دیزل ژنراتور برای دیتاسنتر

داده ها به عنوان ارزشمندترین دارایی سازمان ها شناخته میشوند و تداوم کسب و کار وابستگی مستقیمی به عملکرد بدون وقفه زیرساخت های فناوری اطلاعات دارد. در قلب این زیرساخت ها دیتاسنترها قرار گرفته اند که وظیفه پردازش ذخیره سازی و توزیع اطلاعات حیاتی را بر عهده دارند. کوچکترین اختلال در تامین برق این مراکز حساس میتواند منجر به خسارات مالی هنگفت از دست رفتن اعتبار و حتی توقف کامل عملیات یک سازمان شود و به همین دلیل است که تضمین پایداری انرژی در مراکز داده فراتر از یک اولویت فنی بوده و به یک ضرورت استراتژیک تبدیل شده است.

در حالی که سیستم های تغذیه بدون وقفه یا همان UPS ها وظیفه تامین برق در لحظات اولیه قطعی و فیلتر کردن نوسانات را بر عهده دارند اما آنها تنها برای مدت زمان کوتاهی قادر به پشتیبانی از بار مصرفی هستند و اینجاست که نقش حیاتی دیزل ژنراتور دیتاسنتر به عنوان منبع تغذیه پشتیبان طولانی مدت برجسته میشود.

یک دیزل ژنراتور دیتاسنتر که به درستی طراحی، سایزبندی و نگهداری شده باشد تضمین میکند که در هنگام قطع شبکه برق شهری سراسری عملیات مرکز داده بدون هیچگونه وقفهای ادامه یابد و سرویس ها همچنان در دسترس کاربران باقی بمانند. انتخاب یک دیزل ژنراتور دیتاسنتر مناسب نیازمند درک عمیقی از نیازهای بار مصرفی استانداردهای مربوطه و چالش های خاص محیط های فناوری اطلاعات است که در ادامه به تفصیل به آنها خواهیم پرداخت.

اهمیت دیزل ژنراتور در پایداری و آپتایم دیتاسنتر

هنگامی که صحبت از مراکز داده به میان می آید مفهوم آپتایم یا زمان در دسترس بودن سرویس حرف اول را میزند و بسیاری از دیتاسنترهای مدرن برای دستیابی به آپتایم های بسیار بالا مانند ۹۹.۹۹۹ درصد طراحی میشوند که این سطح از پایداری به معنای مجاز بودن تنها چند دقیقه قطعی در طول یک سال است.

دستیابی به این هدف بدون وجود یک سیستم پشتیبان برق قدرتمند و قابل اطمینان غیرممکن است و درک اهمیت دیزل ژنراتور در پایداری و آپتایم دیتاسنتر کلید اصلی طراحی یک مرکز داده مقاوم در برابر خطا است. شبکه برق شهری هر چقدر هم که پایدار باشد باز هم در معرض تهدیداتی مانند حوادث طبیعی خطاهای انسانی و اشکالات فنی قرار دارد و نمیتوان برای کاربردهای حساس صرفا به آن تکیه کرد.

در سناریوی قطع برق اصلی سیستم UPS بلافاصله وارد مدار میشود تا از خاموشی ناگهانی سرورها و تجهیزات شبکه جلوگیری کند اما باتری های UPS ظرفیت محدودی دارند و تنها برای چند دقیقه تا حداکثر چند ساعت میتوانند بار را تحمل کنند که این زمان باید صرف راه اندازی ایمن منبع تغذیه ثانویه شود. اینجاست که دیزل ژنراتور دیتاسنتر وارد عمل میشود و با دریافت فرمان استارت به سرعت به دور نامی میرسد و پس از پایدار شدن ولتاژ و فرکانس کلید انتقال اتوماتیک یا ATS بار مصرفی مرکز داده را از روی UPS به روی ژنراتور منتقل میکند.

تا زمانی که سوخت در مخزن موجود باشد دیزل ژنراتور دیتاسنتر قادر است برق مورد نیاز کل تاسیسات شامل تجهیزات فناوری اطلاعات سیستم های خنک کننده و سایر بارهای حیاتی را برای ساعت ها یا حتی روزها تامین کند. بنابراین میتوان گفت که اهمیت دیزل ژنراتور در پایداری و آپتایم دیتاسنتر به اندازه ای است که نبود آن عملا مفهوم دیتاسنتر مدرن و قابل اعتماد را زیر سوال میبرد زیرا بدون این لایه حفاظتی هر قطعی برق طولانی مدت منجر به خاموشی کامل سرویس ها و تحمیل هزینه های گزاف ناشی از توقف کسب و کار خواهد شد.

