Существенный рост энергопотребления, наблюдающийся в последние годы, постепенно становится одной из самых насущных проблем начала XXI века. Значительный "вклад" в развитие этой неприятной тенденции вносят энергозатратные информационные системы предприятий и организаций — разрастающиеся, усложняющиеся и, соответственно, требующие все больше и больше энергии.

В странах, где ИТ уже давно являются неотъемлемой частью бизнеса, а суммарная мощность таких решений, как центры обработки данных, превышает тысячи ГВт, вопросами их экономичности занимаются на самом высоком уровне. Так, недавно президент США Джордж Буш подписал законопроект, возлагающий на Агентство по защите окружающей среды обязанность разработать и предложить методики по снижению потребления электроэнергии дата-центрами.

В России власти пока не так сильно озабочены "прожорливостью" информационных систем — видимо, уровень информатизации у нас еще не тот. Тем не менее, для всех российских владельцев больших "ИТ-хозяйств" проблемы энергоснабжения более чем актуальны. Но если в США на первый план выходит вопрос чрезмерного электропотребления — стоимость потребленных ИТ-системами киловатт там может легко перекрыть стоимость всех суперсовременных серверов и новейших инженерных систем, эти киловатты потребляющие, — то в России совсем другие проблемы. У нас основная головная боль — возможность получить требуемую мощность, ведь на всех электричества уже не хватает.

Динамика сбаллансированности России по мощности

По материалам РАО "ЕЭС России", 2007

Устаревшая энергоинфраструктура уже не справляется с возрастающими нагрузками. В результате учащаются скачки напряжения, перебои, иногда длящиеся часами и даже сутками. Разумеется, российские энергетики вряд ли будут сидеть сложа руки, модернизация и наращивание генерирующих мощностей наверняка будут происходить (в конце концов, не может же государство допустить такой разрыв), однако что будет — по большому счету неизвестно, а что есть — неутешительно. Поэтому подстраховаться все-таки стоит.

Наиболее простой, распространенный и при этом весьма действенный способ не ввергнуть бизнес "во тьму" — создание системы гарантированного энергоснабжения (СГЭ). В подавляющем большинстве случаев СГЭ представляет собой комбинацию ИБП, способного скорректировать подаваемый ток и "поддержать" оборудование обычно в течение 5-10 минут, но не более 4 часов (согласно выбранному решению и требованиям заказчика), и ДГУ, которая обеспечит ИТ-инфраструктуру электричеством в случае, если авария энергосети затянется на сутки и даже более. Использование же в качестве СГЭ других видов автономных станций (газовых, бензиновых и т.д.), как правило, либо не оправдано с экономической точки зрения, либо не столь эффективно.

Каждый из элементов СГЭ имеет свою специфику инсталляции, и, конечно, при построении СГЭ применяется множество способов сочетания этих элементов. Правильно выбрать компоненты из огромного ассортимента самой разнообразной техники, а также схему их сочетания — задача отнюдь непростая. "На сегодняшний день на рынке представлен широкий спектр и ИБП (с дельта-преобразованием, с двойным преобразованием и др.), и ДГУ, среди которых можно найти любую модель под решение любой задачи", — характеризует ситуацию Игорь Емельянов, начальник управления инженерных систем компании "ТехноСерв А/С". Несмотря на кажущуюся простоту устройств, даже знающему человеку здесь легко запутаться и ошибиться, а потому без услуг специалистов здесь не обойтись. По словам Николая Перова, руководителя направления комплексных систем электроснабжения компании "Крок", на подготовительном этапе создания и внедрения КСЭ инженеры проведут энергоаудит, подберут оптимальную конфигурацию оборудования, проведут его экспертизу, подготовят проектную документацию в соответствии с ГОСТ. Затем будут осуществлены монтажные работы, пуско-наладка оборудования и инсталляция программного обеспечения. На этапе ввода системы в эксплуатацию зачастую востребованы и услуги по обучению специалистов заказчика. Разумеется, интеграторы обеспечат гарантийное и сервисное обслуживание, а также техническую поддержку.

