Генераторууд: Цахилгаан станцууд болон мэдээллийн төвд тогтвортой цахилгаан хангамжийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүд

Чухал цахилгаан хангамжийн инфраструктурт генераторын гүйцэтгэх үүрэг

Өгөгдлийн төв болон цахилгаан станцын чухал цахилгаан хангамжийг ойлгох

Их өгөгдлийн төвүүд болон цахилгаан станцууд зэрэг чухал үйл ажиллагааг явуулдаг цогц системүүд нь зөв ажиллаарай гэхэд тогтмол цахилгаан хэрэгтэй байдаг. Өнгөрсөн жилийн Сүлжээний итгэмжлэг шинжилгээний судалгаагаар өгөгдлийн төвүүдийн арван бүхэлд долоон нь жил бүр цахилгааны асуудалтай тулгардаг байна. Энэ нь цахилгаан системүүд ч хамгийн оюунлаг байсан ч хэдэн хувь эмзэг байж болохыг харуулж байна. Серверийн цахилгаан тасарч болохгүй, хөргөлтийн төхөөрөмжинд асуудал гарч болохгүй, аюулгүй байдлын төхөөрөмж ажиллахгүй болохгүй байх ёстой тул эдгээр чухал газрууд ихэвчлэн өдөр тутмын үйл ажиллагаанд нь нөөцийн цахилгаан эх үүсвэрүүдийг орлуулан ашигладаг. Цахилгаан хангамжийн тогтолцоо тасарсан үед бүх зүйлийг вэб дээр байлгахын тулд давхар тогтолцоо нь зүгээр л хүссэнээр биш, үнэндээ шаардлагатай байдаг.

Сүлжээний алдаатай үед генераторууд хэрхэн тасралтгүй ажиллагааг хангах вэ

Хүчдэлийн шугам унтрах үед автомат шилжүүлгийн төхөөрөмж (ATS) -ийн тусламжтайгаар цахилгаан генераторууд хэдхэн секундын дотор ажиллаж эхэлдэг бөгөөд мэдрэг системүүдэд хүчдэлийн уналтыг саатуулдаг. Орчин үеийн төхөөрөмжүүд нийтлэг хяналтын системтэй интеграцлах замаар урт хугацааны цахилгааны гэмтэл үед ачааллыг бодит цагт тэнцвэржүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд динамик нөхцөл байдалд тогтвортой цахилгаан хангамжийг баталгаажуулдаг.

Туршлагын жишээ: Дахин дахин цахилгааны хомсдол үүсэх үеийн генераторын хариу ажиллагаа

2022 онд Америкийн өмнө зүүн хэсгийг том дулааны долгион цохисон үед цахилгаан хангамжийн сүлжээ унахад нэг том нүүлгэн үйлчилгээний нэг нь гурван өдөр тасралтгүй бүх серверүүдээ ажиллуулж чаджээ. Тус төв нь түлш хэмнэхийн тулд зэргэлэн генераторуудыг ажиллуулах ухаалаг 40 мегаваттын нөөцийн системтэй байв. Энэ тохижилт нь хөргөлтийн систем, сервер төхөөрөмжүүдийг тогтвортой ажиллуулах боломжийг олгож байв. Тэнд болсон нь инженерийн сайн төлөвлөлт, ухаалаг дизайн нь инфраструктурыг хамгийн их хэмжээгээр туршиж буй цочролын үед ямар чухал байдаг болохыг харуулж байна.

AI болон гипер масштабны өгөгдлийн төвүүдийн шаардлагаас шалтгаалан генераторууд эрэлт ихтэй байна

Зах зээлийн таамаглалаар 2033 он хүртэл дэлхийн генераторын салбар жил бүр дунджаар 6.8% өснө. Энэ нь сүүлийн үед хүмүүсийн хүрээний олон нийтлэг хэрэглээ болсон олон ухаант технологиудын цахилгаан хэрэглээг ихэд нэмэгдүүлсэнтэй холбоотой. Их өгөгдлийн төвүүдэд юу болж байгааг авч үзье. Эдгээр томоохон байгууламжуудад одоо цахилгааны гэмтэл үүсэх үед ажиллах чадвартай байхын тулд 150-300 мегаваттын хүрэлцээтэй аварийн цахилгаан эрчим хүч шаардагдаж байгаа бөгөөд энэ нь 2019 онд шаардагдаж байсан хэмжээнээс гурван дахин их юм. Яагаад гэвэл одоо тэдэнд хүчирхэг GPU кластерууд болон уян хатан шингэн хөргөлтийн системүүд ажиллаж байна. Үүнийг дүгнэвэл цахилгаан эрчим хүчний шаардлага нь маш их хурдацтай өсөж байгаа бол надеж чанарын шаардлага өмнө нь байгаагүйгээр өндөр байна.