معیارهای انتخاب دیزل ژنراتور دیتاسنتر

انتخاب صحیح یک مولد برق برای کاربردهای حساس فناوری اطلاعات فرآیندی پیچیده و مهندسی شده است که نیازمند بررسی دقیق پارامترهای متعددی است و نمیتوان صرفا بر اساس یک عدد توان ظاهری تصمیم گیری کرد زیرا معیارهای انتخاب دیزل ژنراتور دیتاسنتر بسیار فراتر از کیلوولت آمپر درج شده بر روی پلاک دستگاه است.

اولین و مهمترین گام محاسبه دقیق بار مصرفی دیتاسنتر است که شامل مجموع توان مصرفی سرورها تجهیزات ذخیره سازی سوییچ های شبکه و از همه مهمتر سیستم های سرمایشی میشود که بخش قابل توجهی از انرژی را مصرف میکنند. باید توجه داشت که بار دیتاسنترها عمدتا از نوع غیرخطی است که باعث ایجاد هارمونیک در شبکه میشود و این موضوع میتواند بر عملکرد ژنراتور تاثیر منفی بگذارد بنابراین ژنراتور انتخابی باید توانایی تحمل این بارهای غیرخطی و جریان های هجومی ناشی از راه اندازی تجهیزات را داشته باشد.

یکی دیگر از حیاتی ترین معیارهای انتخاب دیزل ژنراتور دیتاسنتر توجه به قابلیت پذیرش بار ضربه ای یا Load Acceptance است بدین معنی که ژنراتور باید بتواند در هنگام قطع برق و انتقال ناگهانی بار توسط ATS درصد بالایی از بار کل را در یک مرحله و بدون افت ولتاژ و فرکانس خارج از محدوده مجاز بپذیرد تا خللی در کارکرد UPS ها و تجهیزات حساس ایجاد نشود.

مسئله مهم دیگر در نظر گرفتن شرایط محیطی محل نصب مانند ارتفاع از سطح دریا دمای محیط و میزان رطوبت است زیرا این عوامل تاثیر مستقیمی بر توان خروجی واقعی موتور دیزل دارند و ممکن است نیاز به اعمال ضرایب اصلاحی (Derating) بر روی توان نامی ژنراتور باشد.

ظرفیت مخزن سوخت و سیستم سوخت رسانی نیز از جمله معیارهای انتخاب دیزل ژنراتور دیتاسنتر است که باید بر اساس مدت زمان مورد نیاز برای پشتیبانی که در استراتژی تداوم کسب و کار سازمان تعریف شده است تعیین گردد و همچنین باید تمهیداتی برای ذخیره سازی ایمن سوخت و جلوگیری از آلودگی آن اندیشیده شود. علاوه بر این موارد سطح نویز تولیدی دستگاه نیز به خصوص در دیتاسنترهای شهری اهمیت دارد و ممکن است نیاز به استفاده از کانوپی های عایق صوت یا اتاقک های مخصوص باشد.

تفاوت دیزل ژنراتورهای Prime ،Continuous و Standby در کاربرد دیتاسنتر

یکی از چالش برانگیزترین مباحث در حوزه انتخاب مولد برق درک صحیح تعاریف توان بر اساس استانداردهای بین المللی مانند ISO 8528-1 است و شناخت دقیق تفاوت دیزل ژنراتورهای Prime ،Continuous و Standby در کاربرد دیتاسنتر برای جلوگیری از انتخاب اشتباه و به خطر انداختن پایداری سیستم حیاتی است. بسیاری از خریداران ممکن است به اشتباه توان Standby را مبنای محاسبات خود قرار دهند در حالی که این توان برای شرایط خاصی تعریف شده است.

توان اضطراری یا Standby Power (ESP) حداکثر توانی است که یک ژنراتور میتواند برای مدت زمان محدودی (معمولا زیر ۲۰۰ ساعت در سال) در هنگام قطع برق شبکه اصلی تامین کند و در این حالت بار میتواند متغیر باشد اما میانگین بار نباید از درصد مشخصی (مثلا ۷۰ درصد) از توان ESP تجاوز کند؛ استفاده از این ریتینگ برای دیتاسنترهایی که ممکن است با قطعی های طولانی مواجه شوند یا شبکه برق ناپایداری دارند ریسک بالایی دارد.