На пути совершенствования

По словам Ильи Шатохина, ведущего эксперта департамента системной интеграции компании BCC, в системах гарантированного энергоснабжения на основе ДГУ мало что изменилось за последние 30 лет. Более правильно говорить о качественной эволюции таких систем, которые с каждым последующим поколением становятся все более компактными, технологичными и экономичными. Соединение современной электроники с традиционной механикой позволило добиться существенного усовершенствования СГЭ. Так, значительно улучшить характеристики ДГУ позволило применение процессорного регулирования газовоздушной смеси и впрыска топлива в двигателях. Одновременно новые технологии сделали возможным постоянный мониторинг и более точную настройку параметров работы электростанций, что особенно актуально для сферы ИТ. И, наконец, экспансия электроники привела к тому, что дизельные генераторы стали более экологичными. Как пояснил Игорь Емельянов, сейчас на рынке присутствуют установки, соответствующие нормам содержания вредных веществ в выхлопном газе европейских стандартов Евро-2 и Евро-3.

Конструкция же собственно силовой части дизель-генераторной станции практически не изменилась с 1897 года, когда Рудольф Дизель представил миру свое новое изобретение — двигатель внутреннего сгорания, названный впоследствии именем этого выдающегося немецкого конструктора. Обладающий большим по сравнению со стандартным ДВС коэффициентом полезного действия, такой двигатель сразу нашел применение в энергоемких отраслях и, конечно, в электроэнергетике. ДГУ, вне зависимости от масштабов электростанции, имеют совершенно одинаковое устройство: силовой агрегат, электрогенератор, автомат защиты от перегрузок, распределительные щиты. Помимо базисных элементов, присутствуют в системе и различные дополнительные опции, играющие принципиальную роль в стоимости и конфигурации решения (различные по исполнению радиаторы, вентиляторы, глушители, топливные баки и т.д.).

Исходя из показателей мощности ДГУ, определяется сфера их использования, в том числе и для обеспечения гарантированного электропитания информационных систем предприятий той или иной отрасли. И хотя оценки специалистов здесь несколько разнятся, вывести средние показатели все же возможно. Так, аппараты, производящие относительно небольшое количество кВА (от 10 до 160), чаще всего применяются в телекоме. ДГУ большей мощности (от 160 до 250 кВА) способны поддерживать непрерывную работу стандартных информационных систем банковского или медицинского секторов. При возрастании уровня сложности ИС, что иногда присуще тем же финансовым и медицинским учреждениям, а также характерно для аэропортов, больших офисных зданий и т.п., понадобятся установки, выдающие до 1200 кВА. На самом деле, все зависит от оборудования, подключаемого к резервному питанию, и условий подачи электроэнергии, ведь даже телекоммуникационной компании, особенно в случае построения ею ЦОДа, может потребоваться дизельная электростанция мощностью свыше 2 МВА, хотя на сегодняшний день это скорее исключение.

Однако ДГУ — это уже самый "последний бастион", к которому обращаются только в самой критической ситуации. Чаще всего сбои в электроснабжении длятся совсем недолго, а потому в большинстве случаев компании обходятся одним лишь источником бесперебойного питания, состоящего, говоря схематично, из аккумуляторных батарей (АКБ) и устройств, осуществляющих контроль и управление аппаратом.

В отличие от ДГУ здесь постоянно происходит развитие и самой структуры, и каждого отдельного элемента. В настоящее время прогресс в сфере ИБП идет по пути, во-первых, увеличения соотношения "мощность/объем", во-вторых, построения мощных централизованных систем, и, в-третьих, упрощения, появления модульных решений. Главный же тренд в развитии такого рода систем — интеграция и комплексный подход. "Одним из показательных примеров тут может служить знаменитая платформа APC InfraStruXure", — считает Илья Шатохин. По его мнению, это наиболее продуманная и гибкая инженерная архитектура, объединяющая в себе средства питания, кондиционирования воздуха, стойки и шкафы для монтажа оборудования, средства управления.

