وباستمرار تسارع عمليات التحول الرقمي، والذكاء الاصطناعي (AI)، والحوسبة السحابية، والحوسبة الحافة، فإن مراكز البيانات تستهلك طاقةً أكثر من أي وقت مضى.
ووفقًا لتقارير القطاع، فإن بنية التحتية الكهربائية تمثّل جزءًا كبيرًا من إجمالي النفقات التشغيلية (OPEX) لمراكز البيانات. وعلى الرغم من أن الخوادم وأنظمة التخزين لا تزال المستهلك الرئيسي للكهرباء، فإن نظام التغذية غير المنقطعة (UPS) يؤدي دورًا محوريًّا في ضمان موثوقية التغذية الكهربائية واستمرارية الأعمال.
ومع ذلك، يمكن أن تؤدي أنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS) غير الفعّالة إلى خسائر كبيرة في الطاقة أثناء عمليات تحويل التيار الكهربائي، وشحن البطاريات، وتوزيع الطاقة.
لمشغِّلي مراكز البيانات الوحدية، ومراكز البيانات الصغيرة الوحدية، ومراكز البيانات المُعلَّبة، يُعَد تحسين كفاءة أنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS) إحدى أكثر الطرق فعاليةً للحد من التكلفة الإجمالية للتملك (TCO)، وتحسين فعالية استخدام الطاقة (PUE)، ودعم أهداف الاستدامة.
يستعرض هذا المقال الاستراتيجيات الرئيسية التي يمكن للمنظمات اعتمادها لتعظيم كفاءة أنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS) مع الحفاظ على أعلى مستويات موثوقية التغذية الكهربائية.
لماذا تكتسب كفاءة أنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS) أهميةً بالغةً في مراكز البيانات الوحدية الحديثة
توفر أنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS) طاقةً كهربائيةً غير منقطعةً أثناء انقطاع التيار الكهربائي من الشبكة العامة، وتحمي معدات تكنولوجيا المعلومات الحرجة من تقلبات الجهد، والاضطرابات الكهربائية، والأعطال غير المتوقعة.
ورغم أن أنظمة التغذية غير المنقطعة (UPS) صُمِّمت لتحسين الموثوقية، فإنها تستهلك أيضًا طاقةً كهربائيةً أثناء:
● تحويل التيار المتناوب إلى تيار مستمر
● تحويل التيار المستمر إلى تيار متناوب
● شحن البطاريات
● توزيع الطاقة
● متطلبات التبريد
حتى تحسين بسيط في كفاءة وحدة التغذية غير المنقطعة (UPS) يمكن أن يؤدي إلى وفورات كبيرة في استهلاك الطاقة سنويًّا في مراكز البيانات متوسطة وكبيرة الحجم.
على سبيل المثال:
● وحدة تغذية غير منقطعة (UPS) سعتها ٥٠٠ كيلوواط وتعمل بكفاءة ٩٤٪ تُهدر ما يقارب ٣٠ كيلوواط من الطاقة.
● وحدة تغذية غير منقطعة (UPS) حديثة تعمل بكفاءة ٩٧٪ تقلل الفقد في الطاقة بأكثر من النصف.
وعلى امتداد دورة عمرية مدتها ١٠ سنوات، يمكن أن تتحول هذه الوفورات إلى مئات الآلاف من الدولارات في شكل خفض في تكاليف الكهرباء.
١. اختر أنظمة وحدات التغذية غير المنقطعة (UPS) المعيارية عالية الكفاءة
الخطوة الأولى نحو تحقيق وفورات في استهلاك الطاقة هي اختيار البنية المناسبة لوحدة التغذية غير المنقطعة (UPS).
غالبًا ما تعمل أنظمة وحدات التغذية غير المنقطعة (UPS) الأحادية التقليدية بكفاءة منخفضة عند الأحمال الجزئية.