در مقابل توان پرایم یا Prime Power (PRP) توانی است که ژنراتور میتواند برای مدت نامحدود در کاربردهایی که برق شبکه وجود ندارد تامین کند مشروط بر اینکه بار متغیر باشد و میانگین بار در یک بازه ۲۴ ساعته از درصد مشخصی از توان PRP تجاوز نکند؛ این ریتینگ برای مکان هایی که کلا فاقد برق شبکه هستند مناسب تر است اما گاهی در دیتاسنترها نیز به کار میرود.

توان دائم یا Continuous Power (COP) توانی است که ژنراتور میتواند برای مدت نامحدود و با بار ثابت ۱۰۰ درصد تامین کند که این حالت برای نیروگاه های پایه یا کاربردهایی که نیاز به بار ثابت دائمی دارند استفاده میشود. اما نکته کلیدی در بحث تفاوت دیزل ژنراتورهای Prime ،Continuous و Standby در کاربرد دیتاسنتر ظهور ریتینگ های جدیدی است که مخصوص این صنعت تدوین شده اند زیرا دیتاسنترها پروفایل بار منحصر به فردی دارند که نه کاملا با تعاریف سنتی Standby همخوانی دارد و نه نیازمند توان Continuous واقعی است.

بسیاری از سازندگان معتبر جهانی اکنون ریتینگی تحت عنوان Data Center Continuous (DCC) یا Mission Critical Standby ارائه میدهند که این ریتینگ تضمین میکند دیزل ژنراتور دیتاسنتر قادر است توان مورد نیاز مرکز داده را برای مدت زمان نامحدود در هنگام قطع برق شبکه تامین کند بدون اینکه محدودیت های سختگیرانه توان Continuous را داشته باشد.

در واقع DCC پلی میان توان Standby و Prime است که اختصاصا برای برآوردن نیازهای قابلیت اطمینان بالا در صنعت دیتاسنتر طراحی شده است. هنگام بررسی مشخصات فنی حتما باید به نوع ریتینگ توان اعلام شده توجه کرد و اطمینان حاصل نمود که دیزل ژنراتور دیتاسنتر انتخابی دارای رتبه بندی مناسبی است که توانایی پشتیبانی از بار مرکز داده را برای مدت زمان های طولانی و بدون افت عملکرد تضمین میکند.

استانداردهای ضروری (Tier) برای سیستم دیزل ژنراتور دیتاسنتر ها

طراحی و ساخت دیتاسنترها بر اساس استانداردهای جهانی معتبر انجام میشود که مشهورترین آنها سیستم رتبه بندی Tier ارائه شده توسط موسسه Uptime Institute است و رعایت استانداردهای ضروری (Tier) برای سیستم دیزل ژنراتور دیتاسنتر ها تعیین کننده سطح پایداری و افزونگی زیرساخت برق اضطراری خواهد بود. این استاندارد دیتاسنترها را به چهار سطح از Tier I تا Tier IV تقسیم بندی میکند که هر چه سطح بالاتر میرود الزامات مربوط به سیستم های پشتیبان از جمله دیزل ژنراتور دیتاسنتر سختگیرانه تر میشود.

در یک دیتاسنتر Tier I که ساده ترین سطح است تنها یک مسیر توزیع برق و سرمایش وجود دارد و نیازی به افزونگی در اجزا نیست بنابراین یک دستگاه دیزل ژنراتور دیتاسنتر با ظرفیت N (ظرفیت مورد نیاز کل بار) کفایت میکند و این سیستم در برابر خطا مقاوم نیست و برای تعمیرات نیاز به خاموشی دارد.

در سطح Tier II الزام استفاده از اجزای افزونه (Redundant Components) مطرح میشود به این معنی که سیستم تولید برق باید دارای ظرفیت N+1 باشد؛ یعنی اگر مثلا به سه ژنراتور برای تامین بار کل نیاز است باید چهار ژنراتور نصب شود تا در صورت خرابی یکی از آنها سایرین بتوانند بار را تحمل کنند اما همچنان تنها یک مسیر توزیع وجود دارد.

