Penerapan Generator Diesel——Topik 1. Pusat Data

 

1. Komposisi Konsumsi Energi Pusat Data

2. Penyebab Gangguan Data Center 

3. Sistem Distribusi Tenaga Pusat Data

Sistem distribusi daya pusat data mengubah tegangan tinggi menjadi tegangan menengah, dan kemudian menjadi tegangan rendah untuk digunakan oleh peralatan IT. Penyedia utilitas memasok listrik bertegangan tinggi (>100kV) atau bertegangan menengah, yang memerlukan gardu induk dan transformator daya di lokasi untuk menurunkannya ke tegangan menengah (MV). Switchgear MV dengan aman mendistribusikan daya MV ke transformator lain, yang terletak di dekat ruang data, yang mengurangi tegangan ke tegangan rendah (LV, misalnya 415V). Dipasangkan dengan trafo ini adalah generator diesel, yang juga menghasilkan keluaran 415V AC. 

Jika listrik padam, Sakelar Transfer Otomatis (ATS) secara otomatis mengalihkan beban ke generator. Dari titik ini, muncul dua jalur listrik: satu ke peralatan IT dan satu lagi ke peralatan pendingin. Jalur peralatan TI pertama-tama mengalir melalui sistem UPS, yang terhubung ke bank baterai yang biasanya menyediakan waktu penyimpanan 5-10 menit – cukup untuk menghidupkan generator (dalam satu menit) dan menghindari pemadaman sementara. Daya UPS biasanya disuplai langsung ke peralatan TI melalui Unit Distribusi Daya (PDU).

Langkah terakhir melibatkan penyaluran daya ke chip melalui Power Supply Unit (PSU) dan Module Regulator Tegangan (VRM).

4. Akselerasi Daya Komputasi CPU/GPU Mendorong Permintaan Daya

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan berkembangnya Kecerdasan Buatan (AI), pembelajaran mesin, dan analisis data besar, permintaan akan sumber daya komputasi meningkat secara dramatis. Iterasi berkelanjutan pada teknologi CPU dan GPU telah mendorong peningkatan signifikan dalam daya komputasi. Misalnya:

Peningkatan Konsumsi Daya GPU:

Daya Desain Termal (TDP) GPU generasi baru (seperti NVIDIA A100, H100, dan seri Blackwell berikutnya) terus meningkat, meningkat dari beberapa ratus watt menjadi 700W, bahkan melebihi 1200W.

Menghitung Ledakan Daya:

Karena pelatihan dan inferensi AI memerlukan kemampuan komputasi yang sangat tinggi, jumlah GPU yang diterapkan per pusat data meningkat tajam, sehingga meningkatkan kebutuhan daya secara keseluruhan.

5.1 Pusat Data Mempekerjakan Lusinan Generator

Generator dipasangkan satu-ke-satu dengan trafo tegangan rendah untuk memastikan pengoperasian pusat data selama listrik padam di hulu. Sebuah generator, dengan keluaran daya yang disesuaikan dengan trafo, dipasang di samping setiap trafo tegangan rendah. Generator ini aktif jika terjadi kegagalan pada transformator atau sumber listrik hulu. Jika listrik utama mati, Sakelar Transfer Otomatis (ATS) di switchgear tegangan rendah secara otomatis beralih ke generator (setiap generator di kampus skala besar biasanya memiliki peringkat daya 2-3 MW). Sebuah generator 3MW memiliki lebih dari 4000 tenaga kuda. Dua puluh atau lebih generator semacam itu biasanya ditemukan di pusat data skala besar. Misalnya: Cummins Power menyediakan 45 genset diesel C2500D5A yang dilengkapi dengan mesin Cummins QSK60 untuk Pusat Data Komputasi Awan Zhejiang, dan 24 unit C2500D5A-10.5KV untuk proyek Alibaba di Nantong.