وتقدِّم حلول وحدات التغذية غير المنقطعة (UPS) المعيارية الحديثة مزايا كبيرة:
كفاءة تشغيل أعلى
يمكن لأنظمة وحدات التغذية غير المنقطعة (UPS) المعيارية الرائدة أن تحقِّق:
● كفاءة تصل إلى ٩٧٪ في وضع التحويل المزدوج
● كفاءة تصل إلى ٩٩٪ في وضع الاقتصاد في استهلاك الطاقة (ECO)
سعة مناسبة تمامًا
تتيح أنظمة مصادر الطاقة غير المنقطعة القابلة للتوسيع للمشغلين تركيب السعة المطلوبة فقط حاليًّا، وإضافة وحدات مع تزايد الطلب.
الفوائد تشمل:
✓ خفض الاستثمار الأولي
✓ كفاءة أعلى عند الأحمال الجزئية
✓ فقدان أقل للطاقة
✓ تحسُّن في قابلية التوسع
ويتماشى نموذج «ادفع حسب النمو» هذا تمامًا مع عمليات نشر مراكز البيانات القابلة للتوسيع والمحجوزة في حاويات.
٢. مواءمة سعة مصدر الطاقة غير المنقطع مع الحمل الفعلي لأجهزة تكنولوجيا المعلومات
واحد من أكثر أسباب عدم كفاءة استهلاك الطاقة شيوعًا هو التصميم الزائد عن الحاجة.
تعتمد العديد من مراكز البيانات التقليدية أنظمة إمداد طاقة غير منقطعة (UPS) مُصمَّمة لاستيعاب النمو المستقبلي الذي قد لا يحدث لسنوات عديدة.
نتيجة لذلك:
● تعمل وحدات نظام إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) عند مستويات تحميل منخفضة
● تنخفض كفاءة التحويل
● تزداد الفقدان في الطاقة
ومن الأفضل أن يتبع مركز البيانات الوحداتي ما يلي:
● تقييم الطلب الحالي على أنظمة تكنولوجيا المعلومات
● تركيب سعة نظام إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) المطلوبة فقط
● التوسُّع تدريجيًّا مع زيادة عبء العمل
عادةً ما يحقِّق تشغيل نظام إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) عند مستوى تحميل يتراوح بين ٥٠٪ و٨٠٪ أفضل أداء من حيث الكفاءة.
يحسّن هذا النهج كفاءة استخدام الطاقة وكفاءة رأس المال على حد سواء.
3. تحسين معمارية توزيع الطاقة
لا تحدث خسائر الطاقة داخل وحدة التغذية غير المنقطعة (UPS) فحسب.
بل تحدث أيضًا خسائر كهربائية في جميع مراحل سلسلة التوزيع.
وينبغي أن تقلل معمارية طاقة مركز البيانات الوحدوي المُصمَّمة جيدًا من ما يلي:
● المسافات الطويلة للكابلات
● أعداد المحولات الزائدة
● المراحل المتعددة للتحويل
● معدات التوزيع غير الضرورية
أفضل الممارسات تشمل:
معمارية الطاقة الموزَّعة
يقلل وضع معدات الطاقة بالقرب من أحمال تكنولوجيا المعلومات من خسائر النقل.
وحدات توزيع الطاقة الذكية (PDUs)
توفر وحدات توزيع الطاقة الحديثة ما يلي:
● مراقبة استهلاك الطاقة في الوقت الفعلي
● إمكانية رؤية دوائر التفرع
● قدرات موازنة الأحمال
توزيع عالي الجهد
يمكن أن يؤدي استخدام أنظمة توزيع الطاقة ذات الجهد الأعلى إلى خفض الخسائر الكهربائية بشكل كبير.
والنتيجة هي كفاءة طاقية إجمالية أعلى، بدءاً من نقطة دخول الطاقة من الشبكة وحتى مستوى الرفوف.
٤. تحسين التبريد حول معدات وحدات التغذية غير المنقطعة (UPS)
تولّد أنظمة وحدات التغذية غير المنقطعة (UPS) حرارة أثناء التشغيل.
تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى خفض الكفاءة وتقصير عمر المكونات.
تركز العديد من مراكز البيانات جهود التبريد على معدات تكنولوجيا المعلومات فقط، بينما تتجاهل البنية التحتية للطاقة.
