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Les centres de données dépendent d'une alimentation électrique continue pour faire fonctionner les serveurs, les systèmes de stockage, les équipements de réseau et l'infrastructure de refroidissement. Même une brève coupure de courant peut nuire à la disponibilité des services, à l'intégrité des données et aux activités commerciales. C'est pourquoi le choix de la bonne capacité de générateur de secours est un élément essentiel de la planification du système d'alimentation d'un centre de données.
Cependant, le dimensionnement des groupes électrogènes pour les centres de données ne se résume pas à l'addition de la consommation électrique des serveurs. Le calcul doit également tenir compte des équipements de refroidissement, des systèmes UPS, des pertes électriques, des courants de démarrage, des exigences de redondance et de l'expansion future. Un générateur sous-dimensionné risque de peiner à supporter les charges critiques, tandis qu'une unité surdimensionnée peut augmenter les coûts d'investissement et fonctionner de manière inefficace.
Ce guide explique comment calculer les besoins en générateurs d'un centre de données, évaluer les facteurs clés de dimensionnement et sélectionner une solution de groupe électrogène diesel adaptée pour une alimentation de secours fiable.
La capacité requise du générateur dépend de la demande électrique totale qui doit rester opérationnelle en cas de panne de courant du réseau. Celle-ci diffère généralement de la seule charge des équipements informatiques, car un centre de données a également besoin de systèmes de soutien pour maintenir un environnement de fonctionnement stable.
Avant de sélectionner un générateur, les ingénieurs doivent identifier les principales charges suivantes :
Toutes les charges connectées n'ont pas nécessairement besoin d'être alimentées par le groupe électrogène. L'équipe de conception doit faire la distinction entre les charges critiques, les charges de support essentielles et les charges non essentielles qui peuvent être déconnectées lors d'une panne.
KEYPOWER fournit des solutions de groupes électrogènes diesel pour applications de centres de données, où l'alimentation de secours, la capacité de charge, l'évolutivité et la redondance des générateurs sont des considérations importantes.
Un calcul pratique du dimensionnement du groupe électrogène commence par la demande électrique que le système d'alimentation de secours doit supporter. Les étapes suivantes constituent un point de départ utile pour la planification préliminaire. Le dimensionnement final doit être vérifié par une étude de charge électrique et une analyse des performances du générateur.
Tout d'abord, identifiez l'équipement qui doit continuer à fonctionner lors d'une panne de courant. Additionnez la consommation de puissance réelle de l'équipement informatique, des systèmes de refroidissement, des pertes d'onduleur et des autres charges essentielles.
Formule de base :
Charge critique totale (kW) = Charge informatique + Charge de refroidissement + Pertes d'onduleur + Autres charges essentielles
Par exemple, considérons un centre de données hypothétique ayant la demande électrique suivante :
| Catégorie de charge | Demande de puissance |
|---|---|
| Équipement informatique | 500 kW |
| Systèmes de refroidissement | 250 kW |
| Pertes d'onduleur | 40 kW |
| Autres charges essentielles | 60 kW |
| Charge critique totale | 850 kW |
Dans cet exemple, le système d'alimentation de secours doit supporter une demande électrique critique d'environ 850 kW. Il s'agit du point de départ, et non de la puissance nominale finale du générateur.
La capacité d'un générateur est généralement exprimée à la fois en kilowatts (kW) et en kilovolts-ampères (kVA). Ces deux mesures décrivent différents aspects de la puissance électrique.
La puissance réelle (kW) représente la puissance consommée par l'équipement, tandis que la puissance apparente (kVA) prend en compte l'effet combiné de la puissance réelle et réactive.
Formule de dimensionnement du générateur :
kVA requis = Charge totale (kW) ÷ Facteur de puissance
En supposant un facteur de puissance de 0,8, l'exemple ci-dessus donne :
850 kW ÷ 0,8 = 1 062,5 kVA
Cela signifie que le système de générateur doit fournir au moins 1 062,5 kVA dans les conditions de fonctionnement supposées, avant de prendre en compte les exigences d'ingénierie supplémentaires.
Le facteur de puissance réel doit être déterminé à partir de la conception électrique plutôt que de supposer automatiquement 0,8 pour chaque projet.
Les équipements de refroidissement, les pompes, les ventilateurs et autres systèmes entraînés par moteur peuvent consommer un courant nettement plus élevé au démarrage qu'en fonctionnement normal. Ces augmentations temporaires de la demande peuvent affecter la stabilité de la tension et de la fréquence du générateur.
Les ingénieurs doivent évaluer les méthodes de démarrage du moteur, la séquence de démarrage du plus grand moteur, les caractéristiques du redresseur UPS et l'acceptation des échelons de charge. Les variateurs de fréquence et les démarreurs progressifs peuvent aider à réduire la demande de démarrage, mais leurs effets doivent être inclus dans l'analyse électrique globale.
