دور تصحيح عوامل القوة في مركز البيانات

زيادة النفايات من الطاقة

وتتسبب تدفقات الطاقة الاستباقية في خسائر إضافية I2R] في أجهزة الوصل والمحولات والمعدات فوق المجرى، وحتى في حالة عدم وجود عقوبات على المرافق، تزيد الطاقة المهدرة الاستهلاك العام للمرفق وتسهم في زيادة فعالية الطاقة [PUE] .

معدات الإجهاد وعمرها

ويدفع عامل الطاقة المنخفض الهياكل الأساسية الكهربائية (الأجهزة الكهربائية، والكسر، والمحولات، وأجهزة البريد الإلكتروني) إلى حمل التيار الأعلى من اللازم، وهذا التيار الإضافي يولد الحرارة ويعجل بالشيخوخة ويقلل من العمر التشغيلي للمكونات، وفي الحالات القصوى، يمكن أن تسبب التيارات المتسقة من حمولات غير خطية زيادة في الحرارة أو إعادة التسخين التي تضر بالمصارف التي تستخدم في الكابسات.

حدود القدرات

ونظراً لارتفاع مستوى القدرة الكهربائية الواضحة، فإن مراكز البيانات التي تعاني من ضعف في عوامل الطاقة قد تلحق أضراراً في حدود قدرة المحول أو المولدات الكهربائية، مما يتطلب رفع مستويات باهظة التكلفة حتى عندما تكون حمولات الطاقة الحقيقية لا تزال في حدود التصميم، ويمكن لإصلاح الفلور أن يحرر القدرة على معدات إضافية لتكنولوجيا المعلومات دون إنفاق رأسمالي على الهياكل الأساسية الجديدة للطاقة.

تصحيح مركز عوامل القوة والبيانات

وقد أصبحت شهادات كفاءة الطاقة بالنسبة لمراكز البيانات متفاوتة حاسمة بالنسبة للمنظمات الملتزمة بالاستدامة والتفوق التشغيلي، وكثيرا ما تحدد هذه الشهادات متطلبات أو توفر ائتمانات لتحسين كفاءة النظام الكهربائي، وتسهم تصحيحات عوامل القوة إسهاما مباشرا في استيفاء تلك المعايير.

LEED (Leadership in Energy and Environmental Design)

وتشمل الخطة المتوسطة الأجل، مقياساً للأرقام 4 و4-1، الشروط المسبقة والائتمانية المتصلة بـ الأداء في مجال الطاقة على النحو الأمثل ويمكن للمشاريع، في إطار ائتمان " الأداء المتوقع للطاقة " ، أن تحقق نقاطاً من حيث التكلفة بالنسبة لمبنى خط الأساس، وفي حين أن تصحيح عامل القوة وحده لا يؤدي إلى نقاط مباشرة للكسب، فإنه يقلل من الاستهلاك والطلب الإجمالي للطاقة، ويساعد المشاريع على تحقيق الحد الأدنى من الحد الأدنى المطلوب للنقاط خفض الانبعاثات.

BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method)

ويمنح نظام " BREEAM " لمراكز البيانات قروضاً تحت بند " الطاقة - الكفاءة " و " Ene - Sub-metering " ، ويسهم عامل الطاقة المصحح جيداً في خفض استخدام الطاقة، ودعم الأدلة لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، كما ينظر الدليل التقني لمراكز البيانات ] في نوعية الطاقة كجزء من " التلوث - الضرر " .

ENERGY STAR for Data Centers

ويستند اعتماد نظام " إنرجي ستار " الخاص بمراكز البيانات إلى تحقيق قيمة محددة من اليورانيوم المستنفد (من 1 إلى 30 أو أقل بالنسبة للتشييد الجديد) وبما أن تصحيح معامل الطاقة يحسن الكفاءة الكهربائية عموما، فإنه يقلل من التسمية (طاقة المرفق الإجمالي) في حساب نظام تخطيط الطاقة الكهربائية، مما يسهل تحقيق الهدف، كما أن مدير بوابة نظام " إنيرغي ستار " يسمح بالإبلاغ عن عامل الطاقة كجزء من القياسات في أداء الطاقة.