لتحقيق أقصى أداء لمصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS):
الحفاظ على درجات حرارة التشغيل الموصى بها
توصي معظم شركات تصنيع مصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS) بما يلي:
● من ٢٠°م إلى ٢٥°م (من ٦٨°ف إلى ٧٧°ف)
استخدام أنظمة تبريد دقيقة
غالبًا ما تعتمد مراكز البيانات النمطية الحديثة على:
● تبريد صفّي
● تكييف هواء دقيق
● إدارة ذكية لتدفق الهواء
فصل تدفقات الهواء الساخن والبارد
تنظيم تدفق الهواء بشكل مناسب يمنع إعادة تدوير الحرارة ويعزز فعالية التبريد.
انخفاض درجات حرارة تشغيل وحدة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) يؤدي إلى:
● كفاءة أعلى
● إطالة عمر البطارية
● خفض تكاليف الصيانة
٥. الاستفادة من تكنولوجيا بطاريات الليثيوم-أيون
تؤثر أنظمة البطاريات تأثيراً كبيراً على كفاءة وحدة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) وتكاليف التشغيل.
للبatterيات التقليدية من نوع VRLA قيودٌ عديدة:
● عمر افتراضي أقصر
● متطلبات صيانة أعلى
● طلب أكبر على التبريد
تعتمد العديد من مراكز البيانات الوحدية المتطورة الجيل القادم تقنية بطاريات الليثيوم-أيون.
الفوائد تشمل:
انخفاض استهلاك الطاقة
عادةً ما تمتلك بطاريات الليثيوم-أيون:
● كفاءة شحن أعلى
● مقاومة داخلية أقل
حياة خدمة أطول
العمر الافتراضي النموذجي:
● بطاريات VRLA: ٣–٥ سنوات
● بطاريات الليثيوم-أيون: ١٠–١٥ سنة
أصغر حجم
تقلل الكثافة الأعلى للطاقة من متطلبات المساحة.
في مراكز البيانات الوحدية الجاهزة للذكاء الاصطناعي، تصبح تقنية الليثيوم-أيون بشكل متزايد الحل المفضل.
6. تنفيذ مراقبة ذكية للطاقة وإدارة بنية مراكز البيانات
لا يمكن تحسين ما لا يمكن قياسه.
توفر منصات إدارة بنية مراكز البيانات الحديثة (DCIM) رؤيةً قيمةً لأداء وحدات التغذية غير المنقطعة (UPS).
تشمل القدرات الرئيسية للمراقبة ما يلي:
● مستويات حمل وحدات التغذية غير المنقطعة (UPS)
● اتجاهات استهلاك الطاقة
● حالة صحة البطاريات
● تحليل جودة الطاقة
● التنبؤ بالسعة
تساعد التحليلات المتقدمة المشغلين في تحديد ما يلي:
● وحدات مزود الطاقة غير المستخدمة بالكامل
● ظروف التشغيل غير الفعالة
● الأعطال المحتملة قبل حدوث توقف التشغيل
يدعم هذا النهج الاستباقي كلاً من توفير الطاقة والموثوقية التشغيلية.
7. خفض طلب مركز البيانات على التبريد من خلال إدارة أفضل لتدفق الهواء
ورغم أن أنظمة مزود الطاقة غير المنقطعة (UPS) تشكل جزءاً من بنية التحتية الكهربائية، فإن كفاءة المنشأة ككل مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بأداء نظام التبريد.
إن سوء إدارة تدفق الهواء يجبر أنظمة التبريد على استهلاك طاقة إضافية.
تشمل الاستراتيجيات الفعالة ما يلي:
عزل الممرات الساخنة/المبردة
فصل تيارات الهواء الساخن والبارد يحسّن كفاءة التبريد.
إغلاق تسرب الهواء
منع تسرب تيار الهواء غير المرغوب فيه يقلل من هدر الطاقة في أنظمة التبريد.
ترتيب الرفوف بشكل مثالي
وضع المعدات بشكل مناسب يحسّن تدفق الهواء والتحكم في درجة الحرارة.
وبالتالي، يؤدي خفض الطلب الكلي على التبريد إلى تشغيل المنشأة بأكملها — بما في ذلك أنظمة التزويد غير المنقطع بالطاقة (UPS) — بكفاءة أعلى.
