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Os data centers dependem de energia elétrica contínua para manter servidores, sistemas de armazenamento, equipamentos de rede e infraestrutura de refrigeração em funcionamento. Até mesmo uma breve interrupção de energia pode afetar a disponibilidade do serviço, a integridade dos dados e as operações comerciais. Por esse motivo, escolher a capacidade certa do gerador de backup é uma parte essencial do planejamento do sistema de energia do data center.
No entanto, o dimensionamento de geradores para data centers não é simplesmente uma questão de somar o consumo de energia dos servidores. O cálculo também deve contabilizar equipamentos de refrigeração, sistemas UPS, perdas elétricas, correntes de partida, requisitos de redundância e expansão futura. Um gerador subdimensionado pode ter dificuldades para suportar cargas críticas, enquanto uma unidade sobredimensionada pode aumentar os custos de capital e operar de forma ineficiente.
Este guia explica como calcular os requisitos de geradores para data centers, avaliar os principais fatores de dimensionamento e selecionar uma solução de gerador a diesel adequada para energia de backup confiável.
A capacidade necessária do gerador depende da demanda elétrica total que deve permanecer operacional durante uma falha de energia da concessionária. Isso geralmente é diferente apenas da carga de equipamentos de TI, porque um data center também precisa de sistemas de suporte para manter um ambiente operacional estável.
Antes de selecionar um gerador, os engenheiros devem identificar as seguintes cargas principais:
Nem toda carga conectada precisa necessariamente ser suprida pelo gerador. A equipe de projeto deve distinguir entre cargas críticas, cargas de suporte essenciais e cargas não essenciais que podem ser desconectadas durante uma interrupção.
A KEYPOWER fornece soluções de geradores a diesel para aplicações em data centers, onde energia de backup, capacidade de carga, escalabilidade e redundância de geradores são considerações importantes.
Um cálculo prático de dimensionamento de gerador começa com a demanda elétrica que o sistema de energia de backup deve suportar. As etapas a seguir fornecem um ponto de partida útil para o planejamento preliminar. O dimensionamento final deve ser verificado por meio de um estudo de carga elétrica e análise de desempenho do gerador.
Primeiro, identifique o equipamento que deve continuar operando durante uma queda de energia. Some o consumo de energia real dos equipamentos de TI, sistemas de refrigeração, perdas de UPS e outras cargas essenciais.
Fórmula básica:
Carga Crítica Total (kW) = Carga de TI + Carga de Refrigeração + Perdas de UPS + Outras Cargas Essenciais
Por exemplo, considere um data center hipotético com a seguinte demanda elétrica:
| Categoria de Carga | Demanda de Energia |
|---|---|
| Equipamentos de TI | 500 kW |
| Sistemas de refrigeração | 250 kW |
| Perdas de UPS | 40 kW |
| Outras cargas essenciais | 60 kW |
| Carga crítica total | 850 kW |
Neste exemplo, o sistema de energia de backup deve suportar aproximadamente 850 kW de demanda elétrica crítica. Este é o ponto de partida, não a classificação final do gerador.
A capacidade do gerador é comumente expressa em quilowatts (kW) e quilovolt-ampères (kVA). Essas duas medidas descrevem diferentes aspectos da potência elétrica.
A potência real (kW) representa a potência consumida pelo equipamento, enquanto a potência aparente (kVA) contabiliza o efeito combinado da potência real e reativa.
Fórmula de dimensionamento do gerador:
kVA necessário = Carga Total (kW) ÷ Fator de Potência
Assumindo um fator de potência de 0,8, o exemplo acima resulta em:
850 kW ÷ 0,8 = 1.062,5 kVA
Isso significa que o sistema gerador precisa fornecer pelo menos 1.062,5 kVA sob as condições operacionais assumidas, antes de contabilizar requisitos de engenharia adicionais.
O fator de potência real deve ser determinado a partir do projeto elétrico, em vez de assumir automaticamente 0,8 para cada projeto.
Equipamentos de refrigeração, bombas, ventiladores e outros sistemas acionados por motor podem exigir uma corrente significativamente maior durante a partida do que durante a operação normal. Esses aumentos temporários na demanda podem afetar a estabilidade da tensão e da frequência do gerador.
Os engenheiros devem avaliar os métodos de partida de motores, a maior sequência de partida de motores, as características do retificador do no-break (UPS) e a aceitação de degraus de carga. Conversores de frequência e chaves de partida suave (soft starters) podem ajudar a reduzir a demanda de partida, mas seus efeitos devem ser incluídos na análise elétrica geral.
