Green-IT im Datacenter
Welche Potenziale bietet das USV-System?

Die envia TEL GmbH setzt beim Datacenter Leipzig 2 auf Qualität und Sicherheit made in Germany und bietet damit ihren Kunden Hochverfügbarkeit verbunden mit einem ressourcenschonenden Betrieb.

Getrieben durch die Digitalisierung wächst die zu verwaltende Datenmenge kontinuierlich weiter an. IT-Trends wie Cloud Computing, Artificial Intelligence, Metaversen und Streaming treiben den Stromverbrauch von Rechenzentren zunehmend in die Höhe. Geht es darum, Datacenter energieeffizienter zu machen, investieren Betreiber historisch bedingt zunächst in Server mit möglichst sparsamen Prozessoren und in eine effiziente Klimatisierung.

Seit einiger Zeit rücken nun verstärkt die Einsparungsmöglichkeiten mittels smarter Stromversorgungen in den Fokus. Diese Systeme passen, versehen mit intelligenter Steuerungssoftware, ihren Eigenverbrauch kontinuierlich an die jeweilige Auslastung des Datacenters an.
Sie sind darauf optimiert nicht benötigte Hardware-Ressourcen automatisch in einen Energiesparmodus zu versetzen, ohne den sicheren Betrieb des Rechenzentrums zu gefährden.
Sie übernehmen Energiemanagementfunktionen, bieten Möglichkeiten zur Integration von Energiespeichersystemen oder den Bezug von nachhaltig erzeugter Energie aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen.

Eigenverbrauch auf Minimum reduziert

Mit dem USV-System ENERTRONIC modular SE hat BENNING bereits seit einigen Jahren ein USV-System im Markt etabliert, das den Anforderungen an einen ressourcenschonenden und ausfallsicheren Betrieb gerecht wird. Softwaregesteuert versetzt das System USV-Module, die nicht zur Versorgung der aktuellen Last benötigt werden, in eine Art „Sleep Mode“. Dabei wird ihr Eigenverbrauch auf ein Minimum reduziert, ohne dass der sichere Doppelwandlerbetrieb eingeschränkt wird. Bei einer sprunghaften Änderung der Lastverhältnisse werden die Module aktiviert und liefern bereits innerhalb von weniger als zwei Millisekunden Volllast.

99,99996 % Verfügbarkeit

Seit nunmehr zwei Jahren schützen zwei redundante ENERTRONIC modular SE Systeme mit jeweils 1,2 MVA auch das Datacenter Leipzig 2 vor Netzstörungen.
Das von der envia TEL GmbH in Taucha, vor den Toren Leipzigs betriebene Hochleistungsrechenzentrum ist entsprechend der Norm EN50600 VK3 zertifiziert und als hochverfügbar eingestuft.
Es umfasst aktuell 1.000 m² Serverstellfläche sowie weitere 1.000 m² Serverstellfläche für den zukünftigen Ausbau.

USV-Systeme ENERTRONIC modular SE mit geöffneter Tür
USV-Systeme ENERTRONIC modular SE

Die envia TEL GmbH (envia TEL) ist eine 100-prozentige Tochtergesellschaft der envia Mitteldeutsche Energie (enviaM) mit Sitz in Markkleeberg. Das Unternehmen ist der führende regionale Telekommunikationsdienstleister und Netzbetreiber in Mitteldeutschland und bietet Produkte und Dienstleistungen im gesamten Spektrum der Telekommunikation, Service für Netzbetreiber und Cyber-Security-Lösungen an.

Mit dem Datacenter Campus Leipzig betreibt envia TEL einen der modernsten Rechenzentrums-Standorte Europas und bietet auf 3.000 Quadratmetern Fläche Platz für 60.000 Server.

