So wählen Sie den geeigneten Stromgenerator für die Notstromversorgung eines Rechenzentrums aus

Grundlegendes zu kritischen Stromanforderungen für die Verfügbarkeit von Rechenzentren

Die Rolle von Stromgeneratoren bei der Aufrechterhaltung des kontinuierlichen Betriebs von Rechenzentren

Generatoren dienen als letzte Sicherheitsstufe, wenn im Betrieb Probleme auftreten, und überbrücken die Zeit zwischen dem Ausfall des öffentlichen Stromnetzes und dem Zeitpunkt, zu dem die USV-Batterien leer sind. Die Zahlen des Uptime Institute aus ihrem Bericht von 2024 verdeutlichen, wie kritisch dies ist. Stromprobleme waren für die Hälfte aller schweren Datenzentrum-Ausfälle verantwortlich, die sie untersucht haben. Und bei längeren Ausfällen, die sich über mehr als vier Stunden erstrecken, können allein die Strafen aufgrund von Servicelevelvereinbarungen Unternehmen über 740.000 Dollar kosten. Moderne Generatorsysteme funktionieren am besten in Kombination mit automatischen Umschaltstellen (ATS). Diese Systeme schalten normalerweise innerhalb von zehn Sekunden um, wodurch der Betrieb auch während längerer Stromausfälle des Versorgungsunternehmens reibungslos weiterlaufen kann.

Auswirkungen ungeplanter Ausfälle auf die Dienstverfügbarkeit und SLAs

Wenn Systeme unerwartet ausfallen, stehen Unternehmen vor ernsthaften finanziellen Problemen. Bei einigen großen Rechenzentren stiegen die Kosten während solcher Vorfälle um über eine Million Dollar pro Stunde. Laut einer Studie des Uptime Institute aus dem vergangenen Jahr ereigneten sich fast die Hälfte (etwa 42 %) aller Serviceunterbrechungen, weil die Notstromversorgung nicht ordnungsgemäß funktionierte. Meistens lag dies entweder daran, dass die Generatoren für die erforderliche Last zu klein waren oder dass Probleme bei der richtigen Kraftstoffzufuhr auftraten. Für Unternehmen, die die extrem strengen Verfügbarkeitsziele von 99,999 % anstreben, reicht es nicht aus, nur den Normalbetrieb zu planen. Sie müssen auch vorausschauen und berücksichtigen, was passiert, wenn mehrere Komponenten gleichzeitig ausfallen.

Uptime Institute Tier-Standards und deren Einfluss auf die Generatorauswahl

Für zertifizierte Einrichtungen der Stufe III und IV besteht die Notwendigkeit einer N+1- oder 2N-Generator-Redundanz sowie eines vor Ort gespeicherten Kraftstoffvorrats von mindestens 72 Stunden, wenn es um betriebskritische Anwendungen geht. Der Tier-IV-Standard geht noch einen Schritt weiter und verlangt aufgrund seines fehlertoleranten Ansatzes zwei vollständig separate Generatorsysteme, die auch bei Ausfall einer Komponente den Betrieb mit voller Kapazität aufrechterhalten können. Obwohl diese Spezifikationen die Kosten im Vergleich zu einfachen Einrichtungen ohne solche Zertifizierungen um etwa 34 % erhöhen, bieten sie gleichzeitig etwas Bemerkenswertes: eine beeindruckende Verfügbarkeit von 99,982 % über das ganze Jahr. Diese Zuverlässigkeit macht einen entscheidenden Unterschied für Cloud-Dienstleister und Betreiber von Rechenzentren, die auf einem heutigen Markt agieren, auf dem Ausfallzeiten nicht mehr akzeptabel sind.