A seleção do gerador deve, portanto, considerar tanto os requisitos de regime permanente (kW/kVA) quanto o desempenho transitório. Um gerador que atende à carga de funcionamento calculada ainda pode ser inadequado se não conseguir lidar com os degraus de carga necessários.
A Eficiência de Uso de Energia (PUE) é uma métrica importante no gerenciamento de energia de data centers. Ela compara o consumo total de energia da instalação com a energia utilizada pelos equipamentos de TI.
Fórmula do PUE:
PUE = Energia Total da Instalação do Data Center ÷ Energia dos Equipamentos de TI
Por exemplo, se um data center possui uma carga de TI de 500 kW e um PUE de 1,6, sua demanda total estimada para a instalação é:
500 kW × 1,6 = 800 kW
Isso fornece uma estimativa útil de alto nível da demanda de energia da instalação. No entanto, o PUE não deve substituir um cronograma de carga a nível de equipamento ao dimensionar um gerador de backup. A carga real em espera (standby) pode diferir dependendo de quais sistemas de refrigeração, equipamentos de UPS e serviços auxiliares estão conectados ao sistema de energia de emergência.
Para um dimensionamento preciso do gerador, os engenheiros devem usar cargas elétricas medidas ou especificadas e verificar a configuração operacional durante uma falha na concessionária.
A capacidade do gerador é apenas uma parte de um sistema de energia de backup de data center confiável. O número de grupos geradores e seu arranjo operacional são igualmente importantes.
Uma configuração N fornece exatamente a capacidade do gerador necessária para suportar a carga crítica designada. Por exemplo, se a instalação requer 2 MW de energia de backup, a capacidade instalada do gerador deve fornecer pelo menos 2 MW sob as condições operacionais especificadas.
Este arranjo pode atender ao requisito de carga, mas uma falha no gerador ou manutenção planejada pode reduzir a capacidade de backup disponível.
Uma configuração N+1 inclui um gerador adicional além do número necessário para suportar a carga crítica. Se um gerador ficar indisponível, as unidades restantes ainda poderão fornecer a capacidade necessária, desde que o sistema seja projetado adequadamente.
Por exemplo, uma instalação que requer três geradores para suportar sua carga crítica pode instalar quatro unidades. O gerador adicional fornece capacidade de reserva para manutenção ou falha de equipamento.
Um arranjo 2N usa dois caminhos de energia independentes, com cada caminho projetado para suportar toda a carga crítica. Isso fornece um nível maior de redundância do que uma configuração N básica, embora o nível final de resiliência também dependa da distribuição elétrica, do painel de distribuição (switchgear), do suprimento de combustível, dos controles e de outra infraestrutura compartilhada.
A configuração apropriada depende dos objetivos de disponibilidade da instalação, do orçamento, da estratégia de manutenção e dos requisitos de projeto do data center aplicáveis. Simplesmente adicionar geradores não garante redundância se os componentes críticos permanecerem compartilhados entre os sistemas.
Uma vez estabelecida a capacidade necessária e o arranjo de redundância, o próximo passo é selecionar grupos geradores com classificações de desempenho e características operacionais adequadas.
A KEYPOWER oferece uma gama de grupos geradores a diesel industriais em diferentes faixas de potência e marcas de motores. Para projetos de data centers maiores, a seleção do gerador pode ser avaliada de acordo com a potência principal (prime power), potência de emergência (standby power), tensão, frequência, fator de potência, consumo de combustível e condições de instalação.
Por exemplo, o KEYPOWER KPX-M938P é um gerador a diesel movido a MTU com as seguintes especificações publicadas:
| Modelo | KPX-M938P |
| Potência Principal | 750 kW / 938 kVA |
| Potência de Emergência | 825 kW / 1.031 kVA |
| Motor | MTU 12V 2000 G85 |
| Frequência | 60 Hz |
| Fator de Potência | 0,8 |
Estas classificações ilustram a importância de distinguir entre energia principal e de reserva. A classificação correta deve corresponder ao regime de funcionamento pretendido e à especificação do projeto. Uma classificação de reserva não deve ser usada automaticamente como base para a operação de energia contínua ou principal.
Para projetos que exigem maior capacidade, a linha de geradores a diesel KEYPOWER MTU inclui modelos maiores para avaliação. A seleção final deve ser baseada no perfil de carga completo e na redundância necessária, e não apenas na potência nominal.