Schwerpunkte der Services sind Housing, Hosting, Cloud Dienste sowie Kollokation. Die Kundenstruktur ist vielfältig. Sie umfasst u.a. Unternehmen aus dem Industrie- und dem Infrastruktursegment sowie aus der Telekommunikation, die teilweise ihre gesamte IT in das Rechenzentrum ausgelagert haben. Diese Kunden verlassen sich auf die von envia TEL garantierte Hochverfügbarkeit, denn ein Ausfall würde den gesamten Geschäftsbetrieb signifikant beeinträchtigen und könnte einen enormen wirtschaftlichen Schaden verursachen.

Daraus lässt sich hinsichtlich des zum Einsatz kommenden Stromversorgungssystems folgendes schlussfolgern: Die garantierte Verfügbarkeit des USV-Systems stellt das wichtigste Qualitätsmerkmal dar. Wie hoch diese ist, hängt maßgeblich von der Zuverlässigkeit der verwendeten Module ab. Ebenso wichtig ist jedoch die Topologie und die Art und Weise, wie die Module konfiguriert sind.

Die ENERTRONIC modular SE erreicht eine herausragende Verfügbarkeit von 99,99996 %, häufig auch als „sechs-neuner“ Zuverlässigkeit bezeichnet. Das entspricht einer maximalen Downtime von weniger als 13 Sekunden pro Jahr.

Sechs-Neuner Sicherheit

Aufgrund der hohen Anzahl der Systemkomponenten eines modularen USV-Systems gehen wir in unserer Gleichung von einer Mean Time Between Failures (MTBF) von 500.000 Stunden aus.

Da jedes USV-Modul in dieser Topologie jedoch ein vollständiges und voll funktionsfähiges Stromversorgungssystem darstellt, das in weniger als zehn Minuten im laufenden Betrieb des Gesamtsystems ausgetauscht werden kann („hot-swapped“), liegt die Mean Time To Repair (MTTR) bei einem sehr beeindruckenden Wert von nur 0,17 Stunden.

Für die Systemverfügbarkeit gilt also:

Verfügbarkeit = MTBF / (MTBF + MTTR)

= MTBF / (MTBF + MTTR)
= 500.000 / (500.000 + 0,17)
= 500.000 / (500.000,17)
= 99,99996 %
= 0,21024 Minuten / Jahr

 

* Quelle: vgl. detaillierten Artikel zur Verfügbarkeitsberechnung von Stromversorgungen in POWER news 08/2017

Aus der Erfahrung gelernt

Wie der Name „Datacenter Leipzig 2“ impliziert, handelt es sich um das zweite Rechenzentrum auf dem Datacenter-Campus in Taucha. Bereits vor einigen Jahren hat envia TEL das Datacenter Leipzig 1 errichtet. Damals rüstete man es mit dieseldynamischen USV-Monoblocksystemen aus, die das Rechenzentrum auch heute noch nach den höchsten Verfügbarkeitsanforderungen versorgen.
Allerdings haben diese monolithischen Systeme im Vergleich zu aktuellen modularen USV-Anlagen verschiedene Nachteile hinsichtlich Flexibilität, Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit.

Beispielsweise muss von Anfang an die gesamte, für den späteren Endausbau des Rechenzentrums notwendige Leistung installiert werden. Dies erfordert zum einen eine vergleichsweise höhere Anfangsinvestition, zum anderen werden die USV-Systeme über einen langen Zeitraum nur gering ausgelastet und somit außerhalb ihres Wirkungsgradoptimums betrieben. Als Ergebnis manifestieren sich höhere Verlustleistungen und eine geringere Energieeffizienz.

Ganzheitliche Betrachtung

Als das „Datacenter Leipzig 1“ ca. 70 % seiner maximalen Serverkapazität erreicht hatte, begann man 2017 bei envia TEL mit der Planung eines weiteren Rechenzentrums. Aufgrund der Erkenntnisse aus dem Betrieb der bisherigen dieseldynamischen USV-Anlagen, beabsichtigte man nun den Einsatz modularer USV-Technik.

