmen und einer permanenten Spannung am Wandler, welcher zusätzlich die Materialüberlastung durch einen Hitzeschock abwehrt, möglich.

Apropos herkömmliche Online-USV-Anlagen – diese sind zurzeit besonders beliebt und entsprechend häufig in Benutzung. Denn sie können Stromausfälle, Über- und Unterspannungen sowie Frequenzschwankungen und Oberschwingungen abfangen und kompensieren.

Für die Erfüllung dieses Leistungsspektrums wirken Gleich- und Wechselrichter zwischen Netzzugang und der angeschlossenen Last als Schleuse beziehungsweise Zwischenschalter. Ein Nachteil dieser beständigen Doppelwandlung ist jedoch die hohe Verlustleistung, die dabei zustande kommt.

Erhöhter Wirkungsgrad dank Stromsparmodus

Auch hier kann die Möglichkeit, auf den Stromsparmodus schalten zu können, eine Energie-effizientere Alternative zum Doppelwandler-Prozess darstellen. Dieser kann abhängig vom Hersteller auch als Bypass-Modus oder Energy-Saver-System betitelt werden. Der entscheidende Vorteil der Eco-Mode-Systeme ist ihr deutlich höherer Wirkungsgrad. Mit einer Auslastung von 25 Prozent schafft es das Energy-Saver-System von Eaton auf einen 99-prozentigen Wirkungsgrad, während herkömmliche Versorgungsanlagen bei ähnlicher Auslastung nur einen Wirkungsgrad von 90 bis 95 Prozent erreichen.

Die Technik dahinter ist gleichermaßen simpel wie effizient, denn während des Stromsparmodus befinden sich die Wandler im Ruhezustand. Eine statische Umgehungsleitung schleust den Netzstrom direkt in die angeschlossenen Rechenzentrum-Systeme. Sollte es während der Lade- und Stützzeiten der Batterie zu Stromschwankungen kommen, aktiviert das System automatisch den Doppelwandler-Modus, damit die Last jederzeit genügend Energie zur Verfügung hat.

Das senkt unter anderem die Betriebskosten der USV. Etwa 2.000 Euro je 15-Kilowatt-Rack können dabei eingespart werden und der Power-Usage-Effectiveness-Wert (PUE) lässt sich dadurch um circa zehn Prozent steigern.

Skalierbarkeit durch modularen Aufbau

Die Investition in einen modularen Aufbau der USV-Anlage ist laut der CoC gleich aus mehreren Gründen empfehlenswert. Zum einen ist das modulare Modell besser skalierbar. Zum anderem wächst das USV-System demnach mit seinen Anforderungen an benötigte Rechenleistung mit.

Dank des inhärenten Lastausgleichs ist etwa das Eaton-System "9395P" dazu in der Lage, einen Lastschutz zu gewährleisten, selbst bei Kommunikationsverlust unter wechselnden Last- und Stromversorgungsbedingungen.
Dank des inhärenten Lastausgleichs ist etwa das Eaton-System "9395P" dazu in der Lage, einen Lastschutz zu gewährleisten, selbst bei Kommunikationsverlust unter wechselnden Last- und Stromversorgungsbedingungen. (Bild: Eaton)

Dadurch wird sichergestellt, dass nicht zu viel oder zu wenig Strom für die benötigte Last fließt. Die Kosten passen sich folglich an den Nutzen des Unternehmens an. Die Installation und Integration dieser Version ist zwar eingangs geringfügig teurer als eine reguläre Online-USV-Anlage, doch die dadurch gewonnene Flexibilität und Einsparung an Betriebskosten machen den Verlust auf lange Sicht mehr als wett.

Es ergeben sich dadurch gleich zwei Vorteile aus dem Umstieg auf ein Energie-effiziente USV-Produkt: Zum einen trägt eine höhere Energie-Effizienz unmittelbar zum Klima- und Umweltschutz bei. Denn die Klimabilanz des Rechenzentrums wird verbessert. Zudem achten immer mehr Konsumenten inzwischen auf nachhaltige Arbeitsweisen von Unternehmen aus jeder Branche. „Grüner Strom“ liegt daher mehr als im Trend und könnte sich positiv auf das Image des Unternehmens auswirken.

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Zum anderen senkt der geringere Stromverbrauch die Kosten, um diesen zu beziehen. Besonders in diesen digitalen Zeiten, in denen so viel wie möglich über Strom betrieben wird und demnach die Stromkosten und benötigte Rechenleistung exponentiell steigen, ist das Einsparen von Energie ein wichtiger Aspekt für Unternehmen.

* Andreas Bätschmann arbeitet bei Eaton.

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In der Neuauflage meines Fachbuches IT-Räume und Rechenzentren planen und betreiben ist unter...  lesen
posted am 17.01.2018 um 07:56 von Bernd Dürr

Kann man bei einer (aus Redundanzgründen überdimensionierten) modularen USV auch einzelne Module...  lesen
posted am 16.01.2018 um 15:23 von Unregistriert

Hallo, ja der ECO Modus ist eigentlich bei allen modernen Systemen so schnell beim Umschalten....  lesen
posted am 16.01.2018 um 08:37 von Unregistriert


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