UPS rotanti totalmente flessibili ad elevata efficienza energetica

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1 SEMINARIO Soluzioni per un moderno Data Center Piccole e grandi centrali termo-frigorifere Sala Multimediale di TeleLiguriaSud La Spezia, 04 luglio

2 UPS rotanti totalmente flessibili ad elevata efficienza energetica Ing. Lanfranco Pedrotti Piller Italia srl 2

3 Presentazione azienda Dal 1909 Piller produce macchine elettriche con particolare attenzione a qualità e affidabilità. Piller Power Systems GmbH Osterode / Germania appartiene al Gruppo inglese Langley Holdings plc. 3

4 Prodotti Gruppi rotanti di continuità fino a 2500 kva: - a batteria; con volano; con diesel integrato. Gruppi statici di continuità Commutatori statici Sistemi di alimentazione aeroportuali a 400 Hz Convertitori di frequenza 50/60 Hz Sistemi di alimentazione per applicazioni militari 4

5 Servizi Studi di fattibilità Supporto tecnico Posa in opera Commissioning/training operatore Prove di funzionamento Manutenzione e riparazione Diagnosi e ricerca guasti Diagnostica e supporti remoti Noleggio UPS rotanti e Banchi di carico 5

6 Piller Italia Parliamo di Paradigmi un esempio 6

7 Piller Italia Parliamo di Paradigmi un esempio 7

8 Piller Italia Parliamo di Paradigmi Se la vista ci può ingannare figuratevi le nostre idee e le nostre convinzioni 8

9 Piller Italia I paradigmi nella continuità elettrica A) Conosco gli UPS statici a batteria con gruppo elettrogeno, perché cambiare? B) Gli UPS rotanti sono gruppi elettrogeni con il volano! C) Mi hanno detto che gli UPS rotanti sono costosi, perché utilizzarli? ESPLORIAMO INSIEME UN NUOVO MONDO 9

10 Piller Italia Sistemi UPS statici Sistemi UPS rotanti Onda sinusoidale artificiale generata da dispositivi elettronici di potenza, IGBT (transistor) Potenza unitaria fino a 500/600 kva. Onda sinusoidale naturale generata da una macchina sincrona trifase V f x φ Potenza unitaria fino a 2500 kva. Paradigma A) 10

11 UPS Piller: UNIBLOCK Cuore del Sistema Cosa è UNIBLOCK: Macchina Sincrona Trifase con doppio avvolgimento statorico 11

12 UNIBLOCK: l evoluzione costruttiva Motore Generatore Tecnologia standard fino agli anni 80 Motore di lancio Avvolgimento motore Avvolgimento generatore Ventola Macchina compatta mono - rotore progettata da Piller nell anno 1981 Eccitatrice Raddrizzatore rotante Unica macchina elettrica estremamente affidabile comprendente motore e generatore 12

13 UNIBLOCK è un filtro per le armoniche La gabbia di smorzamento annulla gli effetti dei campi magnetici rotanti prodotti dalle correnti armoniche. Attenuazione delle armoniche fino al 99% Assenza di condensatori 13

14 Durante un corto circuito:? I cc - Carico NON protetto - Selettività protezioni:? In assenza di rete o con gruppo elettrogeno, una corrente fino a 3 volte la corrente nominale NON è sufficiente a garantire l intervento tempestivo delle protezioni e il distacco dell utenza I cc - Carico SEMPRE protetto - Selettività protezioni: SEMPRE garantita Una corrente fino a 14 volte la corrente nominale garantisce l intervento tempestivo delle protezioni, in QUALSIASI condizione, anche in assenza rete o con gruppo elettrogeno 14

15 Raffreddamento Ventilatore integrato Un UNICO ventilatore montato sul rotore della macchina Uniblock raffredda il sistema, senza la necessità di elettroventilatori elettrici ausiliari Temperatura max: 40 C Media giornaliera: 35 C No Condizionamento 15

