Effiziente Gleichstromversorgung im RechenzentrumIn Rechenzentren liegt der Stromverbrauch rund hundertmal höher als in einem gleich grossen Bürogebäude. Bei der Umwandlung von Wechsel- in Gleichstrom und umgekehrt geht in den einzelnen Komponenten wertvolle elektrische Energie verloren. ABB zeigt anhand eines Projektes mit dem ITC-Dienstleister Green jedoch auf, dass mit einer Gleichstromversorgung des Rechenzentrums Energieeinsparungen von 10-20 Prozent möglich sind.

Rechenzentren verbrauchen jedes Jahr grosse Mengen an Energie – rund hundertmal mehr als ein durchschnittliches Bürogebäude. Insgesamt sind dies unglaubliche 80 Mio. Megawattstunden an Strom pro Jahr, was etwa 2 % der weltweiten CO2-Emissionen entspricht.

Reihen von Servern, auf denen Milliarden von Megabyte an Daten gespeichert sind, laufen rund um die Uhr, damit Unternehmen Anwendungen ausführen, Daten verarbeiten und ihre Abläufe automatisieren können. Zuhause können Sie dank ihrer Hilfe Videos hochladen, spielen, Fotos mit anderen teilen, E-Mails an Freunde senden, Ihren Aufenthaltsort twittern oder Ihren Kontostand abfragen.

Jährlich kommen mehr als 5,75 Mio. neue Server hinzu, d. h., die weltweiten CO2-Emissionen aus Rechenzentren werden sich bis zum Jahr 2020 vervierfachen. Im Durchschnitt benötigt ein Rechenzentrum so viel Strom wie 25 000 Privathaushalte in der westlichen Hemisphäre. Zusammengenommen werden ihre CO2-Emissionen in Kürze Werte wie die von Argentinien oder den Niederlanden erreichen.

Durch Verbesserungen bei der Ausrüstung von Rechenzentren sowie der Planung und Verwaltung von Standorten lassen sich erhebliche Einsparungen beim Stromverbrauch realisieren. ABB bietet umfassendes Fachwissen, Engineering sowie eine Vielfalt von Produkten und Supportleistungen, mit denen bestehende Rechenzentren nicht nur effizienter, sondern auch sicherer und zuverlässiger betrieben werden können. Rechenzentrumsausfälle kosten Berichten zufolge pro Stunde 1 Mio. USD oder mehr, d. h., Verfügbarkeit ist insbesondere für Bank- und Finanzinstitute von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grund müssen ungeplante Ausfälle reduziert, die Servicequalität verbessert und Energieeinsparungen erzielt werden.

Energieeinsparungen dank Gleichstromversorgung

Computersysteme und zugehörige Komponenten, wie Telekommunikations- und Speichersysteme, arbeiten mit Gleichstrom (DC), während die Energie, die Rechenzentren aus dem Netz beziehen, in der Regel Wechselstrom (AC) ist. Deshalb muss jedes Gerät mit einem eigenen Netzgerät ans Wechselstromnetz angeschlossen werden. Dadurch entstehen kumulierte Umwandlungsverluste und Abwärme, die wieder heruntergekühlt werden muss. Da ist es eigentlich naheliegend, dass ein Rechenzentrum, wo eine Vielzahl von Servern im Einsatz stehen, direkt über ein eigenes Gleichstromnetz versorgt wird.

Denn im Vergleich zur herkömmlichen Wechselstromtechnik ist die Gleichstromtechnik in Bezug auf die elektrische Energieverteilung wesentlich energiesparender. Mit Gleichstromtechnik kann die Energieeffizienz in Rechenzentren im Vergleich zu Wechselstromsystemen durch Reduzierung von Energieumwandlungsverlusten um mindestens 10 Prozent verbessert werden. Zudem wird weniger Kühlleistung im IT-Raum erforderlich, was den Energiebedarf zusätzlich verringert.

Auch die Kosten für die energietechnische Ausrüstung, Installation, Betrieb und Wartung reduzieren sich. Zudem sind Gleichstromsysteme weniger komplex und benötigen weniger Platz und Ausstattung, wodurch sich weitere erhebliche Einsparungen bei Immobilien- und anderen Investitionen ergeben. Dadurch reduzieren sich die Gesamtkosten einer Anlage um bis zu 30 Prozent.