ISO 50001 (Energy Management Systems)

ولا يحدد المعيار الدولي لتوحيد المقاييس 50001 أهدافا رقمية محددة، ولكنه يتطلب التحسين المستمر في أداء الطاقة، ويمكن لمركز بيانات لديه برنامج موثق لإصلاح عوامل الطاقة أن يبرهن على وفورات الطاقة (الطلب المنخفض على مستوى كيلوفولت أمبير، والخسائر الأقل) كجزء من نظام إدارة الطاقة، مما يمكن أن يساعد على تحقيق أهداف التصديق والاستدامة على المدى الطويل.

The Green Grid’s PUE Metric

وفي حين أن الغريق الأخضر لا يصدر شهادات، فإن قياسه في شكل نظام PUE هو المعيار الفعلي للإبلاغ عن كفاءة مركز البيانات، ويقلل تصحيح عوامل القوة من إجمالي قياس قدرة المرفق، ويقلل مباشرة من نظام PUE. ويعتمد العديد من مخططات التصديق (مثل نظام تخطيط البرامج ومدونة قواعد السلوك للاتحاد الأوروبي) على استخدام المعدات المملوكة للوحدات كمؤشر رئيسي للأداء.

External Resource: Learn more about the ]LEED framework for data centers] on the USGBC website.

How Power Factor Correction Contributes to Certification requirements

وبالإضافة إلى مجرد تخفيض نسبة مئوية من الناتج المحلي الإجمالي، فإن متطلبات التصديق المحددة تتماشى مع تنفيذ برنامج التمويل المأمون:

وثائق تدابير التنقيب عن الطاقة

وتحتاج شهادات مثل الـ (LEED) و(بريكام) إلى توثيق مفصل لجميع تدابير حفظ الطاقة (ECMs) ويمكن التحقق من أثرها من خلال قياسات قبل وبعد الطلب على كيلوفولط أمبير، والقدرة على الاسترجاع، والتشوه المتجانس، ويمكن للمهندسين حساب الانخفاض في الخسائر المحولة وتحديد كمية وفورات الطاقة في كل سنة.

Demonstration of Reduced Energy Consumption

ويجب أن يكون نموذج الطاقة بالنسبة لإصدار الشهادات بمثابة خط أساس وتصميمات مقترحة، بما في ذلك PFC في النموذج المقترح، يخفض الطلب الظاهر على الطاقة، ويخفض من خسائر التوزيع، وتمنح بعض الشهادات ائتمانات الابتكار لتنفيذ التكنولوجيات التي تتجاوز الحد الأدنى من الرموز؛ وقد يكون من الممكن أن يكون مؤهلاً بموجب هذا المسار.

تنفيذ الممارسات الكهربائية المستدامة

وكثيراً ما تتطلب أطر الاستدامة أن تعمل النظم الكهربائية على أفضل وجه من الكفاءة، ويشار صراحة إلى تصحيح عوامل القوة في العديد من أدلة الممارسات الفضلى، مثل مدونة قواعد السلوك لمراكز البيانات التابعة للاتحاد الأوروبي [(FLT:1]) التي توصي بالحفاظ على عامل القوة فوق 0.95، ويشير المعهد الأعلى أيضاً إلى أن المادة الكيميائية من فئة الخدمة المدنية ممارسة تشغيلية موحدة للمرافق الفعالة.

التنفيذ العملي لإصلاح مصانع الطاقة في مراكز البيانات

Measuring Existing Power Factor

وقبل تنفيذ الإصلاح، يجب على مديري المرافق قياس حجم القوة العاملة حالياً في نقاط متعددة: في مدخل المرافق، وفي لوحة المفاتيح الرئيسية، وفي ناتج نظام البريد الموحد، وفي كل فريق من أفرقة وحدة توزيع الموظفين، يمكن لمحللي نوعية الطاقة تسجيل معاملات القوة المتعددة الجنسيات بمرور الوقت لاستخلاص التباين أثناء ظروف حمولة مختلفة (مثلاً، في مقابل الليل، وفي الحمولة الجزئية أثناء الصيانة).