Die richtige Art des Notstromgenerators wählen: Standby-, Prime- und Continuous-Bewertung

Unterschiede zwischen Primär-, Standby- und kontinuierlich betriebenen Generatorsystemen

Bei Rechenzentren ist die richtige Stromversorgung von großer Bedeutung. Standby-Generatoren dienen als Backup-Systeme, wenn etwas schiefgeht, und sind eigentlich nur für gelegentliche Einsätze vorgesehen, maximal etwa 500 Stunden pro Jahr. Dann gibt es primär ausgelegte Geräte, die wechselnde Lastprofile über einen längeren Zeitraum bewältigen und sich besonders gut dort eignen, wo die Stromversorgung nicht immer zuverlässig ist. Diese können Schwankungen besser verkraften als die meisten anderen Optionen. Dauerbetriebs-Generatoren laufen hingegen jeden Tag durchgehend mit voller Leistung, oft in Produktionsumgebungen anzutreffen, in denen der Betrieb niemals unterbrochen wird. Diese Modelle können jedoch unerwartete Lastspitzen nicht so gut bewältigen wie primär ausgelegte Varianten. Die Wahl zwischen ihnen hängt daher davon ab, welchen Grad an Laststabilität unsere Einrichtungen benötigen.

Passende Generatorart gemäß den betrieblichen Anforderungen des Rechenzentrums

Die meisten Rechenzentren setzen auf Notstromaggregate in Kombination mit USV-Systemen, um die Redundanzanforderungen der Stufen III/IV zu erfüllen. In Gebieten mit häufigen Spannungseinbrüchen werden zunehmend Hybrid-Anlagen mit Dauerbetriebs-Generatoren eingesetzt, bei denen längere Laufzeiten und eine flexiblere Lastabdeckung den höheren Wartungsaufwand rechtfertigen.

DCP-Leistungsbezeichnung (Data Center Power) im Vergleich zu anderen Leistungsbezeichnungen in der Praxis

Der Data Center Power- oder DCP-Standard wurde speziell für Infrastrukturen entwickelt, die Ausfallzeiten nicht verkraften können. Er beinhaltet Funktionen wie parallele Redundanz, bei der mehrere Systeme gleichzeitig laufen, sowie 2N-Architekturen, was im Grunde bedeutet, dass für jeden einzelnen Bauteil Ersatzkomponenten vorhanden sind. Die meisten Menschen kennen die ISO-8528-Normen, die besagen, dass Primärstrom in der Lage ist, unbestimmte Zeit variierende Lasten zu bewältigen. Was zeichnet DCP jedoch aus? Diese zertifizierten Generatoren verfügen über zusätzliche Merkmale wie leistungsstärkere Abgassysteme und spezielle seismische Verstrebungen. Außerdem müssen sie die Anforderungen nach TIA-942 erfüllen – etwas, das bei regulären Spezifikationen im Zusammenhang mit der Zuverlässigkeit von Rechenzentren oft übersehen wird.

Korrekte Dimensionierung Ihres Notstromgenerators für aktuelle und zukünftige Lasten

Generatorbemessung für Rechenzentren unter Verwendung realer Lastprofile

Die richtige Generatorgröße zu ermitteln, geht nicht allein um das Raten von Zahlen auf dem Papier. Am wichtigsten ist die tatsächliche Verbrauchsdaten aus dem realen Betrieb, um die geeignete Generatorleistung festzulegen. Untersuchen Sie, wie sich der Stromverbrauch über verschiedene Jahreszeiten hinweg verändert, insbesondere in jenen Momenten, in denen alle Server gleichzeitig hochfahren. Diese Anlaufspitzen können den Bedarf manchmal um 30 bis 40 Prozent erhöhen. Der beste Ansatz? Installieren Sie fortschrittliche Überwachungsgeräte, die den Verbrauch alle 15 Minuten erfassen. Dadurch erhalten Ingenieure reale Lastprofile, mit denen sie arbeiten können, anstatt Annahmen treffen zu müssen. Mit diesen detaillierten Informationen können genaue Verbrauchsprofile erstellt werden, die helfen, einerseits zu hohe Kosten für einen überdimensionierten Generator zu vermeiden und andererseits das Risiko eines Systemausfalls durch einen zu kleinen Generator auszuschließen.