5.2 Analisis Sensitivitas Ukuran Pasar Generator Diesel (Dihitung hanya untuk Permintaan NVL72)

Kapasitas daya genset diesel dapat mencapai hingga 2 kali lipat dari total beban IT. Menurut CDCC, dalam satu kasus renovasi pusat data, terdapat lemari server 1376 x 4kW dan lemari jaringan 24 x 4kW. Mengingat faktor pemanfaatan 0,9, total beban TI adalah 5.040kW. Proyek ini menggunakan 5+1 unit genset diesel luar ruangan tegangan menengah 1800kV. Kami mengamati bahwa dalam kasus ini, daya generator diesel kira-kira dua kali lipat dari total beban TI.

Menurut CDCC, harga umum untuk merek generator diesel mainstream di industri pusat data adalah sekitar: 2,5 juta RMB untuk 1800kW, 3,6 juta RMB untuk 2000kW, 5,5 juta RMB untuk 2200kW, dan 8,3 juta RMB untuk 2500kW (semuanya berdasarkan peringkat daya umum).

Analisis sensitivitas sederhana menunjukkan bahwa, dengan asumsi penggunaan generator diesel 2000kW dan kebutuhan dua kali total beban TI, ukuran pasar generator diesel yang dibutuhkan untuk 25.000 rak GB200 NVL72 adalah sekitar 10,8 miliar RMB.

5.3 Permintaan Kekuatan TI Pusat Data

5.4 Lanskap Kompetitif Generator Diesel Pusat Data

Produsen luar negeri mendominasi industri genset diesel pusat data. Pusat data terutama menggunakan genset diesel merek impor, sebagian besar produk dari Cummins, Caterpillar, MTU, Mitsubishi, dll. Model yang umum digunakan termasuk seri Cummins C2500D5A, Caterpillar 3516B, dan MTU 4000. Di antara merek-merek mesin diesel bertenaga tinggi dan berkecepatan tinggi yang beredar di pasaran, selain merek impor, saat ini terdapat merek usaha patungan seperti Yuchai MTU dan Chongqing Cummins. Merek dalam negeri seperti Yuchai, Weichai, dan Pangu(Googol) sudah memiliki beberapa kasus penerapan di pasar pusat data.

5.5 Perbandingan Parameter: Genset Diesel Domestik vs Impor

Perbedaan utama antara merek impor dan dalam negeri terletak pada mesinnya sendiri. Saat ini, tidak banyak perbedaan dalam konfigurasi kemasan dan teknologi pengemasan.

Tabel 1: Perbandingan Parameter Utama Genset Diesel

Kategori	Keterangan	Persyaratan	Impor Genset Diesel	Generator Diesel Domestik
Genset Diesel	Daya Berkelanjutan Pusat Data (Berdasarkan Daya DCP ISO-8528)	1800-2400kw	☆☆	☆☆
	Rentang Ketinggian Tanpa Pengurangan Kapasitas	1500m	☆☆	☆☆☆
	Kisaran Suhu Sekitar Tanpa Pengurangan Kapasitas	-10~40℃	☆☆	☆☆☆
	Ukuran	Apakah bisa diatur dalam wadah standar 40 kaki	☆☆☆	☆☆
	Berat (Berat Bersih)	-	☆☆☆	☆☆
	Konsumsi Bahan Bakar (Tingkat Beban 100%)	≤240g/kWh	☆☆☆	☆☆
	Waktu dari Mulai hingga Penetapan Tegangan	6 detik	☆☆☆	☆☆
	Waktu dari Mulai hingga Pemuatan 100%.	60an	☆☆☆	☆☆
	Tingkat Kinerja Penahan Beban	G3	☆☆☆	☆☆☆
	Kapasitas Beban Sementara Di Bawah G3	0-50%	☆☆☆	☆☆☆
		Dapat memberikan kapasitas beban transien seketika 0-X% (X>50)
	Deviasi Tegangan Transien	Langkah 100%: ≤20%, langkah 0-50%: ≤15%	☆☆☆	☆☆☆
	Waktu Pemulihan Tegangan Transien	≤4 detik	☆☆☆	☆☆☆
	Deviasi Frekuensi Sementara	Langkah 100%: ≤10%, langkah 0-50%: ≤7%	☆☆☆	☆☆☆
	Waktu Pemulihan Frekuensi Sementara	≤3 detik
	Kebisingan	≤110dB	☆☆☆	☆☆☆
	Getaran	Perpindahan <0,72 mm, Kecepatan Getaran <... (terkabur sebagian)
	Kapasitas Beban Kapasitif	Kapasitif -0,9 hingga 1 Tanpa Pengurangan Kapasitas	☆☆☆	☆☆☆