16 Modularità Quadro comando e controllo Uniblock Powerbridge Batterie Motore diesel 16

17 Powerbridge Magnete di trazione Cuscinetto superiore Eccitazione senza spazzole TAGLIE: 6 MJ 16 MJ 21 MJ 45 MJ Macchina sincrona principale Volano Cuscinetto inferiore 17

18 Sistemi di accumulo Batteria o Volano? Accumulo chimico Accumulo cinetico Temp. ambiente 20 C 0-40 C Spazio occupato Vita attesa n x m² 10 anni 1,5 m² 20 anni Taglie: 6, 16, 21, 45 MJ Riciclo si (>98%) si (>99 %) Range autonomia Da min. a ore Da sec. a min. 18

19 UBT : UPS con Batteria Collegamento semplice alla batteria di uno dei due avvolgimenti statorici Trasferimento energia tramite inverter a tiristori Contenuto energetico modificabile cambiando il numero di celle batteria Ridondanza tramite paralleli di batteria Paradigma B 19

20 UBT : UPS con Volano Accumulo energetico tramite un volano ad asse verticale Volano libero di ruotare La sua velocità determina l energia accumulata Trasferimento di energia attraverso un convertitore a tiristori Solo 2 cuscinetti Sistema compatto Spazio ridotto Possibilità parallelo volani Accumulo fino a 45 MJ 20

21 UBT : UPS con Volano Powerbridge Convertitore di frequenza Macchina Uniblock Pannello comandi Interruttori Rete, uscita e bypass 21

22 UBT con Genset esterno DeRUPS Genset a monte Genset a valle 22

23 UBT con Genset esterno DeRUPS Potenza Attiva Potenza Reattiva M/G Uniblock Batteria Powerbridge (volano) 23

24 UBT con Genset esterno DeRUPS Potenza di bilanciamento Potenza principale G Powerbridge M G Uniblock Controllo 24 24

25 UBT con Genset esterno DeRUPS Frequenza ±1 % Potenza Energia erogata dal RUPS Energia assorbita dal RUPS Tempo Carico Genset power 0 Potenza RUPS Tempo 25 25

26 UBT con Genset esterno DeRUPS Risposta al gradino del 50% di un Genset senza UBT Risposta al gradino del 50% di un Genset supportato da un UBT con volano 26 26

27 UBTD : UPS con Diesel integrato e Batteria o Volano (DUPS) Con Batteria Maggiore autonomia Riduzione avviamenti diesel Il carico viene trasferito in maniera soft al diesel Risparmio carburante Con Volano Il volano permette un adeguato ritardo nell avviamento del diesel Accoppiamento tra diesel e generatore con giunto a ruota libera Risparmio spazi occupati Breve tempo di ricarica max 2 minuti 27

28 UBTD : Parte Diesel Quadro controllo motore Motogeneratore Piller UNIBLOCK Accoppiamento elastico Motore Diesel Supporti elastici antivibranti Giunto meccanico a sorpasso (ruota libera) Basamento 28

29 UBTD : Parte Volano e quadro Powerbridge Convertitore di frequenza Pannello comandi Reattanza Interruttori Rete, uscita e bypass 29

30 UBTD : Layout finale 30

31 Confronto economico tra UPS rotanti e statici nel TCO Confronto economico tra le due tecnologie, nel: a) Tempo: ciclo di vita dell impianto (15 anni) b) Spazio: stesse condizioni al contorno (locali+ups+accumulo+ge+condiz.) considerando che il Costo totale nel ciclo di vita (TCO) è pari a: TCO = Ci + Co + Cf Ci = Costo investimento iniziale (CAPEX) Co= Costi operativi di funzionamento (OPEX): Cg + Cm + Cs Cf = Costi finanziari (costo del denaro/inflazione + costo spazi) Paradigma C) 31

32 Confronto economico tra UPS rotanti e statici DATI DI PROGETTO Potenza del Data Center Potenza specifica Superficie Data Hall kw W/mq mq Numero stanze 10 Superficie media stanza Potenza per ogni stanza Costo energia Classificazione 170 mq 255 kw/stanza 0,15 Euro/kWh TIER IV 32

