Zasilanie awaryjne centrów danych: autonomia paliwowa i mocznikowa projektowana do LOD 450

Gdy sieć zawodzi, centrum danych ma sekundy z baterii, a potem to, co potrafią jego agregaty. Agregaty projektuje każdy. System, który decyduje, czy będą pracować osiem, dwadzieścia cztery czy siedemdziesiąt dwie godziny, jest za nimi: magazyn paliwa, transfer paliwa, zaopatrzenie w mocznik, rurociągi podziemne, dostęp do napełniania i zestaw dokumentacji opisujący jeden spójny system, a nie zbiór pakietów dostawców. Ten artykuł wyjaśnia, jak ten system się projektuje, na przykładzie pięciu projektów centrów danych, które TEBIN dostarczył w Niemczech i Holandii jako partner projektowy wiodących firm inżynierskich.

Od czego naprawdę zależy autonomia?

Autonomia to liczba godzin, a wyznaczają ją cztery rzeczy: ile paliwa jest zmagazynowane, ile agregatów z niego czerpie, ile każdy zużywa przy obciążeniu projektowym obiektu i jakie wymaganie stawia operator lub norma. Projekt zaczyna się od udowodnienia tej liczby. W centrum danych w Holandii magazyn paliwa opracowano tak, by spełnić autonomię wymaganą przez KIWA BRL-K903, holenderską wytyczną oceny instalacji magazynowania paliw: 16 zbiorników diesla z tacami wychwytowymi i fundamentami, 8 pompowni i 4 szafy napełniania, od koncepcji po dokumentację powykonawczą w RIBA Stage 5.

Szesnaście zbiorników to nie jedna decyzja podjęta szesnaście razy. Każdy zbiornik potrzebuje objętości wychwytowej, fundamentu, dostępu do napełniania i odstępów zgodnych ze strategią pożarową terenu i z trasami sieci dystrybucji, którą zbiorniki zasilają. Projekt dążył do powtarzalnych układów, tak aby szesnaście zestawów przyłączy zachowywało się identycznie w eksploatacji i dało się serwisować w ten sam sposób.

Dlaczego system mocznika projektuje się jak system paliwowy?

Nowoczesny agregat diesla spełnia limity emisji dzięki selektywnej redukcji katalitycznej, a ten proces zużywa roztwór mocznika, znany jako diesel exhaust fluid lub DEF. Gdy mocznika zabraknie, silnik ogranicza moc lub się zatrzymuje, co czyni autonomię mocznikową częścią autonomii zasilania. W centrum danych w Niemczech z agregatami ustawionymi pionowo projekt wykonawczy LOD 450 objął 3 × 100 m³ zbiorników paliwa i 4 × 10 m³ zbiorników DEF ze wspólnymi pompowniami, tak aby oba media dzieliły jedną logikę transferu i jeden reżim utrzymania.

Mocznik ma właściwości, których paliwo nie ma. Krystalizuje, jest wrażliwy na temperaturę i korozyjny dla niektórych materiałów, których systemy paliwowe używają bez zastanowienia. W innym niemieckim projekcie projekt wykonawczy umieścił jeden zbiornik magazynowy mocznika 50 m³ z rozładunkiem z cysterny i dwoma niezależnymi punktami napełniania, zasilający modułowy skid pompowy dystrybuujący do 22 agregatów. Dwa punkty napełniania to decyzja o redundancji, nie wygoda: jeden zablokowany rozładunek podczas długiej przerwy w zasilaniu ograniczyłby czas pracy obiektu do mocznika, który już jest w zbiornikach dziennych.

Jak rozbudowę podłącza się do pracującego systemu paliwowego?

Centra danych rosną strefami, a każda strefa przychodzi z własnymi agregatami, ale nie zawsze z własnym magazynem. Dla strefy rozbudowy w Niemczech projekt LOD 450 umieścił 5 × 100 m³ podziemnych zbiorników paliwa i 3 × 10 m³ wewnętrznych zbiorników DEF oraz poprowadził międzystrefowe połączenie mocznikowe obsługujące 4 agregaty z magazynu należącego do innej strefy. Połączenie to miejsce, w którym widać dyscyplinę projektową: istniejący system musi zachować swoją autonomię i logikę odcięć, gdy dochodzi nowa gałąź, a granica między strefami musi być udokumentowana, tak aby personel eksploatacji wiedział, które zawory należą do którego systemu.