Tabel2: Perbandingan parameter utama mesin diesel, alternator dan komponen lainnya

Kategori	Keterangan	Persyaratan	Impor Genset Diesel	Generator Diesel Domestik
Mesin Diesel	Metode Injeksi Bahan Bakar	Injeksi Elektronik atau Common Rail Tekanan Tinggi	☆☆	☆☆
	Kontrol Kecepatan Mesin	Kontrol Kecepatan Elektronik	☆☆☆	☆☆☆
	Suhu Sekitar Radiator	40-45℃	☆☆	☆☆☆
	Kapasitas Baterai Pemula	Setidaknya 6 Kali	☆☆☆	☆☆☆
	Pengisi daya	Pengisi Pulsa	☆☆☆	☆☆
	Pendingin Bahan Bakar	Konfigurasi Pabrik	☆☆☆	☆☆
	Pemanas Air Silinder	9/12KW	☆☆	☆☆
Generator	Oli Mesin	Konfigurasi Pabrik	☆☆☆	☆☆
	Pendingin	Konfigurasi Pabrik	☆☆☆	☆☆
	Metode Eksitasi	PMG atau AREP	☆☆☆	☆☆☆
	AVR	Dilengkapi Pabrik atau BASLER DECS150 (BASLER DECS150)	☆☆☆	☆☆☆
	Kelas Isolasi	Tidak Lebih Rendah Dari Kelas F	☆☆☆	☆☆☆
	Kelas Kenaikan Suhu	Tidak Lebih Rendah Dari Kelas F	☆☆☆	☆☆☆
	Bantalan	Bantalan Ganda	☆☆	☆☆☆
	Efisiensi	≥95%	☆☆☆	☆☆☆
	Sensor Suhu	Berliku RTD6, Bantalan RTD2	☆☆☆	☆☆☆
	Kelas Perlindungan	Tidak Lebih Rendah Dari IP23	☆☆☆	☆☆☆
Kopling dan Isolator Getaran	Kopling dan Isolator Getaran	Kopling Elastis Tinggi, Setara Flender. Isolator, Konfigurasi Pabrik atau Setara Flender.	☆☆☆	☆☆
Pengontrol Paralel	Model dan Fungsi Panel Kontrol	Dikonfigurasi Pabrik atau BASLER, DEIF dll. (BASLER, Setara Danfoss)	☆☆☆	☆☆
Wadah	Ukuran	Standar 40 kaki atau Ukuran Lainnya	☆☆	☆☆
	Tingkat Kebisingan	75dB	☆☆	☆☆
	Berat (Termasuk Mesin Diesel dan Peralatan Pencocokan)	-	☆☆☆	☆☆

5.6 Pemilihan dan Penerapan Genset Diesel di Industri Pusat Data

Seleksi Kekuatan

Pemilihan daya harus didasarkan pada kondisi pengoperasian sebenarnya. Pemilihan daya genset diesel mempunyai dampak yang sangat signifikan terhadap investasi pusat data dan jaminan pasokan listrik. Pelanggan yang berbeda memilih daya genset yang sesuai berdasarkan kebutuhan yang berbeda, sehingga menawarkan fleksibilitas yang besar.

Sebagai standar penting untuk genset diesel, ISO 8528-1 dan GB/T 2820-1 menetapkan empat jenis peringkat daya genset diesel. Namun, karena peringkat daya yang ditentukan didasarkan pada empat kondisi pengoperasian yang tidak sepenuhnya selaras dengan profil beban pusat data, pemilik harus memilih berdasarkan karakteristik pusat data.