Berücksichtigung der Spitzenlast, Redundanz und geplanter Erweiterung

Bei der Planung von Notstromsystemen ist es wichtig, dass diese bestehende Redundanzkonfigurationen wie N+1 oder 2N berücksichtigen und gleichzeitig Spielraum für ein Wachstum innerhalb von etwa fünf bis sieben Jahren bieten. Die meisten erfahrenen Fachleute im Bereich planen in der Regel rund 20 bis 25 Prozent zusätzliche Kapazität ein, falls sich ihre Betriebsabläufe unerwartet ausweiten. Zudem bauen sie typischerweise eine Sicherheitsreserve von 1,5 zu 1 über die bisher erfassten Spitzenlasten hinaus ein. Betrachten Sie als Beispiel ein typisches 2-Megawatt-Rechenzentrum in der Praxis. Eine solche Anlage würde oft Generatoren installieren, die eine Leistung von 3 Megawatt bewältigen können. Dadurch erhält man Flexibilität beim späteren Hinzufügen neuer Racks und erfüllt alle aufwändigen Redundanzanforderungen, ohne später ständig nachrüsten zu müssen.

Fallstudie: Dimensionierung eines Notstromgenerators für ein Tier-III-Rechenzentrum

Ein Rechenzentrum in Boston hat kürzlich die Stufe III erreicht, was bedeutet, dass die Notstromsysteme auch bei Wartungsarbeiten weiterlaufen müssen. Die alten 4-Megawatt-Dieselfgeneratoren konnten die Last nicht bewältigen, wenn gleichzeitig die Kühlsysteme ansprangen und die Server gleichzeitig neu starteten. Nach sorgfältiger Prüfung aller Zahlen stellten die Ingenieure fest, dass sechs Komma zwei Megawatt am besten für sie geeignet waren. Sie installierten vier separate 1,55-Megawatt-Einheiten, die automatisch zusammenarbeiten, um die Last zu verteilen. Diese Konfiguration deckt etwa das Eineinhalbfache des normalen Verbrauchs ab und bietet zusätzlich Platz für zukünftige Erweiterungen, da ein zusätzlicher Puffer von fünfzehn Prozent bereits eingerechnet ist.

Unterdimensionierung vermeiden: Folgen und Sanierungsstrategien

Unterdimensionierte Generatoren sind für 43 % der Ausfallzeiten in Rechenzentren verantwortlich, die auf Stromausfälle der Notstromversorgung zurückzuführen sind (Uptime Institute 2023). Warnsignale hierfür sind wiederholte Überlastalarme und verzögerte Reaktionen der Umschaltrelais. Effektive Gegenmaßnahmen beinhalten:

• Einsatz von modularen Generatorsystemen, die stufenweise skaliert werden können
• Einführung von Lastabwurfprotokollen für nicht essentielle Geräte
• Nachrüstung von Einheiten mit transienten Spannungsstabilisatoren zur Steuerung von Überspannungsströmen

Jährliche Prüfung mit Lastbanken ist entscheidend, um die Leistung unter simulierten Spitzenbedingungen zu überprüfen.

Kraftstoffauswahl und Systemautonomie für zuverlässigen Langzeitbetrieb

Vergleich von Diesel-, Erdgas- und Dual-Fuel-Generatorsystemen

Die meisten Stromerzeuger stützen sich heutzutage auf drei Hauptkraftstoffe: Diesel, Erdgas und hybride Systeme, sogenannte Dual-Fuel-Systeme. Diesel war schon immer beliebt, da er viel Energie in kleinen Tanks speichert und auch bei längeren Stromausfällen weiterläuft. Der Nachteil? Die örtlichen Behörden sind oft sehr streng, was Ort und Menge der vor Ort gelagerten Vorräte betrifft. Erdgas verbrennt sauberer als Diesel und fließt kontinuierlich durch unterirdische Leitungen – was großartig ist, bis etwas diese Leitungen beschädigt. Stürme, Unfälle, Wartungsarbeiten – all dies kann die Versorgung unterbrechen. Deshalb setzen viele Anlagen heute auf Dual-Fuel-Technologie. Diese Systeme haben im Grunde eingebaute Notfallpläne: Sie wechseln automatisch zu dem verfügbaren Kraftstoff, wenn einer der beiden Typen ausgeht oder blockiert wird. Das macht Sinn für Einrichtungen, die keinerlei Ausfallzeiten verkraften können.

