データセンターの配電システムは、IT 機器で使用できるように高電圧を中電圧に変換し、さらに低電圧に変換します。電力会社は高電圧 (>100kV) または中電圧電力を供給します。これには、中電圧 (MV) に降圧するためのオンサイトの変電所と変圧器が必要です。 MV スイッチギヤは、MV 電力をデータ ホールの近くにある別の変圧器に安全に分配し、電圧を低電圧 (LV、たとえば 415V) に下げます。この変圧器と組み合わせられるのはディーゼル発電機で、これも 415V AC で出力します。
商用電源に障害が発生した場合、自動切替スイッチ (ATS) が負荷を発電機に自動的に切り替えます。この時点から、2 つの電力経路が出現します。1 つは IT 機器へ、もう 1 つは冷却装置へです。 IT 機器のパスはまず UPS システムを通過します。UPS システムはバッテリー バンクに接続されており、通常 5 ～ 10 分間の保管時間を提供します。これは、発電機が (1 分以内に) 起動して一時的な停止を回避するのに十分です。 UPS の電力は通常、配電ユニット (PDU) を介して IT 機器に直接供給されます。
最後のステップでは、電源ユニット (PSU) と電圧レギュレーター モジュール (VRM) を介してチップに電力を供給します。
近年、人工知能 (AI)、機械学習、ビッグデータ分析の発展に伴い、コンピューティング リソースの需要が大幅に急増しています。 CPU および GPU テクノロジーの継続的な反復により、コンピューティング能力が大幅に向上しました。例えば：
新世代 GPU (NVIDIA の A100、H100、および後続の Blackwell シリーズなど) の熱設計電力 (TDP) は増加し続けており、数百ワットから 700 W まで上昇し、1200 W を超えることもあります。
AI のトレーニングと推論には非常に高度な計算能力が必要となるため、データセンターごとに導入される GPU の数が急激に増加し、その結果、全体的な電力需要が増加しています。
発電機は低電圧変圧器と 1 対 1 で接続されており、上流の停電時でもデータセンターの動作を確保します。変圧器に合わせた電力出力を持つ発電機が、各低圧変圧器の横に設置されます。これらの発電機は、変圧器またはその上流電源に障害が発生した場合に作動します。主電源障害が発生すると、低圧開閉装置の自動切替スイッチ (ATS) が自動的に発電機に切り替わります (ハイパースケール キャンパス内の各発電機の定格電力は通常 2 ～ 3 MW です)。 1 台の 3MW 発電機の出力は 4000 馬力以上です。ハイパースケール データ センターでは、このようなジェネレーターが 20 台以上見られるのが一般的です。例: カミンズ パワーは、浙江省クラウド コンピューティング データ センターにカミンズ QSK60 エンジンを搭載した C2500D5A ディーゼル発電機セットを 45 台、南通のアリババ プロジェクトに C2500D5A-10.5KV ユニットを 24 台提供しました。
ディーゼル発電機セットの電力容量は、IT 負荷全体の最大 2 倍に達します。 CDCC によると、あるデータセンター改修事例では、4kW サーバー キャビネットが 1376 台、4kW ネットワーク キャビネットが 24 台ありました。利用率 0.9 を考慮すると、IT 負荷の合計は 5,040kW でした。このプロジェクトでは、5+1 台の 1800kV 中圧屋外ディーゼル発電機セットが使用されました。この場合、ディーゼル発電機の電力は IT 負荷全体の約 2 倍であることがわかります。
CDCC によると、データセンター業界における主流のディーゼル発電機ブランドの一般的な価格はおよそ次のとおりです。1800kW で 250 万人民元、2000kW で 360 万人民元、2200kW で 550 万人民元、2500kW で 830 万人民元です (すべて共通の電力定格で)。
簡単な感度分析によると、2000kW のディーゼル発電機の使用と総 IT 負荷の 2 倍の要件を想定すると、GB200 NVL72 の 25,000 ラックに必要なディーゼル発電機の市場規模は約 108 億人民元になります。
データセンター用ディーゼル発電機セット業界は海外メーカーが独占している。データセンターは主に輸入ブランドのディーゼル発電機セットを使用しており、そのほとんどはカミンズ、キャタピラー、MTU、三菱などの製品です。一般的に使用されているモデルには、カミンズ C2500D5A、キャタピラー 3516B、MTU 4000 シリーズなどがあります。市場の主流の高出力高速ディーゼルエンジンブランドには、輸入ブランドのほかに、Yuchai MTUやChongqing Cumminsなどの合弁ブランドもあります。 Yuchai、Weichai、Pangu(Googol) などの国内ブランドは、データセンター市場ですでにいくつかの応用例を持っています。
カテゴリ |
説明 |
要件 |
輸入ディーゼル発電機 |
家庭用ディーゼル発電機 |
ディーゼル発電機セット |
データセンターの連続電力 (ISO-8528 DCP 電力に基づく) |
1800-2400kw |
☆☆ |
