Hoy en día, el aumento de los costes financieros y ambientales asociados al uso de energía ha acelerado la búsqueda de soluciones para mejorar la eficiencia energética. En los centros de datos, las mejoras en la eficiencia energética, es decir, las reducciones del PUE, se pueden lograr a través de los diferentes niveles del sistema. Entre las decisiones operacionales que se pueden llevar a cabo encontramos el modo de operación conocido como Eco-Mode. Este modo se basa en reducir la protección de energía con tal de conseguir una mejora en la eficiencia energética y en el ahorro de energía.

En ocasiones, se malinterpreta el uso del modo Eco-Modo en sistemas SAI. Se entiende el Eco-Mode como una tecnología revolucionaria y se remarca que los riesgos de su uso son bajos o inexistentes. Sin embargo, este modo de operación en los SAIs, que existe desde hace décadas aporta beneficios pero también origina ciertos riesgos.

En los sistemas SAIs de doble conversión existen dos recorridos para suministrar la carga: el recorrido online y el recorrido bypass.
La siguiente tabla muestra que tanto en el modo en línea (modo normal de operación) como en el Eco-Mode se usan ambos recorridos:
El modo online únicamente usa el recorrido bypass cuando se da un fallo, algo muy improbable en la vida de un SAI. Por lo tanto, en el modo online la carga no está sujeta a perturbaciones eléctricas incluso durante un problema de la toma de corriente. En cambio, el Eco-Mode opera normalmente mediante el recorrido bypass, por lo que cualquier perturbación causa que el SAI varíe el recorrido de bypass e inversor.

En el Eco-Mode, usar el recorrido bypass aporta beneficios ya que la eficiencia del bypass se encuentra entre el 98 y 99%, comparado con la eficiencia base de un SAI, que ronda entre el 94 y 97%. Esto significa que cuando se usa el modo de operación económico en un estado operativo normal existe una mejora de la eficiencia entre el 2 y 5%.

Pero los beneficios tienen un coste. Tal modo de operación se basa en el suministro continuo de la carga IT por Raw main y cuando se detecta una perturbación debe ser rápidamente modificada, por lo que es necesario un cambio en el recorrido. Este cambio parece simple pero conlleva un gran riesgo y  puede comportar ciertas complicaciones; la ganancia de una pequeña mejora en eficiencia, si no se hace a tiempo, puede afectar a la carga crítica.

Mejoras en la eficiencia
La contribución del SAI en el PUE se da en dos partes: la energía utilizada en el mismo SAI que ronda el 9% y la energía usada para enfriar el calor producido por el SAI aproximadamente el 5% del total del PUE. Estas cifran corresponden a un centro de datos elemental con un PUE de 1.93. Sin embargo, un centro de datos moderno con un PUE de 1.54 ya reduce de por sí un 20% en energía usada por la misma carga IT. Si a un centro con un PUE de 1.54 se le aplica el Eco-Mode, el resultado es el siguiente:

El gráfico muestra que cuando el modo económico está en uso, el SAI cae del 4% al 1,5% (lo que corresponde a una mejora en eficiencia energética del 96% al 98,5%), pero el PUE únicamente desciende de 1.54 a 1.50, lo que representa una reducción de 2,3% de energía. Este análisis toma como referencia un centro de datos que opera al 50% de carga usando un sistema SAI moderno.

En definitiva, el ahorro de energía asociado al uso del SAI en modo económico es aproximadamente del 2,3%, lo que corresponde a un ahorro de 11.215 € al año en un centro de datos de potencia de 1MW a la mitad de carga y con un coste eléctrico de 0.07 €/kWh.

Aunque el 2,3% no sea una cifra muy relevante en cuanto a ahorro energético, es considerable. Desafortunadamente, existen consecuencias asociadas con el modo operativo económico que deben ser consideradas: la pérdida de protección eléctrica, una reducción en la fiabilidad y ciertas consideraciones operacionales.

Pérdida de la protección y fiabilidad asociada al Eco-Mode
El Eco-Mode no puede predecir qué pasara por lo que requiere tiempo para responder frente a un problema energético, ya que debe cambiar de bypass a inversor. Primero se tiene que detectar el problema eléctrico, después se debe localizar y responder a este fallo. A continuación, se activa el inversor y el interruptor de transferencia es accionado.

En la práctica, estas acciones requieren de 1 a 16 milisegundos y la pérdida de energía durante estos milisegundos puede provocar que el transformador se sature cuando la tensión se restablezca tras la pérdida de energía durante 8 segundos; un cambio de estado en el sistema eléctrico general o bien que se inicien dispositivos de protección en ventiladores y bombas, forzando así un cambio inesperado en el sistema. También cabe remarcar que ciertos dispositivos no tienen capacidad para soportar caídas del rango de 16 milisegundos.

Otros aspectos relacionados con la protección deben tenerse en cuenta. Los armónicos juegan un papel importante porque, aunque las cargas IT actuales tienen una baja corriente de armónicos, cuando se inician modos de ahorro de energía la corriente es mayor y puede afectar a todo el sistema de energía. Por ello, las cuestiones armónicas deben tenerse en consideración a la hora de estudiar el uso de modos económicos en los centros de datos. Además, se debe saber que la acción de iniciar el inversor provoca un choque térmico inevitable que no se da cuando el sistema opera sin el Eco-Mode activado. En la misma línea, la batería también puede salir dañada si los cambios de bypass a inversor se dan frecuentemente, ya que las transferencias serán más constantes y la temperatura se verá afectada en contraposición a lo que ocurre si se hace uso del modo online de doble conversión.

Las consideraciones operacionales
El Eco-Mode también tiene consecuencias en el funcionamiento operativo del centro de datos. Por ello, es importante realizar pruebas para determinar si el modo de operación económico es compatible con la instalación y para determinar cuál es la mejor configuración. Tal configuración debe adaptarse a la instalación o a las preferencias del usuario. Por ejemplo, si la sensibilidad del sistema es muy baja, el Eco-Mode reaccionará tarde frente a un problema eléctrico. Por el contrario, si la sensibilidad es alta, se activará el inversor con demasiada frecuencia.  

En definitiva, el Eco-Mode se presenta como una forma en potencia de ahorro de energía en centros de datos y otras aplicaciones de SAI ya que como hemos observado, en los centros de datos el ahorro de energía ronda en torno al 2% y 3% del total. Se pueden lograr porcentajes superiores si el centro de datos opera a cargas bajas de energía.

Pero los avances y mejoras en eficiencia de los nuevos sistemas SAIs están provocando que el ahorro de energía asociado al modo económico se vaya reduciendo y, como consecuencia de ello, va perdiendo utilidad. Además, como se ha indicado anteriormente, su uso conlleva una serie de riesgos. Una balanza entre beneficios y riesgos que debe tenerse en cuenta.

Autor:

Autor: Oscar Pons, System Engineer, Schneider Electric

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