Da zwischen BENNING und envia TEL bereits Geschäftsbeziehungen im Bereich der Telekom-Stromversorgungen bestanden, erhielt BENNING 2018 ebenfalls die entsprechende Ausschreibung. Mit Engagement und hoher Kundenorientierung entwickelte das BENNING Projektteam in der Folge verschiedene Konzepte hinsichtlich möglicher Systemkonfigurationen, flexibler Leistungsauslegung (pay as you grow), wirtschaftlichem Betrieb und der optimalen Flächennutzung bei der Aufstellung vor Ort. In umfangreichen Benchmarks verglich envia TEL sowohl die monetären Aspekte der Erstinstallation, die Gesamtbetriebskosten (TCO), als auch die technischen Parameter der verschiedenen USV-Anbieter. Vor- und Nachteile wurden gegenübergestellt sowie verschiedenste Szenarien durchlaufen.

„Nach den weltweiten Lieferengpässen infolge der Corona-Pandemie und den immer noch anhaltenden Risiken für die Lieferketten, hat sich im Nachhinein betrachtet die damalige Entscheidung für die ENERTRONIC modular SE mit deutschem Ursprung einmal mehr als die Richtige erwiesen.“

Michael Freitag,
Projektleiter Neubau Datacenter Leipzig 2, envia TEL

Potenzial „smarte Systemeffizienz“

Rechenzentren gelten als Großverbraucher elektrischer Energie. Dementsprechend wünschte envia TEL ein intelligentes energieeffizientes Stromversorgungssystem, dessen Eigenverbrauch jederzeit optimal an die sich dynamisch verändernde Auslastung des Rechenzentrums angepasst ist.

Mit der vom Anwender wählbaren und individuell konfigurierbaren Betriebsart SEOO (System Energy Optimized Operation) wird die ENERTRONIC modular SE genau diesen Anforderungen gerecht. Das System garantiert automatisch und intelligent die höchste Systemverfügbarkeit bei gleichzeitig niedrigsten Betriebskosten. Dazu ermittelt die Software kontinuierlich die für den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb benötigte Anzahl an Modulen und versetzt alle weiteren in einen Zustand kontrollierter Inaktivität. Dennoch sind auch diese Module permanent verfügbar, um die kritische Last bei Bedarf (z. B. im Falle einer Lastzunahme) unterbrechungsfrei zu versorgen.

Außerdem kann die installierte Systemleistung parallel zum Ausbau des Datacenters wachsen. Das Risiko einer Überinvestition wird bereits vom ersten Tag an ausgeschlossen, denn das System umfasst immer nur exakt jene Anzahl an Modulen, die zum Erreichen der maximal benötigten Systemleistung und zur Redundanzbildung notwendig ist. Steigt oder sinkt die benötigte Leistung, können sehr einfach Module ergänzt oder entnommen werden (Hot Swap).

USV-System
Das USV-System ist skalierbar und kann parallel zum Ausbau des Rechenzentrums wachsen

Geringer Footprint

Des Weiteren beeindruckte den Kunden die für diese USV-Klasse einzigartige Leistungsdichte (415 kW/m²) und der geringe Raumbedarf. Der gesamte Luftstrom des USV-Systems wird durch das Systemdach ausgetragen, eine rückseitige Ausführung ist optional möglich.

Alle Einstellungen, Service- und Wartungsarbeiten erfolgen frontseitig. Somit sind am Aufstellungsort sehr platzsparende und flexible Anordnungen möglich, denn die USV-Systeme können problemlos Rücken an Rücken, aneinandergereiht an einer Wand oder in einer Ecke platziert werden.

USV-Raum der Firma Datacenter Taucha
Datacenter Taucha, USV-Raum
Dezentral-parallele-Architektur Schaltbild
USV-System-Design als DPA (Decentralised Parallel Architecture) – ein Single Point of Failure ist aufgrund der vollständigen Redundanz nicht vorhanden.

