ИБП в эпоху постПК и мегаЦОД

Стремительно набирающие популярность планшетные компьютеры, смартфоны и другие мобильные устройства работают не от электрической сети, а от собственного аккумулятора, а потому не нуждаются в «услугах» ИБП. Если первоначально такие устройства дополняли ПК, то сейчас все большему числу пользователей они заменяют классические компьютеры. Как следствие, на рынке ПК наблюдается стагнация продаж. По всей видимости, за ней последует падение, что должно сказаться и на продажах индивидуальных ИБП малой мощности, ориентированных на «обслуживание» ПК. Однако представители поставщиков ИБП пока не склонны драматизировать ситуацию.

Как нам сообщили в APC by Schneider Electric, по результатам 2011 года продажи ИБП Back-UPS мощностью до 1 кВА не только не упали, но и продемонстрировали приличный рост по сравнению с 2010 годом. «Хотя, конечно, игнорировать активный рост рынка мобильных устройств нельзя, и замещение настольных ПК мобильными устройствам — это вполне реальная перспектива», — полагает Тимур Алтышев, менеджер по стратегическому маркетингу APC by Schneider Electric.

В компании Eaton не видят серьезной угрозы рынку малых ИБП, в том числе и потому, что домашней электроники, требующей защиты питания, не становится меньше — количество домашних кинотеатров, медиаплееров, устройств хранения данных только растет. Тем не менее Сергей Амелькин, менеджер Eaton по продукции Power Quality, отмечает, что спрос смещается в сторону тяжелых решений: «Наши продажи растут во всех сегментах, но продажи онлайновых ИБП выросли более значительно, чем ИБП малой мощности».

Потребность индивидуальных потребителей в ИБП малой мощности, возможно, и будет падать, но не в самое ближайшее время. Дмитрий Стрекалов, руководитель проектов департамента проектирования и строительства компании Oberon, тоже указывает на то, что «в наших домах постоянно растет число различного электронного оборудования, которому необходима защита электропитания, при этом пользователи все реже доверяют ненадежным стабилизаторам напряжения, способным защитить технику далеко не от всех видов электрических помех». Кроме того, он отмечает, что модные новые девайсы далеко не всем по карману, а потому «старые добрые» ПК еще долго будут оставаться основной ИТ-платформой в большинстве домашних хозяйств.

И все же долгосрочные перспективы рынка индивидуальных ИБП малой мощности окутаны туманом неопределенности. Чтобы оставаться ходовым товаром, таким источникам бесперебойного питания «придется» меняться с учетом специфических потребностей нового поколения бытовой электроники. При этом глубокие изменения в схемотехнике этих в общем-то несложных приборов вряд ли потребуются, но над дизайном и набором внешних интерфейсов производителям придется поработать. Возможно, собственно систему бесперебойного питания будет целесообразно интегрировать с универсальным зарядным устройством для мобильных гаджетов, реализовать возможность удаленного включения/ выключения силовых розеток с помощью мобильного телефона и т. п.

ВСЕ — В ЦОД

А вот над рынком онлайновых ИБП с двойным преобразованием большой мощности нет никакого тумана — только «облака», которые во многом и стимулируют развитие этого рынка. Бум в области строительства ЦОД гарантирует в ближайшие годы стабильно высокий спрос на эту категорию систем бесперебойного электропитания.

Практически все опрошенные нами компании отмечают существенный рост спроса на ИБП мощностью от 10 кВА, что, конечно, связано с консолидацией ИТ-ресурсов в крупных серверных комнатах и ЦОД. Кроме того, как указывает Дмитрий Стрекалов, «собственники бизнеса, техническое руководство и ИТ-персонал все чаще отказываются от привычных распределенных схем, когда каждое рабочее место защищается отдельно своим ИБП, и отдают предпочтение централизованным схемам построения резервного электроснабжения».

Представители APC by Schneider Electric отметили в 2011 году «очень высокий рост продаж» источников с двойным преобразованием SmartUPS RT в диапазоне мощности более 10 кВА. Но при этом, как отмечает Тимур Алтышев, продажи моделей мощностью 5–10 кВА ненамного отстали в росте, да и какого-либо сокращения поставок линейно-интерактивных Smart-UPS (в основном это сегмент от 1 до 3 кВА) в компании пока не наблюдают. «Хотя, с учетом рыночных трендов (виртуализация, облачные технологии и т. д.), в среднесрочной перспективе в структуре рынка произойдут серьезные изменения, ведь уже сейчас процент новых серверов, которые направляются в ‘‘виртуализированные среды’’, а не в маленькие серверные комнаты, заметно увеличивается с каждым кварталом», — говорит специалист APC by Schneider Electric.

