Efficienza e prestazioni degli UPS statici di ultima generazione

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1 Efficienza e prestazioni degli UPS statici di ultima generazione È opinione diffusa che i Resp. delle infrastrutture aziendali si trovino di fronte a un problema che si chiama alimentazione e raffreddamento. UPS 28% Questo sia per ragioni puramente economiche che per rispondere alle richieste di normative e ambiente, che come sappiamo sono sempre più esigenti. In alcuni casi si può addirittura parlare di crisi energetica. Progettazione ed Installazione 6% Secondo diversi studi, infatti, il costo dell'elettricità si è praticamente raddoppiato dal 1994 ad oggi e molti ricercatori si dicono convinti che nei prossimi 3/5 anni tale costo, assieme a quello relativo al raffreddamento degli ambienti di data center, rischia di diventare più alto del costo degli stessi server. Service 20% Elettricità 33% Batterie 13% Fig. 1 TCO UPS 8 anni Ma senza enfatizzare, rimane il fatto che in molte strutture (es. i data center) si riscontra una necessità di espansione, rinnovo o trasferimento per soddisfare esigenze di capacità e operative legate proprio al fattore energetico. Premesso l UPS non è in se una fonte di energia, ma come tutte le apparecchiature elettroniche per svolgere al meglio il suo compito assorbe una certa quantità di energia elettrica, è oggi possibile scegliere prodotti che possono ridurre l impatto negativo sui consumi elettrici. La stragrande maggioranza del parco installato di UPS ha infatti un rendimento non ottimale, in quanto si tratta di UPS installati senza valutare bene il carico effettivo, o vecchi e poco efficienti in quanto installati senza rispettare i dati di progetto originali. E' assolutamente certo che l'impiego di UPS energeticamente migliori, o di adeguata elettronica per comandarli, farebbe risparmiare una quantità di energia notevolissima. Nell'elettronica di potenza (che dissipa diversi kw) si stanno facendo dei miglioramenti importanti nel rendimento. Per esempio, negli UPS trifase e' uscita una nuova generazione di apparecchiature ed un diverso sistema di funzionamento che permette un risparmio energetico rispetto alle precedenti configurazioni e modalita' di funzionamento In particolare sono stati valutati parametri che influenzano il corretto funzionamento degli apparati come, ad esempio, la distorsione armonica, il fattore di potenza, il rendimento complessivo che testimoniano come la progettazione delle nuove apparecchiature si stia orientando verso UPS con elevato rendimento energetico, THD molto basso e PFC unitario per il minimo impatto sulla rete. info@metasystem.it - Soggetta a direzione e coordinamento di NOMOS S.p.A. - Internet: 1

2 PFC e Distorsione Armonica Un elevato fattore di potenza in ingresso (PfC =0.99 già a basso carico es 20%) ed una bassa distorsione armonica (THDi <3%) garantiscono un alto livello di rendimento; questo si traduce in costi contenuti nella gestione dell energia: Più il fattore di potenza si allontana dal valore unitario e più si assorbe potenza reattiva dalla rete con conseguenti maggiorazioni tariffarie da parte del gestore. (=RISPARMIO) Diminuzione delle cadute di tensione con conseguente limitazione nello spreco di energia. (=RISPARMIO) Nessun bisogno di sovradimensionare un eventuale gruppo elettrogeno a monte come succedeva in passato(+30% della potenza nominale dell UPS) nelle applicazioni GE+UPS. (=RISPARMIO) Diminuzione delle perdite sui conduttori a causa della minore intensità di corrente in circolo. Nessun bisogno di implementare nell impianto un sistema di rifasamento. (=RISPARMIO) Inoltre un controllo attento sulla corrente assorbita dalla rete (PFC) permette di ottenere una bassissima distorsione armonica della corrente d ingresso: THDi <3% (=RISPARMIO) La distorsione armonica, causata da carichi non lineari sulle linee di alimentazione provoca che le correnti nell impianto siano maggiori del previsto e contengano componenti armoniche di frequenza. Queste correnti non possono essere misurate con la normale strumentazione portatile degli addetti alle manutenzioni e possono quindi essere seriamente sottostimate. Anche se la corrente è all'interno della capacità del dispositivo di protezione di sovracorrente, i conduttori funzionano a temperature più alte e sprecano energia - in genere 2-3 % del carico. info@metasystem.it - Soggetta a direzione e coordinamento di NOMOS S.p.A. - Internet: 2