La sélection du générateur doit donc prendre en compte à la fois les exigences de régime permanent kW/kVA et les performances transitoires. Un générateur qui répond à la charge de fonctionnement calculée peut toujours s'avérer inadapté s'il ne peut pas supporter les échelons de charge requis.
L'efficacité de l'utilisation de l'énergie (PUE) est une mesure importante dans la gestion de l'énergie des centres de données. Elle compare la consommation totale d'énergie de l'installation avec l'énergie utilisée par les équipements informatiques.
Formule du PUE :
PUE = Énergie totale de l'installation du centre de données ÷ Énergie des équipements informatiques
Par exemple, si un centre de données a une charge informatique de 500 kW et un PUE de 1,6, sa demande totale estimée pour l'installation est :
500 kW × 1,6 = 800 kW
Cela fournit une estimation globale utile de la demande énergétique de l'installation. Cependant, le PUE ne doit pas remplacer un calendrier de charge au niveau des équipements lors du dimensionnement d'un générateur de secours. La charge de secours réelle peut différer selon les systèmes de refroidissement, l'équipement UPS et les services auxiliaires connectés au système d'alimentation de secours.
Pour un dimensionnement précis du générateur, les ingénieurs doivent utiliser des charges électriques mesurées ou spécifiées et vérifier la configuration de fonctionnement en cas de panne du réseau.
La capacité du générateur n'est qu'un élément d'un système d'alimentation de secours fiable pour centre de données. Le nombre de groupes électrogènes et leur disposition de fonctionnement sont tout aussi importants.
Une configuration N fournit exactement la capacité de générateur requise pour prendre en charge la charge critique désignée. Par exemple, si l'installation nécessite 2 MW de puissance de secours, la capacité du générateur installé doit fournir au moins 2 MW dans les conditions de fonctionnement spécifiées.
Cet arrangement peut répondre aux exigences de charge, mais une panne de générateur ou une maintenance planifiée peut réduire la capacité de secours disponible.
Une configuration N+1 comprend un générateur supplémentaire en plus du nombre requis pour prendre en charge la charge critique. Si un générateur devient indisponible, les unités restantes peuvent toujours fournir la capacité requise, à condition que le système soit correctement conçu.
Par exemple, une installation nécessitant trois générateurs pour prendre en charge sa charge critique peut installer quatre unités. Le générateur supplémentaire fournit une capacité de réserve pour la maintenance ou la panne d'équipement.
Un arrangement 2N utilise deux chemins d'alimentation indépendants, chaque chemin étant conçu pour prendre en charge l'intégralité de la charge critique. Cela offre un niveau de redondance plus élevé qu'une configuration N de base, bien que le niveau final de résilience dépende également de la distribution électrique, de l'appareillage de commutation, de l'approvisionnement en carburant, des commandes et d'autres infrastructures partagées.
La configuration appropriée dépend des objectifs de disponibilité de l'installation, du budget, de la stratégie de maintenance et des exigences applicables en matière de conception de centres de données. Le simple ajout de générateurs ne garantit pas la redondance si les composants critiques restent partagés entre les systèmes.
Une fois que la capacité requise et l'arrangement de redondance ont été établis, l'étape suivante consiste à sélectionner des groupes électrogènes dotés de caractéristiques de performance et de fonctionnement appropriées.
KEYPOWER propose une gamme de groupes électrogènes diesel industriels dans différentes plages de puissance et marques de moteurs. Pour les projets de centres de données plus importants, la sélection du générateur peut être évaluée en fonction de la puissance principale, de la puissance de secours, de la tension, de la fréquence, du facteur de puissance, de la consommation de carburant et des conditions d'installation.
Par exemple, le KEYPOWER KPX-M938P est un groupe électrogène diesel propulsé par MTU avec les spécifications publiées suivantes :
| Modèle | KPX-M938P |
| Puissance principale | 750 kW / 938 kVA |
| Puissance de secours | 825 kW / 1 031 kVA |
| Moteur | MTU 12V 2000 G85 |
| Fréquence | 60 Hz |
| Facteur de puissance | 0,8 |
Ces classifications illustrent l'importance de faire la distinction entre la puissance principale et la puissance de secours. La classification correcte doit correspondre au service de fonctionnement prévu et au spécification du projet. Une classification de secours ne doit pas être utilisée automatiquement comme base pour un fonctionnement continu ou en puissance principale.
Pour les projets nécessitant une capacité supérieure, la gamme de groupes électrogènes diesel KEYPOWER MTU comprend des modèles plus grands à évaluer. Le choix final doit être fondé sur le profil de charge complet et la redondance requise plutôt que sur la seule puissance nominale.
La puissance publiée d'un générateur est basée sur des conditions de référence spécifiées. La puissance réelle disponible peut être affectée par l'altitude d'installation, la température ambiante, l'humidité, le flux d'air de refroidissement, la qualité du carburant et la contre-pression d'échappement.