Рисунок 1. Поставщики оборудования отмечают рост спроса на «интеллектуальные» блоки распределения питания (PDU) с функциями удаленного мониторинга и управления. На фото PDU компании APC by Schneider Electric.

По прогнозу Eaton, в сфере ИТ будет расти доля модульных ИБП. Как отмечает Сергей Амелькин, ранее основным недостатком модульных систем была значительно более высокая стоимость по сравнению с классическими ИБП сравнимой мощности, однако сейчас налицо тенденция к выравниванию стоимости. «Модульные ИБП позволяют оптимизировать первоначальные затраты на покупку системы и ее последующее развитие с учетом изменяющихся потребностей. Таким образом, сроки окупаемости систем становятся приемлемыми для заказчиков, поэтому они с большей готовностью идут на более высокие первоначальные инвестиции», — говорит он.

Но при выборе конструкции ИБП нельзя забывать о стоимости ремонта и запчастей, которая для модульных ИБП выше. Об этом напоминает Константин Соколов, руководитель экспертного отдела компании «Абитех». «Источником достоверной информации на этот счет могут быть сервисные компании или же заказчики, столкнувшиеся с тем фактом, что необходимость замены одного модуля повышает стоимость ИБП на десятки процентов при первом же случае ремонта, — говорит он. — Стоит также отметить, что при установке модульной системы с учетом будущего развития необходимо на первоначальном этапе заложить силовые кабели и коммутационное оборудование на полную прогнозную мощность системы, что дополнительно увеличивает первоначальные вложения».

Поставщики оборудования отмечают также рост спроса на «интеллектуальные» блоки распределения питания (PDU) с функциями удаленного мониторинга и управления (см. Рисунок 1). Такие технические средства становятся важным элементов комплексных систем управления инженерной инфраструктурой ЦОД (Data Center Infrastructure Management, DCIM).

ЭКОНОМИЯ ИЛИ НАДЕЖНОСТЬ?

В последние несколько лет никаких революционных технологических прорывов в области ИБП не было. Производители продолжают работу над увеличением энергоэффективности онлайновых ИБП с двойным преобразованием энергии, но борьба идет уже за десятые доли процента повышения КПД. Существенно (на несколько процентов) можно повысить эффективность, если при высоком качестве входного напряжения переключить ИБП на работу по схеме standby или line-interactive. Такую функцию поддерживают практически все современные ИБП ведущих производителей, однако у многих заказчиков вызывают опасения риски, связанные с наиболее тонким вопросом в работе таких ИБП — переключением между режимами.

Кроме того, как отмечает Константин Соколов, среди зарубежных специалистов не затихают дискуссии о принципиальной необходимости двойного преобразования (неизбежно связанного с потерями) и о влиянии на выбор технологии давления со стороны государственных и общественных структур, требующих снижения потребления электроэнергии и уровня выбросов углекислого газа. Так, в некоторых европейских странах вводится процедура официального аудита и оценки энергоэффективности ЦОД, после проведения которой может быть принято решение о снижении (или существенном повышении) налогов и цен на электроэнергию для данного клиента.

Рисунок 2. ИБП Eaton 9395 обеспечивает минимальное (не более 2 мc) время переключения из экорежима в режим двойного преобразования.

По словам Алексея Волкова, технического директора компании Tripp Lite в России, Украине и Беларуси, редко кто из заказчиков активно использует экономичный режим работы, что отчасти обусловлено необходимостью перевода ИБП в такой режим и возвращения обратно в режим двойного преобразования вручную. Для упрощения задачи Tripp Lite в своих ИБП реализовала переключение в экорежим и выход из него по графику, задаваемому пользователем. «Применяя эту функцию, можно действительно экономить на потреблении электроэнергии, например в нерабочие часы», — считает Алексей Волков.