Die Vorteile von Gleichstromsystemen in Rechenzentren auf einen Blick:- 10 Prozent verbesserte Energieeffizienz (ohne Berücksichtigung des verminderten

Bedarfs an Kühlleistung im IT-Raum) - 15 Prozent tiefere Investitionskosten- 25 Prozent weniger Platzbedarf- 20 Prozent tiefere Installationskosten- erhöhte Zuverlässigkeit- Reduktion von Betriebs- und Wartungskosten

Pilotanlage bei Green in der Schweiz

Im aargauischen Lupfig hat ABB das weltweit erste Rechenzentrum durchgängig mit einem Gleichstrom-Energieverteilungssystem ausgerüstet. In einem Vorzeigeprojekt wurden rund 1100 Quadratmeter des neuen Rechenzentrums von Green mit einer innovativen, vollständig redundant ausgelegten Gleichstromversorgung von rund 1 Megawatt Leistung ausgestattet. Die wegweisende Lösung wurde von der lokalen Business Unit Niederspannungssysteme von ABB Schweiz umgesetzt, geliefert und installiert in Zusammenarbeit mit Validus DC Systems, einem führenden Anbieter von Ausrüstung für Gleichstrom-Energieinfrastruktur von Rechenzentren der ABB-Gruppe. Die Lösung entspricht den Spezifikationen der IEC (International Electrotechnical Commission), die für die meisten Länder der Welt gelten.

Green ist einer der führenden ITC-Dienstleister für internetbasierte Datenkommunikation und Sicherheit in der Schweiz. Das Unternehmen verfügt über vier Rechenzentren, das modernste steht in Lupfig. Green zeichnet sich durch einen hohen ökologischen Anspruch aus und war auch sofort bereit, bei diesem Pilotprojekt von ABB mitzumachen, um das Rechenzentrum effizienter und energiesparenden betreiben zu können.

Bild Vgl AC und DC:

Reduzierte Gleichstromarchitektur

Statt dass die Server wie bis anhin in einer Wechselstrom-Lösung über Mittelspannungstransformatoren, AC-Schaltanlagen, batteriegestützter, unterbrechungsfreier Stromversorgung (UPS) AC-PDUs und AC-Netzgeräte mit elektrischer Energie versorgt werden, sieht die Gleichstromversorgung folgende, vereinfachte Architektur vor:

Die Einspeisung des lokalen Energieversorgungsunternehmens erfolgt auf der 16 kV-Ebene auf eine gasisolierte Mittelspannungs-Schaltanlage des Typs ABB ZX0. Während eines Netzausfalls speist ein Notstromaggregat ebenfalls auf diese Schaltanlage, nachdem eine automatische Umschaltung durch das Leitsystem stattgefunden hat.

Die Gleichrichtereinheit – bestehend aus einem Mittelspannungs-Lastschalter, einem hocheffizienten Transformator und dem eigentlichen Gleichrichter – formt unmittelbar danach die 16 kV-Wechselspannung in 400 V-Gleichspannung um, um diese Spannung schliesslich ohne weitere Umwandlung zu den Servern zu führen (vereinfachte DC-Netzteile versorgen die Server mit der notwendigen Energie). Im Gleichrichter kommt hocheffiziente, industrieerprobte Leistungselektronik mit Halbleitern zum Einsatz, wie sie im ABB-Werk in Lenzburg gefertigt werden. Um die Zeit zwischen einem Netzausfall und der Versorgung durch das Notstromaggregat überbrücken zu können, werden Batterien mit einer Autonomiezeit von 10 Minuten eingesetzt. Diese sind ebenfalls ohne weitere Umwandlung und lediglich über Dioden an die Gleichrichtereinheit angeschlossen.

ABB als Vorreiterin der Gleichstromtechnik

Der Lösung, das Rechenzentrum direkt über eine Gleichstromversorgung zu speisen, ist für ABB ein wegweisender Schritt in eine energieeffizientere Zukunft. „Wir hoffen, dass sich durch die Erkenntnissen aus diesem Pilotprojekt möglichst viele namhafte Server-Produzenten von den Vorteilen der Gleichstromtechnik überzeugen lassen“, erklärt Michael Gabriel, der Leiter der lokalen Business Niederspannungsprodukte in Lenzburg, die das Projekt umgesetzt hat.

Tarak Mehta, Leiter der globalen ABB-Division Niederspannungsprodukte, sieht in der Gleichstromversorgung ebenfalls vielversprechende Marktchance: „Wir präsentieren damit

eine hochstehende technische Lösung mit einigen Vorteilen. Aber es werden die Kunden sein, die entscheiden, ob sich das auch etablieren wird.“

Weitere Informationen

André SchärerVice President Global Data Center Segment ManagerABB Schweiz AGLenzburgTel. +41 79 592 96 10andre.schaerer@ch.abb.com

Die Niederspannungs-Gleichstrom-Hauptverteilung im Dc Datacenter von Lupfig.

Die Notstrom-Dieselgenerator-Gruppe mit dem Generatorschalter ABB Emax.

Generatorschalter ABB Emax mit dem ABB-Kontrollsystem Tanomat (im Hintergrund)