Cummins Power memimpin industri ini dengan mengusulkan daya DCC (Data Center Continuous), yaitu peringkat catu daya berkelanjutan yang sesuai untuk penggunaan pusat data, yang disesuaikan dengan karakteristik operasional pusat data. Hal ini memberikan nilai signifikan bagi investasi pusat data dan manajemen operasional. Peringkat DCC diakui oleh Uptime Institute dan dapat digunakan untuk sertifikasi Uptime Tier III dan Tier IV.

Faktor Kunci dalam Pemilihan Genset

Mesin menyediakan daya yang diperlukan untuk genset diesel. Pemilihan mesin adalah bagian terpenting dalam memilih genset.

Dasar

Memberikan daya yang cukup dan respons dinamis terhadap perubahan beban. Karena rumitnya perancangan dan pembuatan mesin diesel berkapasitas besar, mesin dari berbagai pabrikan dapat sangat bervariasi. Kemampuan mesin untuk menghasilkan tenaga yang cukup menjadi pertimbangan utama, diikuti dengan respons dinamisnya terhadap perubahan beban, yang juga merupakan indikator teknis penting.

Kecenderungan

Dengan kemajuan teknologi, tren utama dalam pengembangan mesin diesel adalah perpindahan yang lebih kecil dan tenaga yang lebih tinggi. Produsen berupaya meningkatkan kepadatan tenaga mesin melalui berbagai cara. Mesin diesel tradisional memiliki kepadatan daya yang sangat rendah; misalnya, mesin yang disedot secara alami memiliki keluaran tenaga yang berbanding lurus dengan perpindahannya, namun model seperti itu sebagian besar sudah ketinggalan zaman secara internasional. Dengan berkembangnya teknologi turbocharging dan kematangan teknologi pembakaran bersih bertekanan tinggi, kepadatan daya mesin diesel yang ditawarkan oleh produsen di seluruh dunia terus meningkat. Langkah-langkah untuk meningkatkan kepadatan daya termasuk meningkatkan muatan udara, meningkatkan efisiensi mekanis, dan meningkatkan efisiensi pembakaran.

Empat Faktor Kunci dalam Memilih Genset

1. Memenuhi daya keluaran yang dibutuhkan.

2. Memiliki karakteristik dinamis yang baik: kemampuan untuk menerima beban penuh satu langkah.

3. Mesin injeksi bahan bakar elektronik (EFI) – Mesin EFI menawarkan karakteristik penerimaan beban yang unggul.

4. Memiliki pengalaman penerapan yang terbukti dan sejumlah besar kasus penerapan.

Beban Harmonik

Peralatan TI pusat data, beban UPS, dan penggerak frekuensi variabel (VFD) untuk pendingin menunjukkan karakteristik harmonis yang signifikan. Berbagai jenis peralatan penyearah juga memiliki tanda harmonik yang berbeda. Beban harmonik dapat sangat mempengaruhi kualitas daya sistem kelistrikan. Hal ini dapat menyebabkan pengoperasian peralatan yang tidak normal, seperti motor dan trafo yang terlalu panas, kebisingan dan getaran yang tidak biasa, dan kabel yang terlalu panas. Oleh karena itu, dampak beban harmonisa yang terhubung harus dikaji untuk mencegah kelainan sistem yang disebabkan oleh harmonisa. Standar nasional GB/T 14549 'Kualitas Daya - Harmonisa di Jaringan Pasokan Publik' menetapkan batas distorsi tegangan harmonik yang diperbolehkan di berbagai tingkat jaringan.

Menilai dampak harmonik memerlukan pemahaman kandungan arus harmonik (THDI) dari semua peralatan penghasil harmonik, dan kemudian menghitung tingkat distorsi tegangan harmonik yang ditimbulkannya dalam sistem berdasarkan impedansi subtransien dari genset diesel siaga. Ringkasnya, dalam memilih genset diesel, selain memperhatikan daya mesin berdasarkan besar kecilnya beban, dampak arus harmonik juga harus diperhitungkan dengan mempertimbangkan besarnya beban harmonik.