A potência publicada de um gerador baseia-se em condições de referência especificadas. A potência real disponível pode ser afetada pela altitude de instalação, temperatura ambiente, umidade, fluxo de ar de refrigeração, qualidade do combustível e contrapressão do escape.
Para centros de dados localizados em climas quentes ou em altas altitudes, os engenheiros devem solicitar dados de desempenho específicos do local ao fabricante do gerador. O projeto do sistema de refrigeração, a ventilação, o direcionamento do escape e os requisitos acústicos também devem ser verificados antes de finalizar o layout da sala do gerador.
Outras considerações práticas incluem:
Estes fatores podem influenciar a configuração final do gerador e devem ser revisados durante a fase de engenharia, e não após a entrega do equipamento.
Após a instalação, o desempenho do gerador precisa ser verificado sob condições de carga controlada. O teste de banco de carga permite que os operadores avaliem a saída do gerador, regulação de tensão, estabilidade de frequência, desempenho de resfriamento e comportamento operacional geral.
É particularmente útil quando a carga real do centro de dados ainda não está disponível ou ao comissionar um sistema de gerador recém-instalado.
Dependendo do plano de teste, bancos de carga resistivos ou reativos podem ser usados para simular diferentes características de carga elétrica. A KEYPOWER fornece equipamento de banco de carga para aplicações de teste de geradores.
Os testes devem seguir as recomendações do fabricante do gerador e os requisitos de comissionamento do projeto. Testes e manutenção regulares ajudam a identificar possíveis problemas antes que ocorra uma falha real na rede elétrica.
Mesmo quando o cálculo de carga básico está correto, vários erros de planejamento podem afetar a confiabilidade de um sistema de energia de backup de data center.
Uma avaliação de carga detalhada, uma estratégia clara de redundância e uma revisão de desempenho apoiada pelo fabricante podem ajudar a evitar esses problemas.
Escolher um gerador de backup para um data center exige mais do que apenas corresponder uma classificação de potência a um único valor de carga. A demanda de TI, os requisitos de refrigeração, as características do no-break (UPS), o fator de potência, as cargas transitórias, a redundância e a expansão futura influenciam o projeto final do sistema.
A KEYPOWER fornece grupos geradores a diesel em uma ampla faixa de capacidades de potência, incluindo modelos de alta potência acionados por MTU. Ao revisar a lista de cargas do projeto, as condições operacionais, a tensão e a frequência necessárias e a estratégia de redundância, a configuração apropriada do gerador pode ser identificada com mais precisão.
Se você está planejando um novo data center, expandindo uma instalação existente ou atualizando sua infraestrutura de energia de emergência, entre em contato com a KEYPOWER com os requisitos do seu projeto para discutir uma solução de gerador adequada.
Comece calculando a carga elétrica crítica total, incluindo equipamentos de TI, sistemas de refrigeração, perdas de UPS e cargas auxiliares essenciais. Converta os kW necessários para kVA usando o fator de potência real, em seguida, avalie a demanda de partida do motor, o desempenho transitório, a redundância e as condições do local antes de selecionar o gerador.
O número depende da carga crítica da instalação e do projeto de redundância. Uma configuração N fornece a capacidade necessária, N+1 adiciona um gerador extra e 2N fornece dois caminhos de energia independentes, cada um projetado para suportar toda a carga crítica.
O kW mede a potência real, enquanto o kVA mede a potência aparente. A relação é kW = kVA × fator de potência. Por exemplo, um gerador com classificação de 1.000 kVA e fator de potência de 0,8 pode fornecer 800 kW de potência real sob suas condições operacionais especificadas.
A redundância N+1 fornece um gerador adicional além do número necessário para suportar a carga crítica. Isso ajuda a manter a capacidade de energia necessária se um gerador estiver indisponível devido à manutenção ou falha de equipamento, desde que os componentes restantes do sistema estejam devidamente projetados.
A escolha depende do regime operacional do gerador e das especificações do projeto. A energia de espera (standby) destina-se à operação de emergência durante interrupções na rede elétrica, enquanto a energia principal (prime) é projetada para aplicações com cargas variáveis e horas de operação prolongadas. A classificação do gerador deve corresponder ao regime esperado.
O teste com banco de carga simula a demanda elétrica para verificar o desempenho do gerador, incluindo capacidade de saída, regulação de tensão, estabilidade de frequência e comportamento de refrigeração. É especialmente útil durante o comissionamento e a manutenção de rotina, quando a carga real da instalação pode não ser suficiente para o teste.
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