Auswahl der Kraftstoffquelle und Systemautonomie bei längeren Ausfällen

Die Autonomie des Systems, also die Fähigkeit, ohne Nachfüllung zu laufen, ist bei mehrtägigen Stromausfällen entscheidend. Die kompakte Energiespeicherung von Diesel ermöglicht einen Betrieb von 48 bis 96 Stunden, während Erdgas auf eine unterbrechungsfreie Versorgung durch die Pipeline angewiesen ist. Für sicherheitskritische Standorte werden Dual-Fuel-Systeme bevorzugt, da sie eine Ausfallsicherheit bieten, wenn die primäre Kraftstoffversorgung beeinträchtigt ist.

Anforderungen an die vor Ort befindliche Kraftstofflagerung und Nachfülllogistik

Bei der Lagerung von Kraftstoff vor Ort sind mehrere wichtige Faktoren zu beachten. Zunächst einmal sind korrosionsbeständige Tanks absolut unerlässlich. Ebenso wichtig ist die regelmäßige Behandlung mit Bioziden, um zu verhindern, dass lästige Mikroorganismen den Kraftstoff verunreinigen. Und vergessen Sie nicht, den Kraftstoffvorrat regelmäßig zu wechseln, um sicherzustellen, dass er langfristig verwendbar bleibt. Was die Anforderungen an die Lagerdauer betrifft, so sieht NFPA 110 in der Regel eine Menge von 12 bis 24 Stunden Diesel für Notstromsysteme vor. Die meisten Einrichtungen der Kategorien Tier III und IV gehen jedoch oft deutlich weiter und halten häufig Reserven für 3 bis 4 volle Tage bereit. Bei der Planung von Nachlieferungen spielt der Standort eine entscheidende Rolle. Gebiete, die anfällig für Überschwemmungen sind, können die Art der installierbaren unterirdischen Tanks stark einschränken. Erfahrene Betreiber stellen außerdem sicher, dass sie solide Vereinbarungen mit ihren Lieferanten getroffen haben, um im Falle von Stürmen oder anderen regionalen Krisen Vorrang bei Lieferungen zu erhalten.

Sicherstellung von Redundanz, Integration und Compliance im Backup-Stromversorgungsdesign

N+1- und 2N-Redundanzmodelle in der Backup-Stromarchitektur

Die Einbindung von Redundanz in Backup-Stromversorgungssysteme hilft dabei, jene lästigen Einzelpunkt-Ausfälle zu vermeiden, die wir alle fürchten. Beim N+1-Ansatz steht beispielsweise ein zusätzlicher Generator bereit, falls eine Einheit ausfällt. Diese Konfiguration ist heutzutage in Rechenzentren der Stufe Tier III und IV weit verbreitet. Beim 2N-Setup werden hingegen exakte Kopien aller Stromkomponenten erstellt. Was bedeutet das? Das System bleibt auch dann ohne Unterbrechung betriebsbereit, wenn alle Komponenten einer Seite vollständig ausfallen. Für große Rechenzentren und andere großflächige Betriebe wird diese Art von Ausfallsicherheit unverzichtbar, wenn Ausfallzeiten Millionen kosten.

Parallele Generator-Konfigurationen für Fehlertoleranz

Parallele Konfigurationen synchronisieren mehrere Generatoren, um Lasten dynamisch zu teilen. Diese Anordnung ermöglicht eine automatische Neuzuteilung während Ausfälle oder Wartungsarbeiten auftreten und gewährleistet gleichbleibende Spannungsstabilität und Systemeffizienz.