Beban Kapasitif

Dalam sistem catu daya peralatan TI pusat data saat ini, keberadaan beban kapasitif pada peralatan listrik menyebabkan karakteristik beban sistem menunjukkan operasi faktor daya terdepan. Hal ini memberlakukan persyaratan manajemen teknis yang lebih tinggi pada sistem catu daya terkait. Beban kapasitif menimbulkan dua bahaya signifikan dalam sistem catu daya: tegangan lebih resonansi selama beban ringan genset dan potensi ketidakstabilan sistem selama beban penuh.

Sistem catu daya secara ketat mencegah pengoperasian pada faktor daya terdepan. Industri ketenagalistrikan mempunyai peraturan yang jelas mengenai manajemen daya reaktif: industri ini mengharuskan pengguna listrik untuk mencegah aliran balik daya reaktif ke jaringan listrik, dan juga mengharuskan generator memiliki kapasitas tertentu untuk menyerap daya reaktif, agar dapat mengonsumsi daya reaktif yang dihasilkan oleh jaringan itu sendiri.

Kemampuan Sistem Paralel Cepat

Sistem daya cadangan untuk pusat data terutama terdiri dari UPS dan genset diesel. UPS statis dengan baterai menyediakan pasokan listrik tanpa gangguan ke pusat data, sementara genset diesel dapat terus menyediakan pasokan listrik terus menerus setelah dukungan listrik singkat dari UPS. Koordinasi di antara mereka sangatlah penting. Selain mempertimbangkan kompatibilitas harmonis dan pemilihan kapasitas, koordinasi waktu juga harus dipertimbangkan. Jika genset diesel dapat dioperasikan dengan cepat, hal ini dapat mengurangi investasi baterai UPS statis secara signifikan dan mengurangi penggunaan baterai yang diperlukan. Karena baterai juga memerlukan perawatan dan penggantian rutin, mempersingkat waktu penyalaan dan ketersediaan daya genset diesel sangatlah berarti.

Ketika beberapa genset diesel menyala, paralel ke busbar tidak diperbolehkan tanpa sinkronisasi ketika busbar dimatikan energinya. Modul Cummins Power First Start Sensor dapat secara otomatis mendeteksi unit pertama yang mencapai kondisi terukur setelah beberapa genset diesel menyala secara bersamaan, menghubungkannya ke busbar sistem, dan mencegah unit lain menutup. Setelah unit pertama berhasil tersambung, unit lain melakukan sinkronisasi dan paralel dengan busbar, mencapai waktu paralel sistem terpendek dan keandalan penutupan optimal.

Terlepas dari metode pengasutan yang digunakan, menyelesaikan pemberian energi busbar dengan cepat oleh genset diesel dan mencapai kesejajaran adalah elemen yang paling penting.

Grounding Titik Netral Genset Tegangan Tinggi

Dalam sistem genset diesel tegangan tinggi, untuk mengurangi bahaya arus gangguan tanah satu fasa pada peralatan sistem dan risiko cedera pada personel akibat busur gangguan, titik netral dari rangkaian tegangan tinggi dibumikan melalui hambatan kecil. Desain resistor pembumian harus mempertimbangkan pemenuhan persyaratan proteksi sistem, memastikan bahwa perangkat proteksi pembumian beroperasi selama gangguan pembumian satu fasa, dan menghindari bahaya arus gangguan pembumian yang berlebihan. Biasanya, arus gangguan tanah dikontrol antara 100~1000A, dengan nilai tipikal 400A. Ada beberapa metode untuk grounding netral: satu resistor per unit, sebuah resistor umum untuk semua unit, atau resistansi kecil yang umum melalui trafo grounding pada busbar. Pilihan metode grounding tergantung pada keadaan spesifik proyek.