جهش بزرگ در استانداردهای ضروری (Tier) برای سیستم دیزل ژنراتور دیتاسنتر ها در سطح Tier III رخ میدهد که مفهوم “قابلیت تعمیر همزمان” (Concurrently Maintainable) را معرفی میکند؛ در این سطح نه تنها اجزا باید دارای افزونگی N+1 باشند بلکه باید دو مسیر توزیع برق کاملا مستقل وجود داشته باشد که یکی فعال و دیگری آماده به کار است تا بتوان هر بخشی از سیستم را بدون ایجاد وقفه در سرویس دهی تعمیر یا تعویض کرد.

بالاترین سطح یعنی Tier IV علاوه بر قابلیت های Tier III باید “تحمل کننده خطا” (Fault Tolerant) نیز باشد که این امر نیازمند پیکربندی های پیچیده تری مانند 2N یا 2(N+1) برای سیستم های دیزل ژنراتور دیتاسنتر است؛ در پیکربندی 2N دو سیستم کامل و مستقل ژنراتور وجود دارد که هر کدام به تنهایی قادر به تامین کل بار هستند و این اطمینان را ایجاد میکند که حتی در صورت وقوع بدترین حوادث و از کار افتادن کامل یک سمت از زیرساخت دیتاسنتر همچنان به کار خود ادامه دهد.

شناخت دقیق این استانداردها و انطباق طراحی سیستم دیزل ژنراتور دیتاسنتر با سطح Tier هدف گذاری شده برای تضمین کسب گواهینامه های معتبر و دستیابی به سطح مورد نظر از پایداری حیاتی است.

قیمت دیزل ژنراتور مناسب دیتاسنتر

برآورد هزینه های راه اندازی یک مرکز داده بخش مهمی از پروژه است و در این میان قیمت دیزل ژنراتور مناسب دیتاسنتر به عنوان یکی از گران ترین تجهیزات زیرساختی سهم قابل توجهی از بودجه را به خود اختصاص میدهد. باید توجه داشت که قیمت این دستگاه ها تنها تابع توان خروجی آنها نیست بلکه عوامل متعدد فنی و کیفی بر قیمت نهایی تاثیرگذار هستند.

اولین عامل تعیین کننده برند سازنده موتور و ژنراتور (آلترناتور) است؛ برندهای معتبر اروپایی و آمریکایی که سابقه طولانی در تولید موتورهای سنگین برای کاربردهای حساس دارند به دلیل کیفیت ساخت بالا راندمان بهتر و قابلیت اطمینان اثبات شده معمولا قیمت بالاتری نسبت به برندهای آسیایی دارند اما در کاربرد دیتاسنتر که ریسک پذیری باید به حداقل برسد پرداخت این هزینه اضافی اغلب توجیه اقتصادی دارد.

عامل مهم دیگر در تعیین قیمت دیزل ژنراتور مناسب دیتاسنتر نوع ریتینگ توان آن است؛ همانطور که گفته شد ژنراتورهایی که دارای رتبه بندی مخصوص دیتاسنتر (مانند DCC) هستند و برای کارکرد طولانی مدت زیر بار سنگین طراحی شده اند از نظر مهندسی و متریال به کار رفته متفاوت بوده و طبیعتا گران تر از مدل های استاندارد Standby هستند.

تجهیزات جانبی نیز تاثیر زیادی بر قیمت دیزل ژنراتور دارند؛ افزودن مواردی مانند کانوپی های سوپرسایلنت برای کاهش صدا مخازن سوخت حجیم با قابلیت پر شدن خودکار سیستم های کنترلی پیشرفته با قابلیت مانیتورینگ از راه دور و هیترهای آب و روغن برای آماده نگه داشتن موتور در هوای سرد همگی بر هزینه نهایی می افزایند.

همچنین هزینه های مربوط به نصب و راه اندازی شامل فونداسیون کابل کشی قدرت و فرمان سیستم اگزوز و دودکش و تست های بارگذاری در محل نیز باید در برآورد کلی قیمت دیزل ژنراتور مناسب دیتاسنتر لحاظ شوند.

