Totes Kapital beleben: Intelligente USV-Anlage senkt Kosten und erhöht gleichzeitig die Versorgungssicherheit

Niedrigere Investitions- und Betriebskosten für Betreiber von Rechenzentren.

 

Die Master+ macht es möglich, die Auf- und Entladung einer externen Batterie intelligent zu managen, und erlaubt so die gleichzeitige Steuerung der Netzdienstleistung sowie der Backup-Funktion. Damit kann die USV-Anlage multifunktional auch für die Bereitstellung von PRL genutzt werden. Quelle: Riello Power Systems GmbH

Im Jahr 2017 verzeichnete die Bundesnetzagentur eine durchschnittliche Versorgungsunterbrechung von lediglich 15 min je angeschlossenem Stromverbraucher. Trotz dieser geringen Dauer müssen sich Rechenzentren ganzjährig und rund um die Uhr gegen einen Stromausfall absichern, um größeren Schäden und Datenverlusten vorzubeugen. In der Folge bleiben die dafür eingesetzten USV-Anlagen nahezu ungenutzt – und sind so betriebswirtschaftlich gesehen totes Kapital.

Deswegen haben die RWE Supply & Trading GmbH und die Riello Power Systems GmbH ein Konzept entworfen, um USV-Anlagen zusätzlich zur ursprünglichen Funktion für die Bereitstellung von Netzdienstleistungen wie Primärregelleistung (PRL) zu verwenden. Hierfür hat Riello seine bewährte Master HE zur Master+ weiterentwickelt. Diese verfügt über eine Batterie mit erhöhter Speicherkapazität, mit der bei Bedarf die Netzstabilität beziehungsweise das Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -abnahme wiederhergestellt werden kann. Die Vermarktung der Netzdienstleistung erfolgt durch RWE; Rechenzentrumsbetreiber profitieren durch die Beteiligung des Konzerns von geringeren Investitions- und Betriebskosten. Gleichzeitig erhöht die größer dimensionierte Premium-Batterie samt Batterie-Monitoring-System die Versorgungssicherheit.

Ohne ein Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und -verbrauch wäre die Systemstabilität von Stromnetzen schnell gefährdet. Deswegen müssen selbst geringe Differenzen augenblicklich mittels Regelenergie ausgeglichen werden. Diese wird vom Netzbetreiber eingespeist, um Leistungsschwankungen zu glätten. Die Primärregelung federt dabei kurzfristige Laständerungen ab – sie muss innerhalb von 30 s vollständig erbracht werden. »Für die Bereitstellung von PRL eignen sich deswegen Batterien besonders gut, da sie sehr schnell reagieren können«, erklärt Dr. Hans-Günter Schwarz, Head of Product Development on Energy Services bei der RWE Supply & Trading GmbH. »Da USV-Batterien nur selten zum Einsatz kommen, sind sie ungenutztes Kapital. So entstand die Idee, diese Infrastruktur auch zur Bereitstellung von PRL zu verwenden.«

 

Multifunktionsfähige USV-Anlage

In der Folge suchte das Unternehmen einen Partner zur Verwirklichung dieser Idee und wurde dabei auf die Riello Power Systems GmbH aufmerksam, die auf die Entwicklung und Herstellung intelligenter USV-Anlagen spezialisiert ist. Diese entwickelte daraufhin in enger Zusammenarbeit mit RWE ihre bewährte Master HE weiter. Hierbei handelt es sich um eine USV-Serie mit Online-Technologie und eingebautem IGBT-Umrichter, der die Rückspeisung der Energie ins Netz erlaubt. Die anhängende Last wird im Dauerbetrieb permanent über den Wechselrichter versorgt, der eine sinusförmige, gefilterte und in der Frequenz stabilisierte Spannung am Ausgang liefert. Ein- und Ausgangsfilter schützen die Verbraucher vor Netzstörungen wie Stromausfällen, Frequenzschwankungen, Über- und Unterspannung sowie Erd- und Kurzschluss. Zudem ist ein Trenntrafo zur galvanischen Trennung der zu versorgenden Verbraucher integriert. Mit einem hohen Wirkungsgrad von bis zu 96 Prozent und einem Doppelwandler bildet die Serie so eine gute Basis für die gewünschte Anwendung.