3 Rendimento e dimensionamento Gli UPS della linea di ultima generazione pongono particolare attenzione sia all energia prelevata dalla rete che a quella fornita all utenza poiché la prima e misurabile causa degli sprechi di energia è legata proprio al rendimento complessivo del sistema. Scegliere un UPS con un rendimento AC/AC superiore a 93% consente immediatamente di ridurre in maniera significativa i consumi elettrici. Aumentare il rendimento significa ridurre quella parte di potenza che viene assorbita dall UPS ma non erogata al carico e trasmessa all ambiente sottoforma di calore. Minor calore disperso nell ambiente significa ridurre il ricorso a sistemi di aerazione o condizionamento nel luogo dell installazione. Risultato, minori consumi elettrici dell UPS, minori consumi elettrici dell impianto di condizionamento Il rendimento è però anche legato alla percentuale di utilizzo del sistema (ed aumenta all aumentare di questa percentuale) per cui occorre fare molta attenzione nel dimensionamento dell UPS da acquistare, poiché un eventuale sovradimensionamento oltre ad avere costi più elevati comporta anche effetti economicamente negativi sui relativi consumi elettrici. La maggior parte dei sistemi UPS installati è di tipo non modulare e non espandibile, e quindi obbliga al sovradimensionamento iniziale dell impianto per assicurarsi future espansioni (che potrebbero anche non effettuarsi). Dalla nostra esperienza risulta che mediamente gli UPS erogano non più del 50% della loro potenza nominale. Fig. 2 Esempio di UPS sovradimensionato 30,00 25,00 20,00 Potenza UPS AREA DI SPRECO 25,00 20,00 15,00 Potenza UPS AREA DI SRECO 15,00 10,00 5,00 Potenza Utilizzata 10,00 5,00 Potenza Utilizzata - - Anno 1 Anno 2 Anno 3 Anno 4 Anno 5 Anno 6 Anno 7 Anno 8 Anno 1 Anno 2 Anno 3 Anno 4 Anno 5 Anno 6 Anno 7 Anno 8 UPS Non Modulare UPS Modulare Ciò significa che buona parte dell investimento in UPS è stato sprecato. Inoltre utilizzando UPS a percentuali di carico basse si riduce l efficienza del sistema andando ad aggravare i costi energetici. Al contrario i sistemi modulari e espandibili consentono di ottimizzare gli investimenti in UPS adeguandoli alle reali necessità senza precludere future espansioni ed evitando inutili sprechi energetici. info@metasystem.it - Soggetta a direzione e coordinamento di NOMOS S.p.A. - Internet: 3

4 Un caso pratico Analizzeremo qui due sistemi dell'ups per piccoli e medi data center atti a proteggere un carico da 16 kwatt in configurazione ridondante. Questi prodotti rappresentano filosofie di progetto notevolmente differenti. L'impatto di queste filosofie differenti ha effetti su affidabilità e di costo di gestione Il primo sistema è composto da 2 UPS tradizionali da 20 kva progettati per avere costi contenuti ed un alta affidabilità nella costruzione interna che faciliti manutenzione e riparazione. Questi UPS arrivano sul luogo di installazione testati ed assemblati, pronti per essere installati e sono dotati del kit di parallelo. Il secondo sistema è un UPS totalmente modulare e flessibile progettato per permettere di aumentare in qualsiasi momento potenza ed autonomia anche con piccoli incrementi. Questo sistema è composto da un cabinet che accetta fino a 9 moduli da 3,4 kva anche in configurazione ridondante, ed un cabinet che alloggia fino a 16 cassetti batteria facilmente sostituibili dall utente. Questo sistema accetta in ingresso indifferentemente tensioni monofase o trifase ed eroga in uscita indifferentemente tensioni monofase o trifase. Trimod 30kVA N 2 UPS da 20 kva Carico Alimentato 16kW Trimod n 1 UPS da 24 kw Tot 24kW Livello di Ridondanza N+1 Rendimento di Sistema= 0,93 Potenza In 17,20 kw Potenza out 16kW Delta Rendimento 1,20kW Carico Alimentato 16kW UPS n 2 UPS da 16 kw Tot 32kW Livello di Ridondanza N+1 Rendimento di Sistema= 0,87 Potenza In 18,39 kw Potenza out 16kW Delta Rendimento 2,39kW Kva kwatt Kva kwatt UPS UPS Carico Utilizzato 67% 16 Carico Utilizzato 50% 16 0,93 0,87 UPS Lossess KW 1,20 UPS Lossess KW 2,39 Total losses in one year (kwh) Total losses in one year (kwh) UPS Running Cost 1 year UPS Running Cost 1 year UPS Running Cost 5 year UPS Running Cost 5 year UPS Running Cost 8 year UPS Running Cost 8 year Risparmio relativo al delta di rendimento in: 1 anno = anni = anni = info@metasystem.it - Soggetta a direzione e coordinamento di NOMOS S.p.A. - Internet: 4

5 Conclusioni Scopo primario dell UPS è proteggere Ie apparecchiature e i dati; questi sono preziosi. L impatto sui consumi elettrici di un UPS è piuttosto rilevante, in una vita media di 8 anni può incidere per il 33% dei costi complessivi di gestione. Gli UPS di ultima generazione oltre ad offrire protezione ai massimi livelli si preoccupano anche di ridurre I consumi energetici sia per motivi economici che di impatto ambientale. Nella scelta di un nuovo UPS preoccuparsi soprattutto della qualità e delle caratteristiche che possono ridurre il consumi elettrici. Il prezzo dell UPS incide per meno del 30% dei costi di gestione Le soluzioni modulari MetaSystem ad architettura on-demand costituiscono la soluzione ideale per la Business Continuity. info@metasystem.it - Soggetta a direzione e coordinamento di NOMOS S.p.A. - Internet: 5