При внедрении энергосберегающих технологий крайне важным остается вопрос гарантии высокой надежности системы электроснабжения. Поэтому определяющим моментом при использовании экорежима Сергей Амелькин из компании Eaton считает быстроту перехода ИБП из такого режима в режим двойного преобразования при возникновении каких-либо помех в сети. В качестве примера он приводит систему ESS, реализованную в ИБП Eaton 9390 и 9395 (см. Рисунок 2), которая позволяет добиться КПД 99%, обеспечивая при этом минимальное время переключения в режим двойного преобразования при сбое питания (не более двух миллисекунд).

«Вопрос об использовании или неиспользовании экорежима находится в плоскости основной сегодняшней дилеммы при проектировании ЦОД: предпочесть бóльшую надежность или бóльшую энергоэффективность? Экорежим дает выигрыш в эффективности, но очевидным образом снижает надежность», — объясняет Алексей Солодовников, руководитель подразделения Schneider Electric Data Center Solution Team. При этом он обращает внимание на то, что современные ИБП, где используются технологии IGBT, обладают и при «честном» двойном преобразовании крайне высоким КПД, который сложно было вообразить себе еще пять – семь лет назад: до 97% при полной нагрузке и 95–96% при половинной.

КАК НИ КРУТИ

Некоторый выигрыш в энергоэффективности дают динамические ИБП — главный возмутитель спокойствия на рынке систем бесперебойного гарантированного электропитания для мегаЦОД мощностью от 1 МВт и выше. Основой динамического ИБП является синхронная электрическая машина (мотор-генератор): электромотор раскручивается «грязным» током, поступающим из внешней электросети, а с установленного с ним на одном валу генератора снимается «чистое» напряжение, которое и подается на нагрузку. Такой моторгенератор, дополненный альтернативным источником энергии (аккумуляторные батареи, маховик, дизель-генератор), и есть простейший динамический ИБП.

Рисунок 3. Первым центром обработки данных в России, где установлены динамические ИБП, стал ЦОД «Волочаевская-2» компании «Крок».

Динамические средства бесперебойного электропитания были установлены еще в первых советских ВЦ, однако с появлением и широким распространением статических ИБП они были практически забыты специалистами по ИТ.

Только в последние пару лет производители этих решений начали активно напоминать о себе российским проектировщикам и создателям ЦОД. Однако на данный момент «Журналу сетевых решений/LAN» известен лишь один проект ЦОД в России, где установлены динамические ИБП (ЦОД «Волочаевская-2» компании «Крок», см. Рисунок 3).

Как отмечает Наталья Маркина, советник главы представительства Socomec UPS, главными преимуществами динамических ИБП являются их низкая совокупная стоимость владения (ТСО), продолжительный срок службы (более 20 лет), высокая надежность, КПД до 99,8% и экологичность. Этот европейский поставщик статических ИБП начиная с 2006 года предлагает на рынке и решения на базе динамических систем. Ряд проектов с использованием таких систем реализован в европейских странах — их устанавливают на промышленных предприятиях и в медицинских учреждениях, а также в мобильных ЦОД, которые подчас размещаются в труднодоступных районах. «Заказчики часто интересуются решениями на базе динамических ИБП, но из-за высокой первоначальной стоимости они редко находят применение», — заключает специалист Socomec UPS.

Константин Соколов из компании «Абитех» предлагает рассматривать динамический ИБП как комбинацию линейно-интерактивного ИБП без аккумуляторных батарей (то есть той его части, которую принято называть статическим преобразователем) и двигателя внутреннего сгорания (на дизельном топливе) со специальной муфтой и генератором переменного тока. Именно технологией line-interactive он объясняет высокий КПД таких систем. При сравнении степени экологичности статических и динамических ИБП он советует рассматривать все аспекты, возникающие в течение их «жизненного цикла». Например, для статических ИБП это выработка дополнительной электроэнергии (чтобы покрыть более низкий КПД) и утилизация аккумуляторных батарей, а для динамических — выбросы в атмосферу, связанные с запуском дизельного двигателя (что происходит при каждом пропадании электричества более чем на 5 с), утилизация ГСМ и других расходных материалов — ведь каждый год надо менять масло и заливать заново свежее топливо. По его мнению, однозначный вывод относительно того, какое решение «зеленее», здесь сделать сложно.