Өндөр ачаалал дор генераторын ажиллагаа болон найдвартай байдлыг үнэлэх

Найдвартай байдлын үндсэн үзүүлэлтүүд болон индустрийн стандартууд (ISO, Uptime Institute)

Генераторууд ямар чанарын ажиллагаа явуулах вэ гэдгийг ISO 8528-5 гэх мэт хатуу стандартын дагуу шалгана. Тухайн туршилтын хувьд хүчдэлийн уналтыг хамгийн ихдээ 25%-иар зөвшөөрдөг бөгөөд систем 10 секундын дотор сэргэж буцах ёстой. Цахилгааны тасалдал бүү үүсгэх ёстой газруудад нөхцөлүүд илүү хатуу байдаг. Uptime Institute-ийн Tier IV сертификат нь хүчдэлийн хэлбэлзлийг зөвхөн 15%-иар зөвшөөрөх бөгөөд тогтвортой байдлыг таван секундын дотор сэргээх шаардлагатай байдаг. 2025 оны Генерацийн Тоног Төхөөрөмжийн Туршилтын тайлангийн сүүлийн мэдээ ч гэсэн сонирхолтой зүйл харуулж байна. Уян хатан туршилтын аргыг ашигладаг, тухайлбал уламжлалт дулааны генерацийг сөрөг нөлөөтэй эх үүсвэрүүдтэй хослуулдаг цахилгаан станцууд нь түүнд харгалзах шүү. Сүлжээний горимыг өөрчлөх үед генераторын гэмтлийн эрсдлийг 34% бууруулж чаджээ. Хамгийн гайхалтай нь орон нутгийн tier III бүс нутагт байрлах том масштабын мэдээллийн төвүүдийн аравны найман нь эдгээр стандартыг аль хэдийн дагаж мөрдөж байна.

Гэнэтийн цахилгаан хэрэгцээ огцом нэмэгдэх үед ачааллыг хүлээн авах, тогтвортой байдал

Орчин үеийн генераторууд нь зөвхөн арван секундод ачааллыг тэгээс хамгийн их хүчин чадлын түвшинд хүртэл өөрчлөх чадвартай байх ёстой бөгөөд давтамжийг ±0.5 Гц-ийн нарийвчлалтай тогтвортой байлгах ёстой. Хамгийн их ачаалалд тэсвэх шалгалтанд дизель хөдөлгүүрт системүүд нь байгалийн хийн системүүдээс илүү сайн ажилладаг бөгөөд онцлон хүлээхгүй GPU кластер эхлүүлэх үед илүү сайн үр дүн өгдөг. Дизель генераторуудын ойролцоогоор 97 хувь нь ачааллын 90 хувьд гармоник гажуудлыг хоёр хувь доор байлгаж чаддаг. Энэ нь яагаад чухал гэвэл GPU-д суурилсан тооцоолох системүүдийн эрэлт өсөж байгаатай холбоотойгоор 2022 оны өгөгдлүүдтэй харьцулахад цахилгааны сарнил 15-25 хувьр нэмэгдсэн байна. Иймд ийм хэлбэлзлүүдийг дааж чадах итгэлтэй тоног төхөөрөмжүүд нь дата төвүүд болон өндөр гүйцэтгэлийн тооцоолох төвүүдэд маш чухал болжээ.