اختيار طريقة الإصلاح

• For the main utility feed]: Automatic capacitor banks with power factor controllers are standard. they shift capacitor stages in and out to maintain a target PF (typically 0.95-0.98).
• For UPS systems]: Modern online double-conversion UPS units often have built-in active PFC on the input rectifier, achieving PF near 0.99. Older UPS may need external filtering.
• For server power supplies]: Specify 80 PLUS Titanium or Platinum rated supplies with active PFC. These units achieve high PF (0.99) and high conversion efficiency.
• For changing frequency drives (VFDs) in cooling]: VFDs can inject harmonics; use 12-pulse or 18-pulse rectifiers, or add harmonic filters to maintain PF and low THD.

التخزين والتنسيب

وينبغي وضع مصارف الكابات على أساس إجمالي متطلبات الكمبيوتر المميت، والهدف المشترك هو تصحيح الكم المائي إلى 0.95 أو أكثر، وينبغي أن يكون التنسيب على مقربة من الحمولات المحفزة قدر الإمكان للتقليل إلى أدنى حد من خسائر التوزيع، وتجنب التوقيف عن طريق إجراء دراسة متناسقة، لا سيما عندما تستخدم مصارف الكابات جنبا إلى جنب مع حمولات غير خطية.

الرصد والصيانة

ويوصى باستمرار رصد برمجيات إدارة المباني أو برامج إدارة الطاقة، وينبغي أن تُطلق الأسلحة إذا انخفضت قيمة الفلور إلى ما دون الهدف، وتحتاج مصارف الكابسيتور إلى تفتيش دوري للفشل (التفجير، التسرب، الصمامات الفاسدة) وتكفل شركة PFC العاملة في نظام الإبلاغ الموحد ووحدات الدعم، وتحديثات البرمجيات الحاسوبية وإدارة الحملات السليمة الأداء المستدام.

دراسة حالة: تصحيح مصانع الطاقة وتصديقها على المواد المبتعَلة

وقام مركز بيانات في منتصف المدة في شمال فرجينيا (20 حمولة من تكنولوجيا المعلومات) بتنفيذ تصحيح عامل القوة كجزء من إعادة استخدام أوسع لكفاءة الطاقة، وقبل تصحيحها، كان متوسط حجم المرفق في مضيق المرافق 0.82 بسبب النظم القديمة لأجهزة الإمداد بأجهزة الإمداد بالكهرباء ومزيج من إمدادات الطاقة، وبعد تركيب مصارف للمكثفات الآلية في مفاتيح تبديل الترددات الـ 13.2 كيلوفولت، ورفع مستوى وحدات النظام الموحد إلى نماذج ذات قدرة نشطة.

وشملت النتائج ما يلي:

• تخفيض عقوبة عوامل القوة من 000 15 دولار شهريا إلى 0
• انخفاض الخسائر في المحول: وفورات تبلغ حوالي 650 مليون دولار في السنة
• تحسن معدل الإصابة بالفيروس من 1.58 إلى 1.52
• Earned 4 points under LEED EA “Optimize Energy Performance” after combined efficiency measures
• مؤهلة للحصول على ابتكار إضافي في مجال التصميم الائتماني لإثبات جودة السلطة العليا

وكانت فترة انتعاش المشروع أقل من 18 شهرا، مما جعل من برنامج بناء الثقة أحد أكثر تدابير الطاقة فعالية من حيث التكلفة في مجال إعادة استخدام الطاقة.