Рост интереса к динамическим ИБП отмечают многие специалисты. По словам Алексея Волкова из компании Tripp Lite, «заказчики интересуются этой технологией, запрашивают информацию об опыте внедренных проектов, изучают примеры реализаций и опыт эксплуатации, просят рассчитать экономическую целесообразность». Сергей Большаков из компании «АКСИ» (поставщика динамических ИБП Hitzinger) рассказывает о том, что в 2011 году было проведено большое количество предварительных консультаций об использовании динамических ИБП в новых центрах обработки данных. Высокий уровень надежности и низкие эксплуатационные расходы таких систем подтверждает опыт применения динамического ИБП Hitzinger мощностью 1000 кВА на ММВБ, где он уже эксплуатируется более 10 лет. В 2011 году компания «АКСИ» осуществила инсталляцию динамического ИБП мощностью 150 кВА в Московском тендерном комитете.

Лидер на рынке классических ИБП компания APC by Schneider Electric не собирается производить динамические ИБП. Как пояснил Алексей Солодовников, связано это, в частности, с высокой вероятностью того, что примерно через пять лет на рынок выйдет «убийца» динамических ИБП — «ультраконденсатор» (ultracapacitor, supercapacitor). По прогнозу специалистов APC by Schneider Electric, в 2017 году за те же деньги, что стоит динамический ИБП, можно будет приобрести комплекс из дизель-генераторной установки и батареи ультраконденсаторов, которая будет в состоянии держать нагрузку те же несколько десятков секунд, что и маховик, но без каких-либо механически движущихся деталей.

СКОЛЬКО НАДО «ИНТЕЛЛЕКТА»

Если поставщики динамических ИБП обещают повышение эффективности за счет реализации иных принципов работы, то разработчики статических ИБП намерены решить ту же задачу путем повышения интеллектуальных возможностей переключения между различными режимами функционирования. Еще одним направлением «интеллектуализации» является расширение функций управления, в том числе с учетом роста популярности технологий виртуализации.

«Вектор развития, заданный производителями серверов, заставляет и разработчиков ИБП модернизировать свое ПО для работы в новых, виртуализированных, средах, чтобы обеспечить корректное завершение работы виртуальных машин, — отмечает Алексей Волков. — Компания Tripp Lite, например, реализовала возможность корректного завершения работы виртуальных машин на базе VMware».

По утверждению представителей Eaton, в настоящее время эта компания является « единственным поставщиком» ИБП и блоков PDU, поддерживающих все важнейшие среды виртуализации, а Intelligent PowerSoftware — «первым ПО для управления электропитанием, интегрированным с платформами VMware vCenter и XenCenter». Входящее в состав этого ПО приложение Intelligent Power Manager автоматически инициирует миграцию виртуальной машины с сервера, которому грозит отключение электропитания, на защищенный сервер. Кроме того, оно обеспечивает безопасное выключение всех серверов с командного пункта vCenter, устраняя необходимость в установке специального приложения для выключения каждого сервера отдельно, что очень полезно, например, при эксплуатации кластеров. В XenCenter имеется вкладка Eaton Power, позволяющая ИТ-менеджерам контролировать все устройства питания в виртуализированной сети ЦОД. Пользователи также могут отслеживать в центральном окне XenCenter такую важную информацию, как состояние блоков PDU и датчиков контроля микроклимата.

Однако далеко не все уверены в необходимости наличия в ИБП специальных средств для поддержки виртуализированных сред. «В настоящее время вполне достаточно тех сигналов управления, которые способны выдавать «наружу» современные ИБП. А уже администраторам серверов самим решать, что должно произойти в управляемой виртуальной среде при получении того или иного сигнала от ИБП, — говорит Дмитрий Петров, главный инженер инфраструктурных проектов компании «Комплит». — Не думаю, что функция управления виртуальными машинами должна иметь прямое отношение к ИБП. Это перегружает ИБП непрофильными функциями, то есть мы получаем что-то вроде утюга со встроенным сотовым телефоном».

С этим мнением полностью согласен Константин Соколов: «Когда задают вопрос «может ли ваш ИБП отключить мой сервер?», у меня возникает ассоциация с холодильником, который сам заказывает продукты через Интернет, а потом… сам же их выбрасывает в мусоропровод без участия человека».

Вопрос наделения систем ИБП функциями по активному управлению ИТ-системами — это, скорее, вопрос разграничения полномочий между подразделениями (специалистами), отвечающими за бесперебойное электропитание и серверы соответственно. Если принятые в компании правила допускают, чтобы средства электропитания сами инициировали, например, переезд виртуальных машин, то наличие таких функций может только приветствоваться, поскольку они повышают степень автоматизации и эффективность процедур эксплуатации виртуализированных сред. Однако и запрет подобного вмешательства ИБП в работу ИТ-систем в ряде случаев тоже может быть вполне оправдан.