☆☆ |
容量削減なしの高度範囲 |
1500m |
☆☆ |
☆☆☆ |
|
容量低下のない周囲温度範囲 |
-10～40℃ |
☆☆ |
☆☆☆ |
|
サイズ |
40フィート規格コンテナに並べられるかどうか |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
重量 (正味重量) |
- |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
燃料消費量（負荷率100％） |
≤240g/kWh |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
始動から電圧確立までの時間 |
6秒 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
開始から 100% 負荷までの時間 |
60年代 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
耐荷重性能レベル |
G3 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
G3 での過渡耐荷重 |
0-50% |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
瞬間過渡負荷容量 0 ～ X% (X>50) を提供可能 |
||||
過渡電圧偏差 |
100%ステップ: ≤20%、0-50%ステップ: ≤15% |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
過渡電圧回復時間 |
≤4秒 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
過渡周波数偏差 |
100％ステップ：≦10％、0～50％ステップ：≦7％ |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
過渡周波数回復時間 |
≤3秒 |
|||
ノイズ |
≤110dB |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
振動 |
変位 <0.72mm、振動速度 <... (部分的にぼやけています) |
|||
容量性負荷容量 |
容量性 -0.9 ～ 1 容量減少なし |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
カテゴリ |
説明 |
要件 |
輸入ディーゼル発電機 |
家庭用ディーゼル発電機 |
ディーゼルエンジン |
燃料噴射方式 |
電子インジェクションまたは高圧コモンレール |
☆☆ |
☆☆ |
エンジン速度制御 |
電子速度制御装置 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
ラジエーター周囲温度 |
40～45℃ |
☆☆ |
☆☆☆ |
|
スターターバッテリー容量 |
少なくとも6回 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
充電器 |
パルスチャージャー |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
燃料クーラー |
工場出荷時の構成 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
シリンダー給湯器 |
9/12KW |
☆☆ |
☆☆ |
|
ジェネレータ |
エンジンオイル |
工場出荷時の設定 |
☆☆☆ |
☆☆ |
クーラント |
工場出荷時の設定 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
励磁方法 |
PMGまたはAREP |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
AVR |
工場出荷時装備または BASLER DECS150 (BASLER DECS150) |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
絶縁クラス |
Fクラス以上 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
温度上昇クラス |
Fクラス以上 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
ベアリング |
ダブルベアリング |
☆☆ |
☆☆☆ |
|
効率 |
≥95% |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
温度センサー |
巻線 RTD6、ベアリング RTD2 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
保護クラス |
IP23以上 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
カップリングと防振装置 |
カップリングと防振装置 |