Бодит өгөгдлийн төвийн нөөцийн генератор эвдрэлийн түвшин

2023 онд ямар нэгэн ч эвэр зогсох үед генераторыг эхлүүлэх явцад 30 секундээс илүү хоцрогдсон нь түлшний бохирдлын улмаас болж байсан. Гэсэн хэдий ч хоёр долоо хоног тутамд ачаалал шалгадаг байгууламжууд нь улирал тутамд шалгадаг байгууламжуудтай харьцуулахад 73%-иар цөөн гэмтэлтэй байжээ. Түлхүүр ач холбогдолтой нь генераторын асуудлаас үүдэлтэй цахилгааны тасалдалын 60% нь хөргөгчийн суваг дээр анхаарал хандуулахгүй байсны улмаас үүдэлтэй бөгөөд инженерийн техникийн бүхэлд нь анхаарал тавьсны ач холбогдол маш их гэдгийг харуулж байна.

Одоо байгаа генераторын багц цаашид өгөгдлийн төвийн хүрээг өргөжүүлэхэд бэлэн байна уу?

Одоогийн байдлаар 2.5 МВт-ын цахилгаан станцууд нийтлэгдэж буй байгууламжийн 95 хувийг эзэлж байна. Гэсэн хэдий ч зүйлс хурдан өөрчлөгдөж байгаа бөгөөд эдгээр шинэ AI серверийн шүүгээнүүд нэгж тутмаа 350 кВт хүртэлх цахилгаан эрчим хүчийг татах чадамжтай байгаа юм. Энэ нь орчин үеийн загваруудын зөвхөн нэгэн зургаад хэсэг л хангадаг 5 МВт багтаамжтай, бараг идеал найдвартай байдал бүхий том генераторуудын шаардлагыг үүсгэж байна. Мөн ажиллах хугацааны шаардлагын талаар мартаж болохгүй. Одоо ихэнх газруудад хоёр өдрийн турш үргэлжлүүлэн ажиллах нөөцийн цахилгаан шаардлагатай болжээ. Энэ нь зах зээл дээрх зарим сонирхолтой хөгжилд нөлөөлсөн байна. 2024 оны эхнээс эхлэн байгууламжийн менежерүүдийн ойролцоогоор 40 хувь нь устөрөгч ба дизель холимог системүүдийг ашиглаж эхэлсэн байна. Үйл ажиллагааг гладиатор маягаар явуулах, мөн түлшний нөөцийг удирдах, бохирдлыг бууруулах хоёр талаас нь ашигтай байдлыг хүсч байгаа юм.

Генераторуудыг ИПС болон давхардсан цахилгаан системтэй интеграцлах

ИПС болон генераторууд хамтран ажиллан цахилгаан хангамжийг тасралтгүй байлгахын тулд яаж ажилладаг вэ

Хувьсах гүйдлийн эх үүсвэр (UPS) систем нь цахилгааныг тасарсан үед хамгаалах үүрэгтэй бөгөөд генераторуудыг бүрэн ажиллуулах хоорондох чухал завсрыг дүүргэдэг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн 10-30 секунд үргэлжилдэг. Эдгээр системийн баттерейнууд нь генераторууд ажиллаж эхлэх хүртлээ шуурхай резерв цахилгааныг үнэн зөв тоног төхөөрөмжид онооход ашигладаг бөгөөд урт хугацааны цахилгааныг зогсооход тусалдаг. Компаниуд цахилгааныг зогсоолгүйгээр цаг тутамдаа мянган долларын хэмнэлттэй байж болох бөгөөд зарим үйлдвэрлэлийн газрууд ажиллагаагаа зогсоож болохгүй байдаг. Шинээр нэгтгэсэн системүүд нь одоо ажил ур чадварыг сайжруулж байгаа бөгөөд генераторуудаас гарч буй хүчдэлийг UPS нэгжүүдийн хүчдэлтэй тааруулж байгаа бөгөөд энэ нь цахилгааны эх үүсвэрүүдийн хооронд шилжих үед мэдрэг тоног төхөөрөмжүүдэд элэгдэл үүсэхээс сэргийлдэг.