بهترین دیزل ژنراتور برای دیتاسنتر

با توجه به حساسیت فوق العاده بالای مراکز داده انتخاب بهترین دیزل ژنراتور برای دیتاسنتر به معنای یافتن محصولی است که بالاترین سطح از قابلیت اطمینان عملکرد سریع در پذیرش بار و پشتیبانی فنی قوی را ارائه دهد. در سطح جهانی چندین کمپانی بزرگ وجود دارند که به طور تخصصی بر روی تولید مولدهای برق برای کاربردهای Mission Critical تمرکز کرده اند و محصولات آنها در بزرگترین دیتاسنترهای دنیا مورد استفاده قرار میگیرد.

برندهایی مانند کامینز (Cummins) کاترپیلار (Caterpillar) ام تی یو (MTU) و پرکینز (Perkins) از جمله پیشگامان این صنعت هستند که موتورهایی با طراحی robust و توانایی کارکرد در شرایط سخت را ارائه میدهند. به عنوان مثال شرکت کامینز با ارائه ریتینگ های مخصوص دیتاسنتر و سیستم های کنترلی یکپارچه یکی از گزینه های اصلی برای بسیاری از طراحان دیتاسنتر است و موتورهای حجیم آن توانایی بالایی در پذیرش بارهای ضربه ای دارند.

کاترپیلار نیز با شبکه خدمات پس از فروش گسترده جهانی و موتورهای بسیار با دوام خود گزینه ای مطمئن برای پروژه های بزرگ محسوب میشود. موتورهای MTU آلمان که زیرمجموعه رولزرویس پاور سیستمز هستند به دلیل تکنولوژی بالای ساخت مصرف سوخت بهینه و چگالی توان بالا در فضاهای محدود بسیار محبوب هستند و بهترین دیزل ژنراتور برای دیتاسنتر در بسیاری از پروژه های اروپایی به شمار میروند.

پرکینز انگلستان نیز در رنج توان های متوسط تا بالا موتورهایی بسیار کارآمد و با سابقه درخشان تولید میکند که توسط بسیاری از پکیجرهای ژنراتور در سراسر دنیا استفاده میشود. هنگام تصمیم گیری برای خرید دیزل ژنراتور علاوه بر برند موتور باید به برند آلترناتور (مانند استمفورد یا لروی سومر) و همچنین شرکت کوپله کننده (Packager) نیز توجه کرد زیرا کیفیت مونتاژ نهایی شاسی کانوپی و تابلو کنترل تاثیر مستقیمی بر عملکرد کلی سیستم دارد.

بهترین دیزل ژنراتور برای دیتاسنتر دستگاهی است که تمام اجزای آن از برندهای معتبر بوده و توسط یک شرکت متخصص و با تجربه در زمینه نیروگاه های اضطراری طراحی و مونتاژ شده باشد و همچنین دارای گارانتی و خدمات پس از فروش پاسخگو در محل پروژه باشد. در نهایت مشاوره با متخصصین این حوزه و بررسی سوابق کاری تامین کنندگان میتواند به انتخاب بهترین گزینه از میان انواع دیزل ژنراتور موجود در بازار کمک شایانی نماید.

جمع بندی

در دنیایی که داده ها بخش حیاتی کسب و کارها هستند دیتاسنترها نقشی محوری ایفا میکنند و تداوم عملکرد آنها بدون وجود یک زیرساخت تامین برق اضطراری قدرتمند ممکن نیست.

دیزل ژنراتور دیتاسنتر به عنوان سنگری مستحکم در برابر قطعی های برق شبکه عمل میکند و ضامن پایداری و آپتایم سرویس ها در شرایط بحرانی است. انتخاب صحیح این تجهیز حیاتی نیازمند بررسی دقیق معیارهایی همچون نوع و میزان بار مصرفی درک عمیق تفاوت ریتینگ های توان (Prime, Continuous, Standby) و انطباق با استانداردهای Tier موسسه Uptime است.

اگرچه قیمت دیزل ژنراتور های مخصوص دیتاسنتر به دلیل کیفیت ساخت بالا و ویژگی های فنی خاص قابل توجه است اما این هزینه در برابر خسارات ناشی از توقف سرویس ها ناچیز محسوب میشود. خرید دیزل ژنراتور از برندهای معتبر جهانی که امتحان خود را در کاربردهای حساس پس داده اند و بهره گیری از مشاوره متخصصین در مراحل طراحی و نصب بهترین راهکار برای اطمینان از عملکرد بی نقص این سیستم در لحظات سرنوشت ساز است.