8. تحسين عزل المبنى والتحكم في البيئة
غالبًا ما تحدث خسائر الطاقة خارج غرفة الطاقة نفسها.
تجاهل العديد من المنشآت لأثر عزل المبنى على استهلاك الطاقة.
تشمل الإجراءات الموصى بها:
● جدران وسقوف معزولة
● أبواب ونوافذ مغلقة بإحكام
● حواجز حرارية
● تصاميم غلاف مقاومة للعوامل الجوية
في مراكز البيانات المُضمَّنة في حاويات والمرافق الخارجية الوحدوية، تكتسب العزلة عالية الأداء أهمية خاصة.
ويؤدي خفض اكتساب الحرارة مباشرةً إلى خفض متطلبات التبريد واستهلاك الطاقة.
استعداد بنية التحتية لوحدات التغذية غير المنقطعة (UPS) لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي
إن أحمال العمل الخاصة بالذكاء الاصطناعي تُغيِّر متطلبات الطاقة.
قد تتطلب مجموعات الذكاء الاصطناعي ما يلي:
● رفوف بقدرة ٣٠ كيلوواط
● رفوف بقدرة ٥٠ كيلوواط
● رفوف بقدرة ١٠٠ كيلوواط فأكثر
تتطلب هذه البيئات عالية الكثافة ما يلي:
● أنظمة إمداد طاقة غير منقطعة (UPS) فائقة الكفاءة
● بنية معيارية قابلة للتوسّع
● إدارة ذكية للطاقة
● تكامل متقدم لأنظمة التبريد
توفر أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) المعيارية المرونة اللازمة لدعم التوسّع المستقبلي في مجال الذكاء الاصطناعي دون التأثير على كفاءة استهلاك الطاقة.
فوائد أنظمة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS) الموفرة للطاقة في المراكز البيانات المعيارية
يمكن للمؤسسات التي تتبنّى استراتيجيات إمداد طاقة غير منقطعة (UPS) فائقة الكفاءة أن تحقّق ما يلي:
تكاليف تشغيل أقل
يؤدي خفض استهلاك الكهرباء إلى تخفيض النفقات التشغيلية السنوية (OPEX).
تحسين معامل الاستخدام الكهربائي (PUE)
تؤدي كفاءة التحويل الأعلى للطاقة إلى تحسين أداء معامل الاستخدام الكهربائي (PUE) مباشرةً.
انخفاض انبعاثات الكربون
يدعم الاستهلاك الأقل للطاقة أهداف الاستدامة والمبادرات المتعلقة بالبيئة والاجتماع والحوكمة (ESG).
موثوقية أعلى
تتعرض أنظمة مصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS) المُحسَّنة لضغط حراري أقل، ما يحسِّن عمر المعدات الافتراضي.
عائد استثماري أسرع
تتراكم وفورات الطاقة طوال دورة حياة المنشأة.
الخاتمة
وبما أن متطلبات الطاقة لا تزال في ازدياد مستمر في تطبيقات الذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية والاتصالات والحوسبة الحافة (edge computing)، فقد أصبحت كفاءة أنظمة مصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS) عنصرًا جوهريًّا في تصميم مراكز البيانات النمطية الحديثة.
وباعتماد أنظمة مصادر الطاقة غير المنقطعة (UPS) النمطية عالية الكفاءة، وتحديد السعة المناسبة بدقة، وتحسين توزيع الطاقة، ورفع أداء أنظمة التبريد، وتنفيذ أنظمة الرصد الذكية، واعتماد تقنيات البطاريات المتقدمة، يمكن للمنظمات خفض استهلاك الطاقة بشكل كبير مع الحفاظ على أقصى درجات الموثوقية.
للمشغلين الذين يبحثون عن بنية تحتية أكثر اخضرارًا وقابلة للتوسع بشكل أكبر وجاهزة للمستقبل، لم تعد معمارية أنظمة التغذية غير المنقطعة الفعالة من حيث استهلاك الطاقة خيارًا اختياريًّا— بل هي استثمار استراتيجي يُسهم في نجاح العمليات على المدى الطويل.
EN