Pour les centres de données situés dans des climats chauds ou à haute altitude, les ingénieurs doivent demander des données de performance spécifiques au site auprès du fabricant du générateur. La conception du système de refroidissement, la ventilation, le cheminement des gaz d'échappement et les exigences acoustiques doivent également être vérifiés avant de finaliser l'agencement de la salle des groupes électrogènes.
D'autres considérations pratiques incluent :
Ces facteurs peuvent influencer la configuration finale du groupe électrogène et doivent être examinés lors de la phase d'ingénierie, et non après la livraison de l'équipement.
Après l'installation, les performances du générateur doivent être vérifiées dans des conditions de charge contrôlées. Les tests sur banc de charge permettent aux opérateurs d'évaluer la puissance de sortie du générateur, la régulation de tension, la stabilité de la fréquence, les performances de refroidissement et le comportement opérationnel global.
C'est particulièrement utile lorsque la charge réelle du centre de données n'est pas encore disponible ou lors de la mise en service d'un système de générateur nouvellement installé.
Selon le plan de test, des bancs de charge résistifs ou réactifs peuvent être utilisés pour simuler différentes caractéristiques de charge électrique. KEYPOWER fournit des équipements de banc de charge pour les applications de test de générateurs.
Les tests doivent suivre les recommandations du fabricant du générateur et les exigences de mise en service du projet. Des tests et une maintenance réguliers permettent d'identifier les problèmes potentiels avant qu'une panne de réseau réelle ne se produise.
Même lorsque le calcul de charge de base est correct, plusieurs erreurs de planification peuvent affecter la fiabilité d'un système d'alimentation de secours de centre de données.
Une évaluation détaillée de la charge, une stratégie de redondance claire et un examen des performances soutenu par le fabricant peuvent aider à éviter ces problèmes.
Choisir un groupe électrogène de secours pour un centre de données demande plus que de faire correspondre une puissance nominale à un seul chiffre de charge. La demande informatique, les besoins en refroidissement, les caractéristiques de l'onduleur, le facteur de puissance, les charges transitoires, la redondance et l'expansion future influencent tous la conception finale du système.
KEYPOWER fournit des groupes électrogènes diesel dans une large gamme de puissances, y compris des modèles de grande puissance alimentés par MTU. En examinant le calendrier de charge du projet, les conditions de fonctionnement, la tension et la fréquence requises ainsi que la stratégie de redondance, la configuration appropriée du groupe électrogène peut être identifiée plus précisément.
Si vous planifiez un nouveau centre de données, agrandissez une installation existante ou mettez à niveau son infrastructure d'alimentation de secours, contactez KEYPOWER avec les exigences de votre projet pour discuter d'une solution de groupe électrogène adaptée.
Commencez par calculer la charge électrique critique totale, y compris l'équipement informatique, les systèmes de refroidissement, les pertes d'onduleur et les charges auxiliaires essentielles. Convertissez les kW requis en kVA à l'aide du facteur de puissance réel, puis évaluez la demande de démarrage du moteur, les performances transitoires, la redondance et les conditions du site avant de sélectionner le groupe électrogène.
Le nombre dépend de la charge critique de l'installation et de la conception de la redondance. Une configuration N fournit la capacité requise, N+1 ajoute un groupe électrogène supplémentaire et 2N fournit deux voies d'alimentation indépendantes, chacune conçue pour supporter la pleine charge critique.
Le kW mesure la puissance active, tandis que le kVA mesure la puissance apparente. La relation est kW = kVA × facteur de puissance. Par exemple, un groupe électrogène d'une puissance nominale de 1 000 kVA avec un facteur de puissance de 0,8 peut fournir 800 kW de puissance active dans les conditions de fonctionnement spécifiées.
La redondance N+1 fournit un groupe électrogène supplémentaire au-delà du nombre requis pour supporter la charge critique. Cela aide à maintenir la capacité de puissance requise si un groupe électrogène est indisponible en raison d'une maintenance ou d'une panne d'équipement, à condition que les composants restants du système soient correctement conçus.
Le choix dépend du régime de fonctionnement du groupe électrogène et des spécifications du projet. L'alimentation de secours est conçue pour le fonctionnement d'urgence lors des coupures du réseau, tandis que l'alimentation principale est conçue pour des applications avec des charges variables et des heures de fonctionnement prolongées. La puissance nominale du groupe électrogène doit correspondre au service attendu.
Le test sur banc de charge simule la demande électrique pour vérifier les performances du groupe électrogène, y compris la capacité de sortie, la régulation de tension, la stabilité de la fréquence et le comportement de refroidissement. Il est particulièrement utile lors de la mise en service et de la maintenance de routine lorsque la charge réelle de l'installation peut ne pas suffire pour les tests.
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