33 Confronto economico tra UPS rotanti e statici IMPIANTO ELETTRICO Continuità Accumulo energia SOLUZIONE TRADIZIONALE UPS statico ad alta efficienza, funzionamento in doppia conversione Batterie a vaso aperto, autonomia dieci minuti, monitoraggio batterie SOLUZIONE INNOVATIVA UPS rotante con motore Diesel in container Accumulo energia cinetica, volano Powerbridge IMPIANTO TERMOFLUIDICO Produzione freddo Chillers convenzionali Chillers con sezione di FREE-COOLING Condizionatori di precisione condizionatori CW con doppia batteria con ventilatori AC e valvole H2O a 3 vie condizionatori CW con doppia batteria con ventilatori EC (inverter), valvole H2O a 2 vie Aria entrante Temperatura in/out H2O refrigerata 24 C/50% Rh 7/12 C 32 C/30% Rh 15/20 C 33

34 Soluzione tradizionale: UPS statico 34

35 Soluzione innovativa: UPS rotante 35

36 UPS statico Vs UPS rotante GRUPPO ELETTROGENO CON RELATIVO LOCALE O CONTAINER QUADRO COMMUTAZIONE E/ O PARALLELO UPS STATICI CONDIZIONATORI UPS UPS CON ACCUMULO INERZIALE E MOTORE DIESEL POSTO IN CONTAINER SENZA NECESSITA DI CONDIZIONAMENTO (SOLO VENTILAZIONE) BATTERIE CON RELATIVO LOCALE CONDIZIONAMENTO E VENTILAZIONE LOCALI BATTERIE 36

37 Confronto economico tra UPS rotanti e statici CONFRONTO INGOMBRI IMPIANTISTICI SOLUZIONE TRADIZIONALE SOLUZIONE INNOVATIVA DESCRIZIONE m 2 m 2 Consegna Media Tensione Cabina trasformazione Quadri principali di distribuzione Quadri parallelo GE 100 UPS Batterie (vaso aperto autonomia 10') 700 Gruppi elettrogeni 700 Gruppi frigo Corridoi / cavedi (25-30%) Altri locali invariati tra le due soluzioni Superficie IT compreso spazi accessori Totale superfici Risparmio superfici Risparmio superfici percentuale 23% 37

38 Confronto economico tra UPS rotanti e statici DESCRIZIONE SOLUZIONE TRADIZIONALE SOLUZIONE INNOVATIVA Carico CED 100% 100% Carico UPS (2N - TIER IV 90%) 45% 45% Rendimento UPS 95 94,35 Perdite complessive di tutti gli UPS [kwe] Energia elettrica dissipata dall'ups [MWhe/anno] Perdite Accumulo energetico [kwe] 2,20 0 Energia elettrica dissipata dall'accumulo energetico [MWhe/anno] 19 0 Energia elettrica per condizionamento loc. UPS [MWhe/anno] 387,1 0 Energia elettrica consumata per la ventilazione container [MWhe/anno] 0 9 Energia elettrica utilizzata per condizionamento (riscaldamento raffrescamento) locale batteria (ventilazione naturale/forzata temp C) e relativa ventilazione [MWhe/anno] Totale energia elettrica dissipata o utilizzata per conzionamento perdite MWhe/anno] Costo totale energia elettrica dissipata o utilizzata per conzionamento perdite [euro/anno] , ,55 Risparmio economico annuo ,28 DATI UTILIZZATI Costo energia elettrica [euro/kwh] Potenza nominale CED [kw] 0, COP medio annuo centrale frigo, compreso ventilazione e pompe 2,89 6,98 38