ما بعد التصديق: فوائد إضافية لإصلاح مصانع الطاقة

وفي حين أن الشهادات تشكل عاملاً قوياً، فإن لجنة الأوراق المالية تقدم مزايا تشغيلية تتجاوز الامتثال:

• Improved voltage regulation]: Correcting PF reduces voltage drop across long cable runs, improving equipment performance.
• Reduced harmonic distortion: Active filters and correction devices can mitigate harmonics, reducing transformer heating and nuisance tripping of breakers.
• مولدات الكهرباء المزودة بأجهزة تشغيل ]: مع وجود كهرباء أفضل، يمكن لمولدات الديزل أن تحمل المزيد من الحمولة الحقيقية دون زيادة التسخين، مما يوفر وقتا أطول للتأهب.
• Enhanced reliable]: يقلل التيار في المغذيات من الضغط على الاتصالات ويتيح ارتفاع هوامش التكرار.
• Future-proofing]: نظراً لاعتماد مراكز البيانات حواسيب خدمة أعلى كثافة وأعباء العمل في مجال مكافحة الفساد، يصبح تصحيح عوامل القوة أكثر أهمية بسبب زيادة الحمولات غير الخطية.

التحديات المشتركة والتصورات الخاطئة

الأسطورة: تصحيح عوامل القوة لا يقلل إلا من مشاريع القوانين المتعلقة بالصلاحية

وفي حين أن تخفيض العقوبات هو منفعة أساسية، فإن لجنة الخدمة المدنية الدولية تحسن أيضاً الكفاءة في جميع المسارات الكهربائية، وحتى المرافق التي لا توجد فيها عقوبات على مرفق الخدمة المدنية، ترى وفورات ملموسة من الخسائر المخفضة وزيادة القدرات.

التحدي: هرمونات من القروض غير الحديدية

ويمكن للمصارف ذات الغطاء الموحد أن تتردد في التفاعل الموصل في الترددات المتسقة، مما يتسبب في حدوث تجاوزات كبيرة وضرر محتمل، ويقضي هذا الخطر بإجراء دراسة متناسقة قبل التركيب، ويمكن للمرشحات المتناسقة الحديثة أن تصحح كل من الفينول الخماسي والثدي في آن واحد.

التحدي: شروط الإقراض الجزئي

ونادرا ما تدار مراكز البيانات بكامل طاقتها، وقد يبالغ المكثفون المثبتون في الحمولة المنخفضة، مما يؤدي إلى فرض عقوبات على القطاع الخاص، ويمكن أن يسبب أيضا مشاكل في المعدات، كما أن المصارف ذات المشغلات الآلية أو شركات القطاع الخاص العاملة تعتبر أساسية بالنسبة للشحنات المتغيرة.

الاستنتاج: تصحيح عوامل القوة كعنصر من عناصر مركز البيانات

وليس تصحيح عوامل القوة مجرد تدبير للتحسين الكهربائي - بل هو استراتيجية أساسية لتحقيق كفاءة عالية في الطاقة في مراكز البيانات، وبخفض تدفق الطاقة التفاعلي، يقلل الفلوريد من النفايات الكهربائية، ويخفض تكاليف التشغيل، ويعزز موثوقية المعدات، ويدعم مباشرة القياسات اللازمة لإصدار شهادات مثل LEED، وBREEAM، وENERGY STAR، و ISO 50001.

ومع استمرار التوسع في البنية التحتية الرقمية وتشديد أنظمة الطاقة، فإن مشغلي مراكز البيانات الذين يرتبون أولوية تصحيح عوامل القوة سيجدون أنفسهم في وضع أفضل لتحقيق أهداف الاستدامة، وميزانيات المراقبة، والحفاظ على الميزة التنافسية، ويتطلب تنفيذ هذه المادة تخطيطاً دقيقاً وقياساً ورصداً مستمراً، ولكن العائدات - المالية والبيئية على حد سواء أمر هام.

External Resource: For deeper technical insights, refer to the ] Schneider Electric power factor correction solutions]. Also see the ]U.S. Department of Energy’s guidance on data center efficiency.