UPS болон генераторын цахилгааны хооронд шилжих механизмыг холбох

Автомат шилжүүлгийн түлхүүрүүд (ATS) нь хүний оролцоогүйгээр 100 мс-аас бага хугацаанд цахилгаан эх үүсгэврүүдийн хооронд шилжинэ. Эдгээр системүүд нь цахилгаан шоктой хэрхэн ажиллах талаархи ISO 8528-5 стандартын зааварчилгааны дагуу ажилладаг. Орчин үеийн Tier IV өгөгдлийн төвүүд нь пассив давхардлыг ашиглан хоёр ATS нэгжийг хажуухан нь суурилуулж байна. Энэ тохируулга нь цахилгааны гэмтэл үүсэх үед генераторуудыг ажиллуулахад хүчдэлийн бууралт 1 хувь бага байхыг хангана. 2010-аад онд хуучин системүүд нь цаг агаарын муу нөхцөл байдал үед 400 мс-ийн сэвтэй зай үүсгэдэг байв. Шинэ технологи нь тэдгээрийн зайг бүрэн арилгаж, нэг гологдол нь нөгөөдөө нөлөөлөх магадлалыг бууруулна.

N+1 ба 2N Давхардлын загварууд Үндсэн төвүүдэд генераторын дэмжлэгтэйгээр

Давхардлын стратеги нь генераторын багтаамжийг системийн тэсвэртэй байдалтай тулгана:

• N+1 : Шаардлагатай багтаамжаас нэг генератор илүү (жишээлбэл, 9МВт хэрэгцээнд дөрөв 3МВт нэгж)
• 2N : Бүрэн генераторын системийг бүрэн хуулбарлах замаар алдаа тэсвэрлэх чадварыг хангах

2023 оны судалгаагаар ойролцоогоор 45 том масштабын мэдээллийн төвийг судалж үзэхэд N+1 нөөцийн байгууламж ашигладаг тогтолцоо нь резерв хэсэггүй тогтолцоотой харьцулахад гологдолын эрсдлийг ойролцоогоор 78% бууруулж байгаа нь тогтоогдсон. Илүү сайн сонголт бол 2N тохиргоо бөгөөд түүний ажиллагааны баталгаажилт нь цахилгааны ханган нийлүүлэлт бүхий бүс нутагт ч 99.9995% байна. Мэдээллийн төвийн олон менежерүүд энэ нөөцийн аргуудыг янз бүрийн байршилд байршуулсан түлшний эх үүсвэртэй хослуулж эхэлсэн. Энэ нь Техасын 2021 оны өвөр мөнгөн дэлбэрсэн үед тулгарсан асуудлыг шийдвэрлэхэд тусалж байгаа юм. Тухайн үед нэг төрлийн түлшний эх үүсвэрт тийм ч их хамааралтай байсны дүнд генераторын гологдолын 14% гарч байв.

Орчин үеийн мэдээллийн төвийн генераторын агрегатын зохион байгуулалт ба байршуулалт

Өндөр баталгаатай генераторын суурилуулалтын инженерийн хүрээнд хийх авах зүйлс

Өндөр ашиглалттай генераторуудын хувьд бүтэн чадлын дагуу ажиллах үедээ 1%-иас доошхи ажил алдагдал үүсэх нь одоогийн үед тавигдах ёстой шаардлага болон хүлээгдэж байна. Сейсмик үнэлгээнд суурилсан суурь, урдчилан уялгасан шатахууны шугам, дуу чийг шүүгч хийцийн талаар ярилцаж байгаа бол тэдгээрийн зорилго нь системийн итгэх боломжийг сайжруулахаас гадна суурилуулах ажлын хугацааг 30-аас 40 хувь хүртэл бууруулдаг. Энэ төрлийн инженерийн багцууд нь цацрагийн хэмжээ нь ерөнхийдөө 65 децибел орчимд хязгаарлагддаг тул тэдгээрийг ашиглан дуу чийггүй орчинд төвлөрсөн өгөгдлийн төвүүдийг хурдан ажилуулж эхлэх боломжийг олгодог.

Шатахууны төрлүүд, ажиллах хугацаа, орчин үзүүлэх нөлөө

Биодизелийн холимогийн 35%-иар ажилладаг Tier 4 Final-ртгэмжлэгдсэн генераторуудыг ашиглах нь хэвийн загваруудтай харьцуулахад орт бөөмсийн ялгаруулалтыг 60%-иар бууруулдаг (EPA 2023 стандарт). Усны хомсдолтой бүсэд хаалттай усны хөргөлтийн системүүдийг байнга ашиглаж эхэлснээр 1 МВт бүрт сард 18,000 галлоны усыг хэмнэж байна.