Die Master HE wurde in der Folge an die Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz beziehungsweise an die aktuell gültige Fassung der VDE-Anwendungsregel (FNN) VDE-AR-N 4110 angepasst.

»Die nun entstandene Master+ macht es möglich, die Auf- und Entladung der Batterie in Richtung des Speisenetzes intelligent zu managen. So erlaubt sie die gleichzeitige Steuerung der Netzdienstleistung sowie der Backup-Funktion«, so Dipl.-Ing. (FH) Volker Liebenhagen, Regionalleiter Nord/West bei der Riello Power Systems GmbH. Beide Funktionen werden dabei strikt voneinander getrennt. Während die PRL über eine VPN-Verbindung von RWE abgerufen und ins Verteilnetz abgegeben wird, bleibt die USV-Funktion unangetastet. Dadurch kann gewährleistet werden, dass bei einem Stromausfall immer die geforderte USV-Leistung erbracht wird. Diese Trennung schlägt sich auch im Verbrauch nieder: Das Rechenzentrum trägt lediglich die Energiekosten für die Backup-Funktion, RWE übernimmt die Stromkosten für die Bereitstellung der PRL.

 

RWE kann mittels eines Verbindungsnetzwerks die Erbringung der PRL steuern und überwachen. Durch die virtuelle Aufteilung der Batterie in ein Back-up und ein kommerzielles Segment bleibt die Backup-Funktion der USV-Anlage unangetastet.
Quelle: RWE Supply & Trading GmbH

 

Zuverlässigkeit steigt durch ständige Überprüfung

Die Master+ verfügt über eine größer dimensionierte Premium-Batterie, da für PRL zusätzliche Speicherkapazitäten benötigt werden, sowie über ein modernes Batterie-Monitoring-System. Dieses überwacht den Zustand der Zellen und leistet auf diese Weise zusammen mit regelmäßigen Tests einen Beitrag zur Zuverlässigkeit des USV-Systems.

»Bei herkömmlichen USV-Anlagen leidet die Zuverlässigkeit der Batterien stets unter der seltenen Verwendung. Intensive Wartungskonzepte sind notwendig, sonst werden Störungen erst zu spät erkannt«, bemerkt Liebenhagen. Datenausfälle und Abschaltungen sind die Folge. »Mit unserem neuen Konzept können Rechenzentrumsbetreiber nun ohne Zusatzkosten die Sicherheit des Systems erhöhen: Eine höherwertige Batterie, die Tests und ein Remote-Monitoring stellen die Funktionsfähigkeit sicher.« Bei einem Stromausfall können Betreiber zudem die für die PRL gespeicherte Energie nutzen, sodass sich die Backup-Zeit von etwa 10 min auf bis zu 30 min verlängern lässt.

 

Betreiber profitieren durch die Beteiligung von RWE

RWE trägt dabei die volle Verantwortung für die Vermarktung und den Verkauf der PRL. Somit hat RWE ein berechtigtes Interesse an der Funktionsfähigkeit des Systems und übernimmt daher teilweise die Kosten für die Batterie, die Wartung und das Monitoring. Riello unterstützt das Projekt zusätzlich durch ein umfassendes Servicekonzept. Dadurch sinken für die Betreiber eines Rechenzentrums die Investitions- und Betriebskosten – sogar im Vergleich zu einer herkömmlichen USV-Anlage. »Die Versorgungssicherheit des Rechenzentrums zu gewährleisten, hat immer Priorität. Mit unserem Konzept können Betreiber nun die Sicherheit signifikant erhöhen – und gleichzeitig ihre Kosten senken«, fasst Liebenhagen zusammen.

 

Weitere Informationen unter: https://youtu.be/QLfdZj1kafc

 

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