А вот необходимость развития «интеллекта» ИБП в части управления другими элементами систем электропитания вряд ли кто-то будет оспаривать. Например, возможность контролировать состояние аккумуляторных батарей позволяет повысить надежность системы и увеличить срок эксплуатации оборудования, а значит, и снизить совокупную стоимость владения (TCO). Как полагает Константин Соколов, ограничивающим фактором здесь является стоимость системы контроля АКБ, способной выдать достоверный результат, — пока установка таких систем оправданна в системах с емкостью аккумуляторов от сотен ампер-часов и выше.

Рисунок 4. На крыше нового ЦОД Cisco (5 МВт) в США (шт. Техас) установлены солнечные батареи, но они вырабатывают только 100 кВт для нужд офисных помещений этого объекта.

Возможно, уже в ближайшем будущем ИБП будут выступать в качестве «мозга» своеобразной электрической микросети, позволяющего оптимально задействовать имеющиеся ресурсы. Сегодня на подавляющем большинстве объектов ИБП подключают к центральной электросети, а в качестве резервного источника электричества при долговременных отключениях используют дизель-генераторы. Но ничто не мешает дополнить этот набор другими источниками электроэнергии, например солнечными батареями (см. Рисунок 4) и/или ветряными генераторами. При наличии благоприятных условий для работы подобных систем — ясной погоды для солнечных батарей и ветра для ветровых генераторов — ИБП сможет переключаться на них, значительно снижая забор энергии из центральной электросети.

Подобная идея реализована компанией AEG Power Solutions в системе Smart Micro Grid, которая позволяет совместно использовать электроэнергию из стандартных (централизованная электросеть) и альтернативных (ветряная и солнечная энергия) источников для непрерывного функционирования ЦОД. В центре соответствующего решения находятся ИБП и «интеллектуальный» контроллер управления энергией (см. Рисунок 5). Как отмечают представители этой компании, внедрение такого решения позволит не только повысить эффективность системы энергоснабжения, уменьшив операционные расходы, но и снизить объемы вредных выбросов в атмосферу.

Рисунок 5. Решение, реализованное компанией AEG Power Solutions, позволяет совместно использовать электроэнергию из стандартных (централизованная электросеть) и альтернативных (ветряная и солнечная энергия) источников для непрерывного функционирования ЦОД.

По словам Алексея Волкова, во многих системах на базе альтернативных источников электропитания используется отдельная линейка устройств Tripp Lite — инверторы серии PowerVerter. В этих системах солнечные батареи и ветряные электростанции заряжают аккумуляторные батареи, а инвертор расходует их энергию, обеспечивая питание нагрузки.

В ЦОД, как утверждает Алексей Солодовников, подобные альтернативные источники пока не используются — во всяком случае, для питания нагрузки. За рубежом у компании APC by Schneider Electric есть реализованные проекты, где крыша ЦОД покрыта солнечными батареями, но их мощности хватает разве что на освещение ЦОД. Кроме того, проблема заключается и в необходимости выделения больших площадей для генерации большой мощности с помощью солнечных батарей или ветряков. Например, построенная недавно APC by Schneider Electric в Италии солнечная электростанция с пиковой мощностью 43 МВт (среднегодовая мощность 6,4 МВт) занимает территорию в 1 км2.

Некоторая стагнация развития схемотехники классических ИБП на самом деле не означает ничего негативного. Скорее, наоборот, она говорит об очень высоком уровне проработки технических решений — имеющиеся продукты близки к совершенству. Поэтому основными «генераторами» продуктовых и технологических новостей в ближайшие годы будут именно альтернативные решения, которые, несмотря на ряд ограничений, развиваются семимильными шагами. На крупных объектах, например в центрах обработки данных, ИБП имеют все шансы стать некими интеграционными узлами, обеспечивающими согласованную работу всех элементов систем бесперебойного и гарантированного электропитания. В области же индивидуальных решений их задача — вобрать в себя новый функционал, востребованный мобильными гаджетами и новым поколением бытовой электроники, а также обеспечить более развитые функции управления электропитанием, в том числе удаленного.

Александр Барсков — ведущий редактор «Журнала сетевых решений/LAN». С ним можно связаться по адресу: ab@lanmag.ru.