ISO болон Uptime Institute Tier стандартын шаардлага хангах

Tier IV өгөгдлийн төвүүд нь цахилгаан хангамж алдагдсны дараа 99.995% ажиллагаатай байх чадвартай, мөн 10 секундын дотор ачааллыг хүлээн авч чаддаг генераторыг шаарддаг. ISO 8528-5 стандартын шинэчлэлээр одоо 110% ачааллын нөхцөлд 48 цагийн туршид тасралтгүй ажиллах туршилт шаардагдаж байна. Гуравдагч талын баталгаажуулалт нь автоматаар шилжүүлэгч төхөөрөмжүүд 98.6% нарийвчлалтайгаар тодорхойлогдохыг баталж, цахилгааны нарийн системүүдтэй тогтвортой холигдох боломжийг олгодог.

Жишээ түүх: Tier IV өгөгдлийн төв дэх генераторын тохируулга

2024 оны эхэнд Европын том өгөгдлийн төв нь гучин таван мегаваттын гидроген холимог генератор нэмж суурилуулснаар үйл ажиллагаагаа өргөжүүлсэн бөгөөд эдгээр нь цахилгааны гол сүлжээнээс тусдаа ажилладаг дизель цахилгааны системтэй хамт ажилладаг байв. Тухайн бүс нутагт цахилгааны гол сүлжээ 14 цагийн турш ажиллагаагаа зогсоосон үед энэ холимог систем нь резерв цахилгааны боломжийг ашиглан тасралтгүй ажиллаж байв. Цахилгааны төв нь уг үйл явцад нийтлэг шатахууныг ашигласан байхад гарах хэмжээнээс нэг хүртэл хоёр дахин бага нүүрстөрөгчийн ялгаралтыг харуулан ажиллаж байв. Энэ боломжийг боломж болгосон нь түлшний тээвэрлэлтийн системийн ухаалаг дизайн болон урьдчилан батлагдсан нөлөөллийг хянадаг арга хэмжээ байв. Энэхүү инженерийн ухаалаг сонголт нь бүх зүйлийг ажиллуулахад шаардагдах хугацааг гуравны нэгээр бууруулжээ. Энэ нь цагаан технологийг зөв боловсруулан хэрэглэвэл найдвартай байдал нь алдагдахгүйг баталжээ.

Түгээмэл асуулт

Генераторууд чухал цахилгааны инфраструктурт ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?

Генераторууд нь гол цахилгааны сүлжээ ажиллагаагаа зогтсны үед чухал системүүдийг тасралтгүй ажиллуулахад зориулагдсан резерв цахилгааны эх үүсвэр юм.

Цахилгаан хомсдол үед орчин үеийн генераторууд хэрхэн ажилладаг вэ?

Орчин үеийн генераторууд автоматаар ажиллаж эхэлдэг бөгөөд байгууламжийн системтэй интеграцлах замаар ачааллыг тэнцвэржүүлж цахилгааныг бодит цагт нь барьж чаддаг.

Генераторын ажиллагааг үнэлэхэд тодорхой стандартууд байна уу?

Тийм ээ, ISO 8528-5 болон Uptime Institute-ийн сертификат нь шийдвэрлэх үйл ажиллагааны үед генераторуудын ажиллагааны шаардлагыг дэлгэрэнгүй тодорхойлдог.

UPS системүүд генераторуудад хэрхэн нэмэлт үйлчилгээ үзүүлдэг вэ?

UPS системүүд нь цахилгаан хомсдол үед генераторууд эхлэх хүртэл цахилгааныг тасралтгүй барьж байх боломжийг олгодог.

Генераторын шатахууны төрлүүд болон орчин тойронд нөлөөлөх хандлага хэрхэн байна вэ?

Иргэний шатахууны төрлүүд нь биодизель холимог, устөрөгч шиг цэвэр шатахуун уруу шилжин ажиллаж байгаа бөгөөд хаягдал бууруулах, орчин тойронд нөлөөлөхгүй болгохыг эрмэлздэг.