Kein Single Point of Failure

Auch hinsichtlich der Systemverfügbarkeit konnte BENNING punkten. Die Stromversorgung überzeugt als ein vollständig redundantes USV-System, bei dem es gelungen ist, die Parallelarchitektur der Module zu dezentralisieren, sodass daraus ein USV-System ohne Single Point of Failure resultiert. Dazu sind alle kritischen Bauteile samt Bypass und Steuereinheiten auf die Modulebene verlagert und teilweise auch dort zusätzlich redundant ausgelegt worden. Zur Erhöhung der Systemverfügbarkeit versetzt die implementierte Multiple Master-Technologie jedes Modul außerdem in die Lage, automatisch in den Master- oder Slave-Betrieb zu wechseln.

Die Monitoring und Control Unit (MCU) ermöglicht mit einer Vielzahl an unterstützten Protokollen und Schnittstellen die Anbindung des Systems an EMS unterschiedlichster Softwarehersteller. Der in die Schranktür des Stromversorgungssystems eingebaute Systemcontroller (MCU 3000) besitzt ein 10,4" Touchdisplay. Die hier im Display dargestellte Ansicht zeigt den Betriebszustand einer ENERTRONIC modular Storage.

Hohe Lieferperformance

Aus den Benchmarks und Szenarien ging das vom BENNING Projektteam entwickelte Konzept als Sieger hervor und gewann die Ausschreibung. Die Beauftragung seitens des E-Technik-Generalunternehmers erfolgte Anfang 2020. Bereits im Mai desselben Jahres installierten die Techniker der regionalen BENNING Service Niederlassung Dahlewitz die zwei ENERTRONIC modular SE Systeme und die für die festgelegte Überbrückungszeit notwendigen Batteriestränge. Zur einfacheren intuitiven Bedienung und Fernüberwachung wird die Monitoring Control Unit 3000 (MCU 3000) eingesetzt.

Die Inbetriebnahme folgte im Juni, wobei die Systeme vorerst nur mit der für die aktuelle kritische Last tatsächlich notwendigen Anzahl an Leistungsmodulen bestückt wurden. Die Nachrüstung der Module erfolgt zukünftig stetig analog zur Erweiterung des Rechenzentrums.

Green IT – Fit for Future

Bereits heute erfolgt die Stromversorgung der Datacenter laut Angaben von envia TEL zu 100 Prozent aus erneuerbaren Energien. Sollte zukünftig im Rahmen des Green-IT-Gedankens eine PV- oder Windkraftanlage direkt in die Versorgung des Rechenzentrums eingebunden werden, so ist auch das mit der ENERTRONIC modular SE möglich.

Für diesen Zweck hat BENNING das hybride USV-Energiespeichersystem ENERTRONIC modular Storage bereits erfolgreich im Markt etabliert.

Es ermöglicht die Einbindung von erneuerbaren Energiequellen wie PV-Anlagen, die Bereitstellung von Schnellladeenergie für Elektrofahrzeuge und die Spitzenlastkappung, das sogenannte Peak Shaving zur Vermeidung von hohen Energiekosten auf Grund von Lastspitzen.

Die gute Nachricht für alle Betreiber von ENERTRONIC modular SE USV-Anlagen ist, dass diese Anlagen im Zuge eines Upgrades die Energiespeicherfunktionen vollumfänglich nutzen können. Somit ist envia TEL auch in dieser Hinsicht herausragend für die Zukunft aufgestellt.

ENERTRONIC modular Storage Rack und Modul in der Nahaufnahme
ENERTRONIC modular Storage
Ronald Metzig

„Im Fokus: Optimale Systemgröße, Investitionskosten und Total Cost of Ownership“

Ronald Metzig,
Leiter Niederlassung OST,
BENNING

Herr Metzig betreute die Planung und Umsetzung des USV-Systems für das Datacenter Leipzig 2.

Zurück