高弾性カップリング、Flender 相当。アイソレータ、工場設定またはFlender同等品。 |
☆☆☆ |
☆☆ |
パラレルコントローラー |
コントロールパネルの型式と機能 |
工場出荷時設定または BASLER、DEIF など (BASLER、Danfoss 相当) |
☆☆☆ |
☆☆ |
容器 |
サイズ |
40フィートの標準サイズまたはその他のサイズ |
☆☆ |
☆☆ |
騒音レベル |
75dB |
☆☆ |
☆☆ |
|
重量（ディーゼルエンジンおよびマッチング機器を含む） |
- |
☆☆☆ |
☆☆ |
電力の選択は、実際の動作条件に基づいて行う必要があります。ディーゼル発電機セットの電力の選択は、データセンターへの投資と電力供給の保証に非常に大きな影響を与えます。さまざまな顧客がさまざまなニーズに基づいて適切な発電機セットの電力を選択するため、かなりの柔軟性が得られます。
ディーゼル発電機セットの重要な規格として、ISO 8528-1 および GB/T 2820-1 は 4 種類のディーゼル発電機セットの出力定格を定義しています。ただし、定義された電力定格はデータセンターの負荷プロファイルと完全には一致していない 4 つの動作条件に基づいているため、所有者はデータセンターの特性に基づいて選択する必要があります。
カミンズパワーは、データセンターの運用特性に合わせた、データセンターでの使用に適した連続電源定格であるDCC（Data Center Continuous）電源を業界に先駆けて提案しました。これは、データセンターの投資と運用管理に大きな価値をもたらします。 DCC 評価は Uptime Institute によって認められており、Uptime Tier III および Tier IV 認定に使用できます。
エンジンはディーゼル発電機セットに必要な電力を供給します。エンジンの選択は、発電機セットを選択する際の最も重要な部分です。
負荷の変化に対して十分な電力と動的応答を提供します。大容量ディーゼルエンジンの設計と製造は複雑であるため、メーカーごとにエンジンが大きく異なる場合があります。十分な出力を提供するエンジンの能力が主な考慮事項であり、次に負荷の変化に対する動的応答が続きます。これも重要な技術指標です。
技術の進歩に伴い、ディーゼルエンジン開発の主な傾向は、より小さな排気量とより高い出力へと向かっています。メーカーはさまざまな手段を通じてエンジンの出力密度を高めるよう努めています。従来のディーゼル エンジンは出力密度が非常に低かった。たとえば、自然吸気エンジンの出力は排気量に直接比例していましたが、そのようなモデルは国際的にはほとんど時代遅れになっています。ターボ過給技術の開発と高圧クリーン燃焼技術の成熟により、世界中のメーカーが提供するディーゼル エンジンの出力密度は継続的に向上しています。出力密度を高めるための対策としては、空気充填量の増加、機械効率の向上、燃焼効率の向上などが挙げられます。
1. 必要な出力電力を満たします。
2. 優れた動的特性を備えており、シングルステップで全負荷を受け入れることができます。
3. 電子燃料噴射 (EFI) エンジン – EFI エンジンは、優れた負荷許容特性を提供します。
4. 確かな施工実績と多数の施工事例を有しております。
データセンターの IT 機器、UPS 負荷、冷却装置用の可変周波数ドライブ (VFD) は、重大な高調波特性を示します。整流装置の種類が異なれば、高調波特性も異なります。高調波負荷は、電気システムの電力品質に大きな影響を与える可能性があります。モーターやトランスの過熱、異音や振動、ケーブルの過熱など、機器の異常動作を引き起こす可能性があります。したがって、高調波によるシステム異常を防ぐためには、接続された高調波負荷の影響を評価する必要があります。国家規格 GB/T 14549「電力品質 - 公共供給ネットワークにおける高調波」では、さまざまな送電網レベルで許容される高調波電圧歪みの制限が指定されています。
影響を評価するには高調波の 、すべての高調波発生機器の高調波電流成分 (THDI) を理解し、スタンバイ ディーゼル発電機セットの準過渡インピーダンスに基づいて、高調波がシステム内で引き起こす高調波電圧歪み率を計算する必要があります。要約すると、ディーゼル発電機セットを選択する際には、負荷の大きさに基づいてエンジン出力を検証することに加えて、高調波負荷の大きさを考慮して高調波電流の影響も計算する必要があります。
現在のデータセンター IT 機器の電源システムでは、電気機器に容量性負荷が存在するため、システムの負荷特性が優れた力率動作を示します。これにより、対応する電源システムに対してより高度な技術管理要件が課されます。容量性負荷は、電源システムに 2 つの重大な危険をもたらします。発電機セットの軽負荷時の共振過電圧と、全負荷時のシステムの潜在的な不安定性です。
電源システムは、力率が進んだ状態での動作を厳密に防止します。電力業界には、無効電力管理に関する明確な規制があります。電力使用者は、電力網への無効電力の逆流を防止する必要があり、また、電力網自体によって生成される無効電力を消費するために、発電機には無効電力を吸収する一定の容量が必要です。
