Dystrybucja energii elektrycznej średniego napięcia w centrach danych

Rosnące zapotrzebowanie na energię w centrach danych, szczególnie w sektorze kolokacji, przyniosło nowe wyzwania i zmiany w projektowaniu instalacji elektrycznych. Konieczne stało się wdrożenie wewnętrznych sieci dystrybucyjnych średniego napięcia, aby sprostać zarówno wyzwaniom efektywności, jak i kosztów.

Fakt ten rodzi nowe pytania, np. jakie napięcie jest najbardziej odpowiednie, aby spełnić wymogi zrównoważonego rozwoju i efektywności.

Wpływ poziomu napięcia na dystrybucję wewnętrzną

Projektowana moc IT jest funkcją iloczynu napięcia sieciowego na obiekcie i prądu pobieranego z sieci. Zwiększenie poziomu napięcia zmniejsza prąd płynący przez przewody. I odwrotnie, obniżenie poziomu napięcia powoduje wzrost prądu płynącego przez przewody. Rozmiar kabli i urządzeń jest bezpośrednio determinowany przez prąd, co z kolei wpływa na koszty instalacji. Ale czy ten wpływ można oszacować z wyprzedzeniem?

Załóżmy w uproszczonym scenariuszu, że mamy centrum danych o mocy zainstalowanej 15 MW, współczynniku mocy 1 i pojedynczym zasilaniu. Przy napięciu sieci 11 kV prąd będzie miał wartość 787 A. Jeśli powtórzymy to obliczenie dla napięcia sieci 24 kV, prąd spadnie do około 360 A.

Wzrost napięcia sieciowego zmniejsza prąd płynący przez zasilacz do około 45% tego, jaki byłby przy tym samym poziomie mocy i niższym poziomie napięcia. Zakładając liniowe i stałe obciążenia, możemy ekstrapolować ten wynik na wiele zasilaczy i odbiorników.

Ponadto, z perspektywy strat w przewodnikach, wiemy, że zależą one od materiału, z którego są wykonane i są proporcjonalne do kwadratu natężenia prądu przez nie płynącego. Oznacza to, że straty rosną wykładniczo wraz z liniowym wzrostem natężenia prądu.

Wykonując podobne obliczenia jak poprzednio, możemy ustalić, że straty w przewodniku można zmniejszyć nawet o 80%, po prostu podnosząc poziom napięcia z 11 kV do 24 kV.

Z perspektywy kosztów zwiększenie poziomu napięcia nie tylko pomaga uniknąć strat i poprawić wydajność (OPEX), ale także zmniejsza rozmiar przewodów, co przekłada się na oszczędności na etapie budowy (CAPEX).

Wskaźnik GWP rozdzielnic średniego napięcia

Przed wejściem w życie Rozporządzenia UE 2024/573, rozwiązania GIS z izolacją SF6 były najlepszym wyborem przy wyborze rozdzielnic średniego napięcia, zazwyczaj o napięciu 24 kV i 36 kV. Rozdzielnice z izolacją SF6 zapewniają bezpieczną eksploatację i kompaktowe wymiary w porównaniu z rozdzielnicami hybrydowymi (przełączanie próżniowe z izolacją powietrzną), ale wiążą się z istotną wadą w postaci wysokiego potencjału tworzenia efektu cieplarnianego (GWP) gazu SF6. Chociaż tego typu urządzenia uszczelniają gaz wewnątrz zbiornika, należy zachować ostrożność podczas obchodzenia się z nimi, ponieważ wyciek będzie miał znaczący wpływ jako gaz cieplarniany, około 23 500 razy większy niż ekwiwalent CO2. Ponadto konieczne jest prawidłowe przetwarzanie tych aktywów po zakończeniu ich cyklu życia.

Czynniki te odgrywały dotychczas decydującą rolę przy wyborze rozdzielnic, faworyzując rozdzielnice z izolacją powietrzną, co w konsekwencji wpływało na wybór poziomu napięcia.

Wdrożenie wspomnianego rozporządzenia, które ogranicza stosowanie gazów dielektrycznych w zależności od poziomu GWP różnych rozwiązań, nie stanowiło zagrożenia, lecz ogromną szansę dla sektora, przede wszystkim ze względu na rewolucję technologiczną, jaką reprezentuje. Wdrożenie rozporządzenia UE wyznaczy nowe granice dla gamy produktów 24 kV od 2026 roku. Producenci rozdzielnic prezentują obecnie rozwiązania bez SF6, które dorównują wydajnością tradycyjnym rozdzielniom GIS z SF6.

Dzięki tej innowacji możemy cieszyć się korzyściami wyższego poziomu napięcia, np. 24 kV, łącząc zalety rozdzielnic GIS z wadami technologii SF6.

W Ormazabal opracowaliśmy rozwiązania wykorzystujące naturalne powietrze przemysłowe i bez gazów fluorowanych, co zapewnia wysoką wydajność, niezawodność i bezpieczeństwo. Dzięki temu operatorzy mogą wdrażać nasze rozwiązania z…„zero niepewności”biorąc pod uwagę kwestie związane z ochroną środowiska, zdrowiem i bezpieczeństwem, przy jednoczesnym przestrzeganiu europejskich przepisów dotyczących gazów fluorowanych i celów neutralności klimatycznej.

Dzięki tym innowacjom wprowadzamy na rynek produkty, które umożliwiają zrównoważoną transformację sieci elektroenergetycznych, ułatwiając integrację odnawialnych źródeł energii i elektryfikację społeczeństwa, wzmacniając tym samym nasze zaangażowanie w przewodzenie transformacji sieci w kierunku przyszłości wolnej od SF6.

Wnioski

Rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną ze strony centrów danych oraz konieczność priorytetowego traktowania kwestii zrównoważonego rozwoju wskazują na konieczność podniesienia poziomu napięcia w stacjach elektroenergetycznych do około 24 kV.

Podniesienie poziomu napięcia z 11 kV do 24 kV może skutkować redukcją strat nawet o 80%.

Do tej pory wysokie poziomy napięcia wymagały rozdzielnic GIS z izolacją SF6, gdyż rozdzielnice z izolacją powietrzną (przełączanie próżniowe) były duże, trudne w konserwacji i stwarzały ryzyko operacyjne.

Podniesienie poziomu napięcia pozwala również na optymalizację rozmiaru przewodnika, co przekłada się na oszczędności kosztów.

Od 2026 roku Ormazabal będzie wprowadzał na rynek swój produkt bez SF6 o napięciu do 24 kV, przeznaczony zarówno do dystrybucji pierwotnej, jak i wtórnej, o współczynniku GWP<1, który łączy w sobie zalety obu rozwiązań: redukcję strat poprzez podniesienie poziomu napięcia bez wad rozdzielnic izolowanych SF6.