Модульность же ИБП подразумевает многоблочный состав аппарата, где каждый блок подключен к единой шине. Это обеспечивает необходимое резервирование и возможность наращивания мощности при увеличении числа потребителей электроэнергии. В то же время, не все инсталляторы разделяют убеждение в превосходстве модульных ИБП над традиционными, хотя сам метод конструктора критике не подвергается, просто иногда, как полагают некоторые специалисты, в качестве модулей эффективнее использовать "бесперебойники" моноблочного типа. Главная претензия к модульным аппаратам — их более низкая мощность по сравнению со стандартным решением.

Вообще сегодня на рынке ИБП прослеживается тенденция уверенного роста спроса на устройства большой мощности. Связано это с тем, что маломощные ИБП требуют слишком частой замены АКБ (что увеличивает расходы), а также со значительным развитием сферы ИТ, совершенствованием ИТ-систем предприятий. "К нам все чаще обращаются владельцы небольших ЦОДов и серверных помещений с просьбой перестроить систему бесперебойного питания, заменив имеющиеся ИБП на одно мощное устройство с резервированием и мощными АКБ", — делится Игорь Емельянов.

Однако насколько экономически оправдано применение больших батарей? Ведь, по мнению многих специалистов, если электричество не подается в течение нескольких десятков минут, выгоднее переходить на питание от ДГУ. В конце концов, сейчас ИБП используют в основном как "бесперебойник на 10 минут", по истечении которых информационная система либо корректно, сохраняя все данные, выключается, либо "в бой вступает" дизель. Вероятно, спрос на ИБП повышенной мощности вызван тем, что потребитель хочет "запитать" на эти пресловутые 10 минут все больше и больше разнообразной аппаратуры, которой постепенно разрастается его ИС. Впрочем, это представляется вполне логичным, ведь исходя из того, что серверы и СХД обновляются достаточно быстро, элементы энергетической системы, как и любую другую инженерную технику, лучше приобретать с запасом мощности и возможностью оперативного подключения к ней новых устройств.

Инь и Янь

Современные ИБП и ДГУ в большинстве случаев идеально справляются со своими "обязанностями": при сбое в электросети "бесперебойники" не допускают перерыва в выходном напряжении, гасят шумы и импульсы, а дизели оперативно принимают на себя нагрузку и исправно снабжают электричеством ИТ-инфраструктуру предприятия до восстановления центрального энергоснабжения. Однако для создания полноценной системы гарантированного питания мало просто потратить миллионы рублей на приобретение ИБП и ДГУ. Два главных компонента СГЭ должны максимально подходить друг к другу, их взаимодействие должно быть максимально отлаженным. "При выборе ДГУ необходимо принимать во внимание множество технических аспектов: мощность ИБП, внутренние параметры ДГУ, диапазон напряжений и частот сети, при которых ИБП не переходит в автономный режим работы, изменения напряжения и частоты ДГУ при 100% возрастании нагрузки и т.п.", — уточняет Константин Зиновьев, ведущий эксперт компании IBS.

Элементарная, казалось бы, операция по соединению проводов и клемм превращается в скрупулезный труд, связанный с математическими расчетами, анализом и необходимостью учета десятков факторов. Поэтому установку и настройку СГЭ лучше доверить специалистам. Тем не менее, причина всех этих тонкостей будет ясна и человеку, далекому от электрики, но вплотную столкнувшемуся с необходимость защитить информационную систему своего предприятия от энергетического коллапса. Дело в том, что ДГУ и ИБП рассчитаны на работу в разных эксплуатационных режимах: дизель должен время от времени полностью брать на себя заботу об энергоснабжении оборудования, а аппарат бесперебойного питания функционирует практически постоянно, отслеживая и подстраивая напряжение в сети. Получается, что первый вырабатывает синусоидальный ток для линейной нагрузки, в то время как ИБП — это не совсем линейная нагрузка, подключаемая к ДГУ.