データセンターのバックアップ電源システムは主に UPS とディーゼル発電機セットで構成されます。バッテリを備えた静的 UPS はデータセンターに無停電電源を供給しますが、ディーゼル発電機セットは UPS からの短時間の電力サポートの後も継続的な電力供給を継続できます。それらの間の調整は非常に重要です。高調波の互換性と容量の選択を考慮することに加えて、タイミング調整も考慮する必要があります。ディーゼル発電機セットを迅速にオンラインにできれば、静的 UPS バッテリへの投資を大幅に削減し、バッテリに必要な設置面積を削減できます。バッテリーも定期的なメンテナンスと交換が必要なため、ディーゼル発電機セットの起動時間と電力利用可能時間を短縮することは非常に意味があります。
複数のディーゼル発電機セットが始動する場合、バスバーへの並列接続は、バスバーへの通電が遮断されているときに同期せずには許可されません。カミンズ パワー ファースト スタート センサー モジュールは、複数のディーゼル発電機セットが同時に起動した後、定格条件に達した最初のユニットを自動的に検出し、システム バスバーに接続し、他のユニットが閉じるのを防ぎます。最初のユニットが正常に接続されると、他のユニットがバスバーと同期して並列し、システム並列時間の最短化と最適な閉止信頼性を実現します。
使用する始動方法に関係なく、ディーゼル発電機セットによるバスバーへの通電を迅速に完了し、並列化を達成することが最も重要な要素です。
高電圧ディーゼル発電機セット システムでは、単相地絡電流によるシステム機器への被害や、故障アークによる人身傷害のリスクを軽減するために、高電圧セットの中性点は小さな抵抗を介して接地されています。接地抵抗器の設計では、システム保護要件を満たすこと、単相地絡時に接地保護装置が確実に動作すること、および過剰な地絡電流の危険を回避することの両方を考慮する必要があります。通常、地絡電流は 100 ～ 1000A の間で制御され、標準値は 400A です。中性点接地にはいくつかの方法があります。ユニットごとに 1 つの抵抗を使用する方法、すべてのユニットに共通の抵抗を使用する方法、またはバスバー上の接地トランスを介して共通の小さな抵抗を使用する方法があります。接地方法の選択は、プロジェクトの特定の状況によって異なります。
ディーゼル発電機を安定して稼働させるためには、エンジンルームの換気が重要です。エンジン ルームは、エンジン、発電機、および付属機器によって生成される熱、煙、排気ガスを除去し、燃焼用空気を供給するために、十分な空気循環を確保する必要があります。
発電機セットの冷却方法は、ラジエーター結合冷却と遠隔熱交換器冷却に分けられます。いずれの方法であっても、エンジンルーム内の換気を十分に行い、ユニットから発生する熱を速やかに除去し、高温によるユニットの故障を防ぐことが重要です。空気出口は、空気が発電機端からエンジンを通過して流れ、エンジン表面から放射熱を確実に除去できるように適切に配置する必要があります。機器の指定された換気量を満たすことが換気設計の鍵となります。必要な換気量を計算するには、換気ダクトのさまざまな部分によって発生する抵抗を考慮する必要があります。この抵抗値は、機器によって指定された制限を超えてはなりません。
ユニットに装備される燃料タンクの容量とタイプは製品の技術仕様によって決定され、設置場所に基づいて国の火災安全規定にも準拠する必要があります。
燃料タンクは高品質の鋼板で作られ、埋設防食処理が必要で、レベルゲージが装備されている必要があります。各地下タンクには、PLC コントローラーに 4 ～ 20mA 信号を出力できる連続磁気フロート レベル ゲージが含まれている必要があります。
デイタンクには、マンホール カバー、燃料入口パイプ、戻りパイプ、排水パイプ、オーバーフロー パイプ、レベル ゲージなどを装備する必要があります。燃料の高さが明確にマークされ、ローカル表示機能があり、リモート 4 ～ 20 mA 信号を提供できるマーカー付き工業グレードの磁気レベル ゲージを使用する必要があります。
燃料移送ポンプは 2 台設置する。各ポンプは、発電機セットの全負荷運転を保証するために、十分な流量で軽質ディーゼル油を移送できなければなりません。燃料移送ポンプには、フィルター、逆止弁などを含む必要な付属品がすべて付属しているものとします。ポンプモーターは、過負荷保護機能を備えた防爆設計、三相、50Hz のものでなければなりません。
制御システムには、地下タンクのレベルとデイタンクのレベルの監視、電磁弁と移送ポンプの制御、および対応する警報情報の提供が含まれている必要があります。標準 Modbus-RS485 信号をビル管理システム (BMS) と統合できるようにする必要があります。
ディーゼル発電機セットの負荷バンクテストは非常に重要です。プロジェクトの受け入れ中に、ロードバンクテストにより、ユニットが全負荷電力出力を達成できるかどうかを検証し、換気、排気、燃料供給、電気システムの設計と設置が設計要件を満たしているかどうかを確認できます。同時に、定期メンテナンス中にエンジンに負荷をかけて動作させ、長時間の軽負荷動作によって生じる可能性のあるカーボンの蓄積などの潜在的な問題を防ぎ、発電機セットの信頼性の高い動作を保証します。
