L'utilizzo della modalità Eco nei sistemi UPS è talvolta frainteso. La modalità Eco viene spesso percepita come una tecnologia rivoluzionaria e si sottolinea che i rischi associati al suo utilizzo sono bassi o inesistenti. Tuttavia, questa modalità operativa nei sistemi UPS, presente da decenni, offre vantaggi ma comporta anche alcuni rischi.
I sistemi UPS a doppia conversione dispongono di due percorsi per l'alimentazione del carico: il percorso online e il percorso di bypass.
La tabella seguente mostra che entrambi i percorsi vengono utilizzati sia in modalità online (modalità operativa normale) che in modalità Eco:
la modalità online utilizza il percorso di bypass solo in caso di guasto, evenienza altamente improbabile durante la vita utile di un UPS. Pertanto, in modalità online, il carico non è soggetto a disturbi di alimentazione nemmeno in caso di problemi alla presa di corrente. Al contrario, la modalità Eco funziona normalmente utilizzando il percorso di bypass, quindi qualsiasi disturbo provoca la commutazione dell'UPS tra il percorso di bypass e quello dell'inverter.
In modalità Eco, l'utilizzo del percorso di bypass offre vantaggi poiché l'efficienza del bypass è compresa tra il 98 e il 99%, rispetto all'efficienza di base di un UPS, che si aggira intorno al 94-97%. Ciò significa che, utilizzando la modalità operativa Eco in condizioni di funzionamento normali, si ottiene un miglioramento dell'efficienza compreso tra il 2 e il 5%.
Ma i vantaggi hanno un costo. Questa modalità operativa si basa sull'alimentazione continua del carico IT tramite la linea principale non alimentata e, quando viene rilevata un'anomalia, è necessario intervenire rapidamente, modificando il percorso di alimentazione. Questa modifica può sembrare semplice, ma comporta rischi significativi e può causare complicazioni; il piccolo miglioramento in termini di efficienza, se non implementato tempestivamente, può avere un impatto negativo sul carico critico.
Miglioramenti dell'efficienza:
il contributo dell'UPS al PUE è duplice: l'energia utilizzata dall'UPS stesso, pari a circa il 9%, e l'energia utilizzata per raffreddare il calore prodotto dall'UPS, che rappresenta circa il 5% del PUE totale. Questi valori corrispondono a un data center di base con un PUE di 1,93. Tuttavia, un data center moderno con un PUE di 1,54 riduce già il consumo energetico del 20% a parità di carico di lavoro IT. Se si applica la modalità Eco a un data center con un PUE di 1,54, il risultato è il seguente:
Il grafico mostra che, quando è attiva la modalità di risparmio energetico, il carico dell'UPS si riduce dal 4% all'1,5% (corrispondente a un miglioramento dell'efficienza energetica dal 96% al 98,5%), mentre il PUE diminuisce solo da 1,54 a 1,50, rappresentando una riduzione del consumo energetico del 2,3%. Questa analisi si basa su un data center che opera al 50% del carico utilizzando un moderno sistema UPS.
In sintesi, il risparmio energetico derivante dall'utilizzo dell'UPS in modalità economica è pari a circa il 2,3%, il che corrisponde a un risparmio di 11.215 € all'anno in un data center da 1 MW a metà carico e con un costo dell'elettricità di 0,07 €/kWh.
Sebbene il 2,3% possa non sembrare una percentuale elevata in termini di risparmio energetico, è comunque considerevole. Purtroppo, questa modalità operativa a basso consumo comporta delle conseguenze che devono essere prese in considerazione: perdita di protezione elettrica, riduzione dell'affidabilità e alcune problematiche operative.
Perdita di protezione e affidabilità associata alla modalità Eco:
la modalità Eco non può prevedere cosa accadrà, quindi richiede tempo per reagire a un problema di alimentazione, poiché deve passare dalla modalità bypass alla modalità inverter. Innanzitutto, è necessario rilevare il problema elettrico, quindi localizzare e risolvere il guasto. Infine, viene attivato l'inverter e viene innestato l'interruttore di trasferimento.
In pratica, queste azioni richiedono da 1 a 16 millisecondi e la perdita di potenza durante questo intervallo può causare la saturazione del trasformatore al ripristino della tensione dopo l'interruzione di corrente di 8 secondi; un cambiamento di stato nell'intero sistema elettrico; o l'attivazione di dispositivi di protezione in ventilatori e pompe, forzando così una modifica imprevista nel sistema. Va inoltre notato che alcuni dispositivi non sono in grado di resistere a cali di potenza nell'ordine dei 16 millisecondi.
Occorre considerare anche altri aspetti relativi alla protezione. Le armoniche rivestono un ruolo significativo perché, sebbene i carichi IT attuali presentino una bassa corrente armonica, quando si attivano le modalità di risparmio energetico, la corrente aumenta e può influenzare l'intero sistema di alimentazione. Pertanto, le problematiche legate alle armoniche devono essere prese in considerazione quando si studia l'utilizzo delle modalità di risparmio energetico nei data center. Inoltre, va notato che l'avvio dell'inverter provoca un inevitabile shock termico che non si verifica quando il sistema funziona senza la modalità Eco-Mode attivata. Analogamente, anche la batteria può danneggiarsi in caso di frequenti commutazioni tra bypass e inverter, poiché i trasferimenti saranno più costanti e la temperatura ne risentirà, a differenza di quanto accade quando si utilizza la modalità di doppia conversione online.
Considerazioni operative:
La modalità Eco ha implicazioni anche per il funzionamento operativo del data center. Pertanto, è importante eseguire dei test per verificare la compatibilità della modalità operativa a basso consumo energetico con la struttura e per determinare la configurazione ottimale. Tale configurazione dovrebbe essere adattata alla struttura o alle preferenze dell'utente. Ad esempio, se la sensibilità del sistema è troppo bassa, la modalità Eco reagirà lentamente a un problema elettrico. Al contrario, se la sensibilità è troppo alta, l'inverter si attiverà troppo frequentemente.
In sintesi, la modalità Eco si presenta come una potenziale soluzione per il risparmio energetico nei data center e in altre applicazioni UPS, poiché, come abbiamo osservato, il risparmio energetico nei data center si aggira intorno al 2-3% del totale. Percentuali più elevate possono essere raggiunte se il data center opera a bassi carichi di potenza.
Tuttavia, i progressi e i miglioramenti nell'efficienza dei nuovi sistemi UPS stanno riducendo il risparmio energetico associato alla modalità di risparmio energetico e, di conseguenza, la sua utilità sta diminuendo. Inoltre, come accennato in precedenza, il suo utilizzo comporta una serie di rischi. È necessario valutare attentamente il rapporto tra benefici e rischi.
Autore:
Autore: Oscar Pons, Ingegnere di sistema, Schneider Electric