Ventilasi Sistem

Untuk memastikan pengoperasian genset diesel yang stabil, ventilasi ruang mesin sangat penting. Ruang mesin harus menjamin sirkulasi udara yang cukup untuk menghilangkan panas, asap, dan gas buang yang dihasilkan oleh mesin, generator, dan peralatan tambahan, dan untuk menyediakan udara pembakaran.

Metode pendinginan genset dibagi menjadi pendinginan berpasangan radiator dan pendinginan penukar panas jarak jauh. Apa pun metode yang digunakan, penting untuk memastikan ventilasi yang memadai di ruang mesin sehingga panas yang dihasilkan oleh unit dapat segera dibuang, sehingga mencegah kegagalan fungsi unit karena suhu tinggi. Saluran keluar udara harus diposisikan dengan tepat untuk memastikan aliran udara dari ujung generator melewati mesin, membawa radiasi panas dari permukaan mesin. Memenuhi tingkat ventilasi peralatan yang ditentukan adalah kunci dalam desain ventilasi. Menghitung laju ventilasi yang diperlukan harus mempertimbangkan hambatan yang ditimbulkan oleh berbagai bagian saluran ventilasi; nilai resistansi ini tidak boleh melebihi batas yang ditentukan oleh peralatan.

Tangki Penyimpanan Bahan Bakar dan Sistem Pasokan Bahan Bakar

Kapasitas dan jenis tangki bahan bakar yang dilengkapi unit ditentukan oleh spesifikasi teknis produk dan juga harus mematuhi kode keselamatan kebakaran nasional berdasarkan lokasi pemasangan.

Tangki bahan bakar harus terbuat dari pelat baja berkualitas tinggi, memerlukan perawatan perlindungan korosi yang terkubur, dan dilengkapi dengan pengukur ketinggian. Setiap tangki bawah tanah harus berisi pengukur level pelampung magnetik kontinu yang mampu mengeluarkan sinyal 4-20mA ke pengontrol PLC.

Tangki harian harus dilengkapi dengan penutup lubang got, pipa saluran masuk bahan bakar, pipa balik, pipa pembuangan, pipa luapan, pengukur level, dll. Tangki tersebut harus menggunakan pengukur level magnetik kelas industri dengan spidol, ditandai dengan jelas dengan ketinggian bahan bakar, menampilkan tampilan lokal dan mampu memberikan sinyal jarak jauh 4-20mA.

Dua pompa transfer bahan bakar harus dipasang. Setiap pompa harus mampu mengalirkan minyak diesel ringan dengan laju aliran yang cukup untuk memastikan pengoperasian genset dengan beban penuh. Pompa pemindah bahan bakar harus dilengkapi dengan semua aksesori yang diperlukan, termasuk filter, katup periksa, dll. Motor pompa harus memiliki desain tahan ledakan, 3 fase, 50Hz, dengan perlindungan beban berlebih.

Sistem kontrol harus mencakup pemantauan level tangki bawah tanah dan level tangki harian, mengontrol katup solenoid dan pompa transfer, dan menyediakan informasi alarm yang sesuai. Ini akan memungkinkan sinyal Modbus-RS485 standar untuk diintegrasikan dengan Sistem Manajemen Gedung (BMS).

Pengujian Bank Beban Set Generator Diesel

Pengujian bank beban untuk genset diesel sangatlah signifikan. Selama penerimaan proyek, pengujian bank beban dapat memverifikasi apakah unit dapat mencapai keluaran daya beban penuh dan memeriksa apakah ventilasi, pembuangan, pasokan bahan bakar, serta desain dan pemasangan sistem kelistrikan memenuhi persyaratan desain. Pada saat yang sama, selama perawatan rutin, generator set berfungsi untuk mengoperasikan mesin dengan beban, mencegah potensi masalah seperti penumpukan karbon yang dapat diakibatkan oleh pengoperasian beban ringan dalam waktu lama, sehingga menjamin pengoperasian genset yang andal.