Magazyn podziemny wprowadza do projektu paliwowego drugą dyscyplinę. Zbiorniki i rurociągi zakopane są przez dziesięciolecia wystawione na korozję, więc zakres projektu holenderskiego objął ochronę katodową wszystkich zakopanych elementów metalowych i kompletny system podpór i wsporników rurociągów. Podpory są częścią projektu systemu, a nie założeniem montażysty: ich położenie decyduje o ustawieniu rur, obciążeniach i kolejności, w jakiej sieć da się zmontować i serwisować.

Co LOD 450 zmienia w praktyce?

Na poziomie LOD 450 każda rura, podpora, zawór i zbiornik są zamodelowane w rzeczywistej geometrii i położeniu. Ten poziom szczegółowości ma cel wykraczający poza koordynację. Powtarzalne zespoły rurociągów w projekcie holenderskim opracowano jako modułowe bloki prefabrykowane, wytwarzane poza obszarem montażu, a prefabrykacja działa tylko wtedy, gdy informacja projektowa jest stabilna: wymiary, styki i punkty przyłączeń znane z góry. Ten sam skoordynowany model posłużył potem schematom P&ID, planom rozmieszczenia, izometrykom, rysunkom podpór i zestawieniom urządzeń na każdym etapie aż do dokumentacji powykonawczej.

Alternatywa, czyli rozwiązywanie tras na budowie, kosztuje więcej niż czas. System paliwowy improwizowany podczas montażu to system, którego logika odcięć, obejść i spustów nigdy nie została zaprojektowana, a to dokładnie te zachowania, na których obiekt polega w warunkach awarii.

Dlaczego projekt musi przetrwać pracujący obiekt?

Systemy zasilania awaryjnego nie są gotowe, gdy budynek się otwiera. Są testowane, serwisowane, rozbudowywane i wymieniane, podczas gdy obiekt niesie obciążenie klientów, i tam zestaw dokumentacji dowodzi swojej wartości. Dla centrum danych w pełnej eksploatacji w Niemczech TEBIN opracował strategię stałych obciążnic w fazach HOAI LP1–LP4: koncepcję testów, integrację w redundantnych torach elektrycznych, lokalizacje obciążnic i trasy szynoprzewodów minimalizujące wpływ na powierzchnię eksploatacyjną oraz zaktualizowane schematy jednokreskowe. Testowanie układu agregatów wymaga rzeczywistego obciążenia, a zaprojektowanie tego obciążenia na stałe zamienia test z powtarzającej się ingerencji w wbudowaną zdolność.

Ta sama dyscyplina dotyczy strony paliwowej. Zbiornik napełniany z cysterny co kilka lat, pompownia sprawdzana według reżimu operatora, zakopana linia, której ochronę katodową mierzy się corocznie: każde z nich zależy od tego, czy zapis powykonawczy opisuje to, co naprawdę zbudowano. Zapis kończący się na etapie projektu zostawia następnego inżyniera z fałszywym obrazem na start.

Co TEBIN projektuje, a czego nie

W tych projektach zakres TEBIN sięgał od koncepcji przez projekt wykonawczy LOD 450 po dokumentację powykonawczą, obejmując magazynowanie paliwa i mocznika, transfer i dystrybucję, pompownie i punkty napełniania, ochronę katodową, podpory rurociągów, inżynierię prefabrykacji i kompletny pakiet dokumentacji. Montaż, rozruch i certyfikacja według obowiązujących norm pozostały po stronie wykonawców i jednostek certyfikujących odpowiedzialnych za te zakresy. Rolą w każdym przypadku był partner projektowy wiodącej firmy inżynierskiej, bo tak realizuje się duże programy centrów danych w Niemczech i Holandii.

Autonomia to obietnica, którą operator składa swoim klientom. System paliwa i mocznika to miejsce, w którym ta obietnica jest projektowana, i zasługuje na ten sam poziom projektowania co agregaty, które zasila.