39 Confronto economico tra UPS rotanti e statici COSTI DI INSTALLAZIONE INIZIALI SOLUZIONE TRADIZIONALE SOLUZIONE INNOVATIVA Cabine elettriche mt di trasformazione , ,00 Maggior onere quadro di parallelo GE, quadro UPS, quota parte distribuzione ,00 N UPS rotanti da 1500/900 kw con n.4 serbatoi litri ,00 n. 3+3 UPS 1000kW con batterie a vaso aperto autonomia 10' e monitoraggio batterie ,00 n. 2+2 UPS 200kVA con batterie a vaso aperto autonomia 10' e monitoraggio batterie ,00 n. 3+3 GE 2000kW con n. 6 serbatoi da litri ,00 Condizionamento locale UPS e batterie ,00 TOTALE , ,00 Maggior onere spazi (1.867 mq x euro/mq) ,00 TOTALE , ,00 COSTI PER MANUTENZIONE STRAORDINARIA Sostituzione cuscinetti (10 anno) Sostituzione batterie (10 anno) Sostituzione condensatori e ventilatori (7 anno) SOLUZIONE TRADIZIONALE , ,00 SOLUZIONE INNOVATIVA ,00 COSTI PER GESTIONE ANNUA SOLUZIONE SOLUZIONE TRADIZIONALE INNOVATIVA Costo per perdite energetiche e condizionamento , ,55 39

40 Confronto economico tra UPS rotanti e statici 40

41 UBT con Genset esterni DeRUPS Rete D G D G D G M/G M/G M/G M/G G G G G Bypass Carichi 41

42 UBT con Genset esterni DeRUPS Rete M/G M/G M/G M/G G D G D G D G D G G G G Carichi 42

43 Parallelo Isolato (IP-System) con UBT e Gensets esterni DeRUPS Fino a 20 MW rimanendo in bassa tensione M/G D G M/G D G G G Carichi critici Carichi Short-Break 43

44 UBTD con Diesel e Volano (DUPS) Rete D M/G D M/G D M/G D M/G G G G G Carichi 44

45 UPS rotanti in Media Tensione Reattanza Quadro MT Transformatore Powerbridge Uniblock e motore diesel 45

46 Stabilizzazione delle Smart Grid Stabilizza tensione e frequenza durante il funzionamento in isola. Rete Parco eolico Parco fotovoltaico Carico UNIBLOCK UBT PCD Motori a Gas, turbine, etc. 46

47 Case study OBIETTIVI: Riqualificazione impianto cracking polimeri Avviamento diretto pompe di processo critico Miglioramento affidabilità del sistema VINCOLI Installazione all aperto (T = 45 C) Spazio limitato Manutenzione separata UPS e genset ogni 15 mesi SOLUZIONE (DeRUPS) UBT1670 con volano da 16,5 MJ n.1 x Gruppo elettrogeno da 1000 kva a VALLE dell UPS 47

48 Case study Schema elettrico (DeRUPS) 48

49 Case study Layout container mm mm 49

50 Case study Layout installazione 9 m 16 m 50

51 Case study 51

52 Case study OBIETTIVI: Riqualificazione rete MT/BT Ampliamento CED Miglioramento efficienza energetica Miglioramento affidabilità del sistema VINCOLI Locali tecnici esistenti Spazio limitato Utilizzo di gruppi elettrogeni e batterie esistenti Installazione durante funzionamento CED SOLUZIONE UBT625 con volano da 16,5 MJ UBT625 con batterie esistenti n.2 x commutatori statici da 1000 A 52

53 Case study Schema elettrico: prima della riqualificazione 53

54 Case study Schema elettrico: dopo la riqualificazione 54

55 Case study Layout locali 8,5 m 6,5 m 55

56 Case study Foto UBT 625 a batteria 56

57 Case study Foto UBT 625 con volano da 16,5 MJ 57

58 Conclusioni. i nuovi paradigmi La soluzione con UPS rotanti nei Data Center: migliora la qualità dell energia è flessibile per l utilizzo di diversi tipi di accumulo garantisce una alta affidabilità dell impianto non richiede il condizionamento riduce gli spazi occupati minor costo nel Ciclo di Vita dell impianto riduce il PUE del data center 58

59 Piller Italia srl Grazie per la Vostra attenzione V.le Colleoni Agrate Brianza (MB) Tel ; Fax Sito: