데이터센터 배전 시스템은 고전압을 중전압으로 변환한 후 IT 장비에서 사용할 수 있도록 저전압으로 변환합니다. 유틸리티 공급자는 고전압(>100kV) 또는 중전압 전력을 공급하며, 이를 중전압(MV)으로 낮추려면 현장 변전소와 전력 변압기가 필요합니다. MV 스위치기어는 MV 전력을 데이터 홀 근처에 있는 다른 변압기에 안전하게 분배하여 전압을 저전압(예: 415V)으로 낮춥니다. 이 변압기와 쌍을 이루는 디젤 발전기는 415V AC에서도 출력됩니다.
유틸리티 전력이 중단되면 ATS(자동 전환 스위치)가 자동으로 부하를 발전기로 전환합니다. 이 지점에서 두 개의 전원 경로가 나타납니다. 하나는 IT 장비로, 다른 하나는 냉각 장비로 연결됩니다. IT 장비 경로는 먼저 UPS 시스템을 통과하며, 이는 일반적으로 5~10분의 저장 시간을 제공하는 배터리 뱅크에 연결됩니다. 이는 발전기가 시작(1분 이내)되고 일시적인 정전을 방지하는 데 충분합니다. UPS 전원은 일반적으로 전력 분배 장치(PDU)를 통해 IT 장비에 직접 공급됩니다.
마지막 단계에서는 전원 공급 장치(PSU)와 전압 조정기 모듈(VRM)을 통해 칩에 전원을 공급하는 작업이 포함됩니다.
최근에는 인공지능(AI), 머신러닝, 빅데이터 분석 등의 발달로 컴퓨팅 자원에 대한 수요가 급증하고 있습니다. CPU 및 GPU 기술의 지속적인 반복으로 컴퓨팅 성능이 크게 향상되었습니다. 예를 들어:
차세대 GPU(예: NVIDIA의 A100, H100 및 후속 Blackwell 시리즈)의 열 설계 전력(TDP)은 수백 와트에서 700W로, 심지어 1200W를 초과하는 등 지속적으로 증가하고 있습니다.
AI 훈련 및 추론에는 극도로 높은 계산 능력이 필요하기 때문에 데이터 센터당 배포되는 GPU 수가 급격히 증가하여 결과적으로 전체 전력 수요가 증가했습니다.
발전기는 저전압 변압기와 일대일로 연결되어 업스트림 정전 시 데이터 센터 작동을 보장합니다. 전력 출력이 변압기와 일치하는 발전기가 각 저압 변압기 옆에 설치됩니다. 이러한 발전기는 변압기나 상류 전원에 오류가 발생한 경우 활성화됩니다. 주전원 장애가 발생하면 저전압 개폐 장치의 자동 전환 스위치(ATS)가 자동으로 발전기로 전환됩니다(하이퍼스케일 캠퍼스의 각 발전기는 일반적으로 정격 전력이 2~3MW입니다). 단일 3MW 발전기는 4000마력 이상을 가지고 있습니다. 20개 이상의 이러한 생성기는 하이퍼스케일 데이터 센터에서 일반적으로 발견됩니다. 예를 들어 Cummins Power는 절강 클라우드 컴퓨팅 데이터 센터에 Cummins QSK60 엔진이 장착된 C2500D5A 디젤 발전기 세트 45개를 제공하고 Nantong의 Alibaba 프로젝트에 C2500D5A-10.5KV 장치 24개를 제공했습니다.
디젤 발전기 세트 전력 용량은 전체 IT 부하의 최대 2배에 달할 수 있습니다. CDCC에 따르면 한 데이터 센터 개조 사례에는 1376 x 4kW 서버 캐비닛과 24 x 4kW 네트워크 캐비닛이 있었습니다. 활용률 0.9를 고려하면 총 IT부하는 5040kW이다. 이 프로젝트에서는 1800kV 중전압 실외 디젤 발전기 세트 5+1대를 사용했습니다. 이 경우 디젤 발전기 전력은 총 IT 부하의 약 2배인 것으로 나타났습니다.
CDCC에 따르면 데이터 센터 업계의 주류 디젤 발전기 브랜드의 일반적인 가격은 약 1,800kW의 경우 250만 RMB, 2000kW의 경우 360만 RMB, 2,200kW의 경우 550만 RMB, 2,500kW의 경우 830만 RMB입니다(모두 공통 전력 등급 기준).
간단한 민감도 분석에 따르면 2000kW 디젤 발전기를 사용하고 총 IT 부하의 두 배를 요구한다고 가정할 때 GB200 NVL72의 25,000개 랙에 필요한 디젤 발전기 시장 규모는 약 108억 RMB입니다.
해외 제조업체가 데이터 센터 디젤 발전기 세트 산업을 장악하고 있습니다. 데이터 센터는 주로 Cummins, Caterpillar, MTU, Mitsubishi 등의 제품인 수입 브랜드의 디젤 발전기 세트를 사용합니다. 일반적으로 사용되는 모델에는 Cummins C2500D5A, Caterpillar 3516B 및 MTU 4000 시리즈가 포함됩니다. 시장의 주류 고출력, 고속 디젤 엔진 브랜드 중에는 수입 브랜드 외에 현재 Yuchai MTU, Chongqing Cummins와 같은 합작 브랜드가 있습니다. Yuchai, Weichai, Pangu(Googol) 등 국내 브랜드는 이미 데이터센터 시장에 일부 적용 사례를 보유하고 있습니다.
범주 |
설명 |
요구 사항 |
수입 디젤 발전기 |
국내 디젤 발전기 |
디젤 발전기 세트 |
데이터센터 연속 전력(ISO-8528 DCP 전력 기준) |
1800-2400kw |
☆☆ |
☆☆ |
용량 감소 없는 고도 범위 |
1500m |
☆☆ |
☆☆☆ |
|
용량 감소 없는 주변 온도 범위 |
-10~40℃ |
☆☆ |
☆☆☆ |
|
크기 |
40피트 표준 컨테이너에 배치할 수 있는지 여부 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
무게(순중량) |
- |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
연료 소비량(부하율 100%) |
240g/kWh 이하 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
시작부터 전압 설정까지의 시간 |
6초 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
시작부터 100% 로드까지의 시간 |
60년대 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
내하중 성능 수준 |
G3 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
G3 이하의 과도 부하 용량 |
0-50% |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
순간적인 과도 부하 용량 0-X%(X>50) 제공 가능 |
||||
과도 전압 편차 |
100% 단계: 20% 이하, 0-50% 단계: 15% 이하 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
과도 전압 복구 시간 |
4초 이하 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
과도 주파수 편차 |
100% 단계: 10% 이하, 0-50% 단계: 7% 이하 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
과도 주파수 복구 시간 |
3초 이하 |
|||
소음 |
110dB 이하 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
진동 |
변위 <0.72mm, 진동 속도 <... (부분적으로 가려짐) |
|||
용량성 부하 용량 |
용량성 -0.9 ~ 1 용량 감소 없음 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
범주 |
설명 |
요구 사항 |
수입 디젤 발전기 |
국내 디젤 발전기 |
디젤 엔진 |
연료분사 방식 |
전자 주입 또는 고압 커먼 레일 |
☆☆ |
☆☆ |
엔진 속도 제어 |
전자 속도 제어 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
라디에이터 주변 온도 |
40-45℃ |
☆☆ |
☆☆☆ |
|
스타터 배터리 용량 |
최소 6회 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
충전기 |
펄스 충전기 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
연료 쿨러 |
공장 구성 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
실린더 온수기 |
9/12KW |
☆☆ |
☆☆ |
|
발전기 |
엔진오일 |
공장 구성 |
☆☆☆ |
☆☆ |
냉각수 |
공장 구성 |
☆☆☆ |
☆☆ |
|
여기 방법 |
PMG 또는 AREP |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
AVR |
공장 장착 또는 BASLER DECS150 (BASLER DECS150) |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
절연 등급 |
F등급 이상 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
온도 상승 등급 |
F등급 이상 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
베어링 |
이중 베어링 |
☆☆ |
☆☆☆ |
|
능률 |
≥95% |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
온도 센서 |
권선 RTD6, 베어링 RTD2 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
보호 등급 |
IP23보다 낮지 않음 |
☆☆☆ |
☆☆☆ |
|
커플링 및 진동 차단기 |
커플링 및 진동 차단기 |
고탄력 커플링, Flender와 동등. 절연체, 공장 구성 또는 Flender 동등품. |
☆☆☆ |
☆☆ |
병렬 컨트롤러 |
제어판 모델 및 기능 |
공장 구성 또는 BASLER, DEIF 등(BASLER, Danfoss 동급) |
☆☆☆ |
☆☆ |
컨테이너 |
크기 |
40피트 표준 또는 기타 크기 |
☆☆ |
☆☆ |
소음 수준 |
75dB |
☆☆ |
☆☆ |
|
중량(디젤 엔진 및 매칭 장비 포함) |
- |
☆☆☆ |
☆☆ |
전원 선택은 실제 작동 조건을 기반으로 해야 합니다. 디젤 발전기 세트의 전력 선택은 데이터 센터 투자 및 전원 공급 보장에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 다양한 고객이 다양한 요구 사항에 따라 적절한 발전기 세트 전력을 선택하여 상당한 유연성을 제공합니다.
디젤 발전기 세트에 대한 중요한 표준인 ISO 8528-1 및 GB/T 2820-1은 네 가지 유형의 디젤 발전기 세트 전력 등급을 정의합니다. 그러나 정의된 전력 등급은 데이터센터의 부하 프로파일과 완전히 일치하지 않는 4가지 작동 조건을 기반으로 하기 때문에 소유자는 데이터센터의 특성에 따라 선택해야 합니다.
커민스파워는 데이터센터 운영 특성에 맞춰 데이터센터 사용에 적합한 연속 전원 정격인 DCC(Data Center Continuous) 전원을 제안하며 업계 선두를 차지했다. 이는 데이터 센터 투자 및 운영 관리에 상당한 가치를 제공합니다. DCC 등급은 Uptime Institute에서 인정하며 Uptime Tier III 및 Tier IV 인증에 사용할 수 있습니다.
엔진은 디젤 발전기 세트에 필요한 동력을 제공합니다. 엔진 선택은 발전기 세트 선택에서 가장 중요한 부분입니다.
부하 변화에 충분한 전력과 동적 응답을 제공합니다. 대용량 디젤 엔진을 설계하고 제조하는 과정의 복잡성으로 인해 다양한 제조업체의 엔진이 크게 다를 수 있습니다. 충분한 출력을 제공하는 엔진의 능력이 주요 고려 사항이며, 부하 변화에 대한 동적 반응도 중요한 기술 지표입니다.
기술 발전에 따라 디젤 엔진 개발의 주요 추세는 더 작은 배기량과 더 높은 출력을 향한 것입니다. 제조업체들은 다양한 수단을 통해 엔진 출력 밀도를 높이기 위해 노력하고 있습니다. 전통적인 디젤 엔진은 출력 밀도가 매우 낮았습니다. 예를 들어, 자연 흡기 엔진의 출력은 배기량에 정비례하지만 이러한 모델은 국제적으로 거의 쓸모가 없습니다. 터보차저 기술의 발전과 고압 청정 연소 기술의 성숙으로 인해 전 세계 제조업체가 제공하는 디젤 엔진의 출력 밀도는 지속적으로 향상되고 있습니다. 전력 밀도를 높이기 위한 조치에는 공기 충전량 증가, 기계적 효율성 개선, 연소 효율성 향상 등이 포함됩니다.
1. 필요한 출력 전력을 충족하십시오.
2. 우수한 동적 특성을 보유합니다: 단일 단계 전체 부하 수용 능력.
3. 전자식 연료 분사(EFI) 엔진 - EFI 엔진은 뛰어난 부하 수용 특성을 제공합니다.
4. 검증된 적용 경험과 다수의 적용 사례를 보유하고 있습니다.
데이터 센터 IT 장비, UPS 부하 및 냉각기용 가변 주파수 드라이브(VFD)는 상당한 고조파 특성을 나타냅니다. 다양한 유형의 정류기 장비에도 서로 다른 고조파 특성이 있습니다. 고조파 부하는 전기 시스템의 전력 품질에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 모터 및 변압기의 과열, 이상한 소음 및 진동, 케이블 과열 등 장비의 비정상적인 작동을 유발할 수 있습니다. 따라서 고조파로 인한 시스템 이상을 방지하려면 연결된 고조파 부하의 영향을 평가해야 합니다. 국가 표준 GB/T 14549 '전력 품질 - 공공 공급망의 고조파'는 다양한 그리드 레벨에서 허용되는 고조파 전압 왜곡에 대한 제한을 지정합니다.
영향을 평가하려면 고조파의 모든 고조파 생성 장비의 고조파 전류 함량(THDI)을 이해한 다음 대기 디젤 발전기 세트의 과도 이하 임피던스를 기반으로 시스템에서 발생하는 고조파 전압 왜곡률을 계산해야 합니다. 정리하면, 디젤 발전기 세트를 선택할 때 부하 크기에 따른 엔진 출력을 검증하는 것 외에도 고조파 부하의 크기를 고려하여 고조파 전류의 영향도 계산해야 합니다.
현재 데이터 센터 IT 장비 전원 공급 시스템에서는 전기 장비에 용량성 부하가 존재하면 시스템의 부하 특성이 선도적인 역률 동작을 나타냅니다. 이는 해당 전원 공급 시스템에 더 높은 기술 관리 요구 사항을 부과합니다. 용량성 부하는 전원 공급 시스템에 두 가지 중요한 위험을 초래합니다. 즉, 발전기 설정 경부하 중 공진 과전압과 전체 부하 중 잠재적인 시스템 불안정성입니다.
전원 공급 시스템은 주요 역률에서의 작동을 엄격히 방지합니다. 전력 산업에는 무효 전력 관리에 대한 명확한 규정이 있습니다. 전력 사용자는 무효 전력이 그리드로 역류하는 것을 방지해야 하며, 발전기는 그리드 자체에서 생성된 무효 전력을 소비하기 위해 무효 전력을 흡수할 수 있는 특정 용량을 보유해야 합니다.
데이터 센터의 백업 전원 시스템은 주로 UPS와 디젤 발전기 세트로 구성됩니다. 배터리가 장착된 정적 UPS는 데이터 센터에 무정전 전원 공급을 제공하는 반면, 디젤 발전기 세트는 UPS의 짧은 전원 지원 이후에도 계속해서 지속적인 전원 공급을 제공할 수 있습니다. 그들 사이의 조화는 매우 중요합니다. 고조파 호환성 및 용량 선택을 고려하는 것 외에도 타이밍 조정도 고려해야 합니다. 디젤 발전기 세트를 신속하게 온라인 상태로 전환할 수 있다면 정적 UPS 배터리에 대한 투자를 크게 줄이고 배터리에 필요한 설치 공간을 줄일 수 있습니다. 배터리 역시 정기적인 유지보수 및 교체가 필요하므로 디젤 발전기 세트의 시동 및 전력 가용성 시간을 단축하는 것은 매우 의미가 있습니다.
여러 디젤 발전기 세트가 시작되면 버스바의 전원이 차단될 때 동기화 없이 버스바에 병렬 연결이 허용되지 않습니다. Cummins Power First Start 센서 모듈은 여러 디젤 발전기 세트가 동시에 시작된 후 정격 조건에 도달하는 첫 번째 장치를 자동으로 감지하고 이를 시스템 버스바에 연결하며 다른 장치가 닫히는 것을 방지할 수 있습니다. 첫 번째 장치가 성공적으로 연결된 후 다른 장치는 버스바와 동기화 및 병렬화되어 가장 짧은 시스템 병렬 시간과 최적의 폐쇄 신뢰성을 달성합니다.
사용된 시동 방법에 관계없이 디젤 발전기 세트에 의한 부스바의 통전을 신속하게 완료하고 병렬화를 달성하는 것이 가장 중요한 요소입니다.
고전압 디젤 발전기 세트 시스템에서는 단상 지락 전류가 시스템 장비에 미치는 피해와 오류 아크로 인한 인명 피해 위험을 줄이기 위해 고전압 세트의 중성점은 작은 저항을 통해 접지됩니다. 접지 저항기의 설계에서는 시스템 보호 요구 사항 충족, 단상 지락 중에 접지 보호 장치의 작동 보장, 과도한 지락 전류 위험 방지를 모두 고려해야 합니다. 일반적으로 지락 전류는 100~1000A 사이에서 제어되며 일반적인 값은 400A입니다. 중성 접지에는 여러 가지 방법이 있습니다. 장치당 하나의 저항기, 모든 장치에 대한 공통 저항기 또는 부스바의 접지 변압기를 통한 공통 소형 저항기입니다. 접지 방법의 선택은 특정 프로젝트 상황에 따라 다릅니다.
디젤 발전기 세트의 안정적인 작동을 위해서는 엔진룸의 환기가 중요합니다. 엔진실은 엔진, 발전기, 보조 장비에서 발생하는 열, 연기, 배기가스를 제거하고 연소 공기를 공급하기 위해 충분한 공기 순환을 보장해야 합니다.
발전기 세트의 냉각 방법은 라디에이터 결합 냉각과 원격 열교환기 냉각으로 구분됩니다. 어떤 방법을 사용하든, 장치에서 발생하는 열을 신속하게 제거하여 고온으로 인한 장치 오작동을 방지할 수 있도록 엔진실의 적절한 환기를 보장하는 것이 중요합니다. 공기 배출구는 발전기 끝에서 엔진을 지나 공기가 흐르고 엔진 표면에서 복사열을 제거할 수 있도록 적절한 위치에 있어야 합니다. 장비에 지정된 환기율을 충족하는 것이 환기 설계의 핵심입니다. 필요한 환기율을 계산하려면 환기 덕트의 다양한 부분에서 발생하는 저항을 고려해야 합니다. 이 저항 값은 장비에 지정된 한계를 초과해서는 안 됩니다.
장치에 장착된 연료 탱크의 용량과 유형은 제품 기술 사양에 따라 결정되며 설치 위치에 따른 국가 화재 안전 규정도 준수해야 합니다.
연료탱크는 고품질의 강판으로 제작되어야 하며, 매설 부식방지 처리가 필요하고 레벨게이지가 장착되어야 합니다. 각 지하 탱크에는 PLC 컨트롤러에 4~20mA 신호를 출력할 수 있는 연속 자기 플로트 레벨 게이지가 포함되어야 합니다.
데이 탱크에는 맨홀 뚜껑, 연료 유입 파이프, 회수 파이프, 배수 파이프, 오버플로 파이프, 레벨 게이지 등이 장착되어야 합니다. 연료 높이가 명확하게 표시되고 로컬 표시 기능이 있으며 원격 4-20mA 신호를 제공할 수 있는 마커가 있는 산업용 등급 자기 레벨 게이지를 사용해야 합니다.
2개의 연료 이송 펌프를 설치해야 합니다. 각 펌프는 발전기 세트의 최대 부하 작동을 보장하기 위해 충분한 유속으로 경디젤유를 이송할 수 있어야 합니다. 연료 이송 펌프에는 필터, 체크 밸브 등을 포함하여 필요한 모든 부속품이 제공되어야 합니다. 펌프 모터는 과부하 보호 기능이 있는 3상, 50Hz 방폭 설계여야 합니다.
제어 시스템에는 지하 탱크 수위 및 주간 탱크 수위에 대한 모니터링, 솔레노이드 밸브 및 이송 펌프 제어가 포함되어야 하며 해당 경보 정보를 제공해야 합니다. BMS(빌딩 관리 시스템)와의 통합을 위해 표준 Modbus-RS485 신호를 허용해야 합니다.
디젤 발전기 세트에 대한 부하 은행 테스트는 매우 중요합니다. 프로젝트 승인 중에 로드 뱅크 테스트는 장치가 최대 부하 전력 출력을 달성할 수 있는지 여부를 확인하고 환기, 배기, 연료 공급, 전기 시스템 설계 및 설치가 설계 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있습니다. 동시에 일상적인 유지 관리 중에 엔진에 부하 작동을 제공하여 장기간의 경부하 작동으로 인해 발생할 수 있는 탄소 축적과 같은 잠재적인 문제를 방지함으로써 발전기 세트의 안정적인 작동을 보장합니다.