Другая причина, побуждающая к тщательному расчету, — проблема старта ДГУ. Каждый раз по истечении срока ожидания автоматика дает генераторной установке сигнал на включение. Проходит время, батареи истощаются, и "бесперебойник" перекладывает всю нагрузку на ДГУ. От резкого подключения ИБП напряжение и частота дизеля падают. ИБП это "видит" и снова забирает на себя нагрузку, а затем опять отдает. Данный процесс может длиться относительно долго. Эффект постоянного переключения нагрузки с ДГУ на ИБП и обратно в профессиональных кругах часто называют "качелями". Безусловно, ничего хорошего эти "качели" двигателю не приносят — механика не любит перепада режимов работы. Бороться же с этим явлением можно несколькими путями. Основной из них — установить систему плавного пуска и значительно завысить при этом мощность ДГУ над ИБП. Это ведет к увеличению расходов, но зато гарантирует результат. В конце 1990-х — начале 2000-х гг., когда информационные системы были относительно невелики, многие их владельцы старались сэкономить на ДГУ и неохотно шли на предложения интеграторов установить более мощный дизель. Сегодня же с ростом ИТ-инфраструктур и их значения для бизнеса заказчики стали вести себя более разумно. Периодические отключения центрального электроснабжения заставляют клиентов по-настоящему ценить метод избыточности в построении систем резервного питания. При этом, кстати, многие современные ИБП уже не требуют большого разрыва мощностей. "На данном этапе развития технологий, применяемых в ИБП, большинство из них оснащаются системами для снижения коэффициента запаса мощности ДГУ, однако дополнительная мощность никогда не помешает", — замечает Николай Перов.

Семь этапов

Когда оборудование подобрано, дело остается за малым — установить СГЭ. С сугубо технической точки зрения больших сложностей здесь, как правило, не возникает. За исключением всего нескольких нюансов. По свидетельству специалистов компании "ТехноСерв А/С", основные проблемы на этом этапе доставляют заводские неисправности оборудования. По словам же Николая Перова, типичная трудность при инсталляции генератора необходимой мощности — отсутствие подходящего места для размещения ДГУ. "Часто объекты заказчика не приспособлены для установки подобной аппаратуры: слишком слабые перекрытия на этажах, с одной стороны, и слишком мало места в подвале, с другой стороны. Да и на улице не всегда есть возможность установить ДГУ, хотя часто это наиболее приемлемое, по различным соображениям, решение. Идеально, когда размещение ДГУ планируется на этапе проектирования здания", — поясняет специалист.

При выборе места "дислокации" агрегата необходимо иметь в виду, что расстояние между ним и ИБП желательно максимально сократить, иначе потребуются километры кабеля, сложные разводки и т.п., что чрезвычайно проблематично в условиях города, особенно в центральной его части, где высока концентрация других коммуникаций.

Как рассказали в компании "ТехноСерв А/С", процесс инсталляции СГЭ обычно проходит в семь этапов: ознакомление с проектом; монтажные работы; измерения и выдача протоколов по кабельным линиям; инсталляция оборудования (программирование параметров, настройка входных и выходных параметров); проведение индивидуальных испытаний на холостом ходе и под нагрузкой (протокол измерения АкБ, протокол испытания оборудования); проведение приемо-сдаточных испытаний (комплексные испытания) совместно с заказчиком; подписание актов.

На первый взгляд, все это ясные и понятные пункты. Но в реальности они скрывают множество специфик. Например, процедура комплексных испытаний часто включает в себя и подключение всех систем, диагностику и постановку на гарантийный учет, а так называемый запуск большинство компаний относят к разряду платных операций.

И, конечно, необходимо помнить, что, как и любое другое электрогенерирующее устройство, ДГУ должна быть инсталлирована с учетом "Правил устройства электроустановок" (ПУЭ) — на данный момент вышло уже семь редакций. Помимо ПУЭ, на ДГУ также распространяется множество других регламентов: СНиПы, ГОСТы и т.д. Для установки ДГУ понадобятся разрешительные документы от таких инстанций как Ростехнадзор, Госсанэпиднадзор, Пожарный надзор и т.п. Хотя, как оптимистично замечает Николай Перов, поскольку все эти технологии и оборудование - уже не редкость, и, соответственно, вышеперечисленные инстанции с ними хорошо знакомы, ситуация с получением разрешения на установку ДГУ в последнее время меняется к лучшему.