Integration von Generatoren mit USV-Systemen und automatischen Umschaltstellen (ATS) für nahtlose Notstromübernahme

Moderne Systeme integrieren Generatoren mit unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) und ATS-Geräten, um Stromlücken während des Übergangs vom Netz zu vermeiden. Die ATS muss den Wechsel innerhalb von 10 Sekunden gemäß NFPA 70 einleiten, während die USV die Stromversorgung sicherstellt, bis die Generatoren ihre volle Leistung erreichen.

Einhaltung von NFPA 110, ISO 8528, NEC, TIA-942 und Umweltvorschriften

Die Einhaltung hängt von fünf zentralen Normen ab:

1. NFPA 110 -- Sicherheit von Not- und Ersatzstromversorgungssystemen
2. ISO 8528 -- Leistungsprüfungen für Verbrennungskraftmaschinengeneratorensätze
3. NEC Artikel 700 -- Planungsanforderungen für Notstromsysteme
4. TIA-942 -- Redundanzstufen der Rechenzentrum-Infrastruktur
5. EPA Tier 4 -- Emissionsstandards für dieselbetriebene Generatoren

Prüfung, Wartung und Zertifizierung für langfristige Zuverlässigkeit

Generatoren vierteljährlich mithilfe von Lastbanken gemäß ISO 8528-8 zu testen, ist der Weg, um sicherzustellen, dass sie im entscheidenden Moment funktionieren. Für die regelmäßige Wartung müssen Einrichtungen die Luftfilter austauschen, das Kühlmittel regelmäßig wechseln und die Kraftstoffsysteme einmal jährlich gründlich überprüfen. Jeder Standort, der mehr als 1.320 Gallonen Diesel vor Ort lagert, ist gesetzlich verpflichtet, entsprechende Verschüttungspräventionspläne gemäß den SPCC-Vorschriften der EPA zu haben. Und vergessen wir nicht die externe Bestätigung durch Dritte: Eine Level-1-Zertifizierung nach NFPA 110 bedeutet, dass das gesamte System tatsächlich drei volle Tage lang ununterbrochen laufen kann, falls die Hauptstromversorgung ausfällt.

FAQ

Warum sind Stromgeneratoren wichtig für die Verfügbarkeit von Rechenzentren?

Stromgeneratoren dienen als Backup für das Hauptstromnetz und gewährleisten einen kontinuierlichen Betrieb bei Stromausfällen. Sie verhindern Betriebsunterbrechungen und finanzielle Verluste, insbesondere in Rechenzentren, die hohen Verfügbarkeitsstandards entsprechen.

Welche Arten von Generatoren werden üblicherweise in Rechenzentren eingesetzt?

Rechenzentren verwenden typischerweise Notstrom-, Primär- oder Dauerlastgeneratoren. Notstromgeneratoren werden in Notfallsituationen genutzt, primärgeregelte für Gebiete mit unzuverlässiger Stromversorgung und dauerlastgeregelte für kontinuierliche Anwendungen, wie beispielsweise in der Fertigung.

Wie sollte ein Generator für ein Rechenzentrum dimensioniert werden?

Die Dimensionierung eines Generators erfordert die Analyse tatsächlicher Verbrauchsdaten unter Berücksichtigung der Spitzenlast, Redundanzanforderungen und zukünftiger Erweiterungsbedarfe, um eine Über- oder Unterdimensionierung zu vermeiden.

Welche Bedeutung haben die Redundanzmodelle N+1 und 2N?

N+1-Redundanz bedeutet, dass ein zusätzlicher Generator als Reserve bei Ausfall einer einzelnen Komponente bereitsteht, während die 2N-Redundanz alle Stromkomponenten dupliziert, um eine vollständige Fehlertoleranz zu gewährleisten. Diese Modelle sind entscheidend, um Ausfallzeiten zu minimieren.