Dystrybucja energii elektrycznej średniego napięcia w centrach danych

Rosnące zapotrzebowanie centrów danych na energię, zwłaszcza w sektorze kolokacji, stawia nowe wyzwania i wymusza zmiany paradygmatów w projektowaniu instalacji elektrycznych w obiektach. Wdrożenie wewnętrznych sieci dystrybucyjnych średniego napięcia stało się koniecznością, aby uwzględnić zarówno kwestie efektywności, jak i kosztów.

Robi to nowe pytania, takie jak: jaki jest najbardziej odpowiedni poziom napięcia, aby spełnić wymagania dotyczące zrównoważonego rozwoju i efektywności?

Wpływ poziomu napięcia na wewnętrzną dystrybucję

Projektowana moc IT jest funkcją iloczynu napięcia sieciowego w danej lokalizacji i prądu pobieranego z sieci. Zwiększenie poziomu napięcia zmniejsza prąd płynący przez przewody. Z kolei zmniejszenie poziomu napięcia powoduje wzrost prądu płynącego przez przewody. Rozmiar kabli i urządzeń jest bezpośrednio determinowany przez powstały prąd, co z kolei wpływa na koszty instalacji. Ale czy ten wpływ można obliczyć z góry?

Załóżmy uproszczony scenariusz centrum danych o mocy zainstalowanej 15 MW, współczynniku mocy 1 i pojedynczym zasilaczu wejściowym. Przy napięciu sieciowym 11 kV prąd wyniósłby 787 A. Jeśli powtórzymy te obliczenia dla napięcia sieciowego 24 kV, prąd spadnie do około 360 A.

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

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

Wykonując podobne obliczenia do poprzedniego, możemy ustalić, że straty w przewodach można zmniejszyć nawet o 80%, po prostu zwiększając napięcie z 11 kV do 24 kV.

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

Wskaźnik GWP dla średniego napięcia rozdzielnicy

Przed wejściem w życie Rozporządzenia UE 2024/573, rozwiązania GIS z izolacją SF6 były preferowaną opcją przy wyborze rozdzielnic średniego napięcia, zazwyczaj na poziomach napięcia 24 kV i 36 kV. Rozdzielnice z izolacją SF6 zapewniają bezpieczną eksploatację i kompaktowe wymiary w porównaniu z rozdzielnicami hybrydowymi (przełączanie próżniowe i izolacja powietrzna), ale mają istotną wadę 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 nim, ponieważ wyciek będzie miał znaczący wpływ jako gaz cieplarniany, około 23 500 razy wyższy niż ekwiwalent CO2. Co więcej, konieczne jest właściwe postępowanie z tymi aktywami pod koniec ich cyklu życia.

Czynniki te były dotychczas decydujące przy wyborze rozdzielnic, faworyzując rozdzielnice z izolacją powietrzną, a w konsekwencji wpływając na wybór poziomu napięcia.

Stosowanie wyżej wymienionego rozporządzenia, które ogranicza stosowanie gazów dielektrycznych w zależności od poziomu GWP różnych rozwiązań, nie stanowiło zagrożenia, lecz ogromną szansę dla sektora, głównie ze względu na zmianę technologiczną, jaką reprezentuje. Wdrożenie rozporządzenia UE określi nowe limity dla gamy produktów 24 kV od 2026 r. Producenci rozdzielnic prezentują obecnie rozwiązania bez SF6, które dorównują wydajnością tradycyjnym rozdzielniom GIS SF6.

Ta innowacja pozwala nam wykorzystać zalety wyższego poziomu napięcia, takiego jak 24 kV, łącząc jednocześnie zalety rozdzielnic GIS z wadami technologii SF6.

W Ormazabal opracowaliśmy rozwiązania wykorzystujące naturalne powietrze przemysłowe i bez gazów fluorowanych, gwarantując wysoką wydajność, niezawodność i bezpieczeństwo. Dzięki temu operatorzy mogą wdrażać nasze rozwiązania z „zerową niepewnością” dotyczącą kwestii środowiskowych, zdrowotnych lub bezpieczeństwa, jednocześnie przestrzegając europejskich przepisów dotyczących gazów fluorowanych i celów neutralności klimatycznej.

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

Wnioski

Rosnące zapotrzebowanie na energię centrów danych i konieczność priorytetowego traktowania zrównoważonego rozwoju sugerują potrzebę podniesienia napięcia na słupku w podstacjach do około 24 kV.

Zwiększenie poziomu napięcia z 11 kV do 24 kV może zmniejszyć straty nawet o 80%.

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

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

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