كيفية اختيار حمل خاطئ لمجموعة مولدات الديزل لمركز البيانات

يُعد اختيار حمل خاطئ لمولدات الديزل في مراكز البيانات أمرًا بالغ الأهمية، إذ يؤثر بشكل مباشر على موثوقية نظام الطاقة الاحتياطي. سأقدم أدناه دليلًا شاملًا يغطي المبادئ الأساسية، والمعايير الرئيسية، وأنواع الأحمال، وخطوات الاختيار، وأفضل الممارسات.

1. مبادئ الاختيار الأساسية

الغرض الأساسي من الحمل الزائف هو محاكاة الحمل الحقيقي لإجراء اختبار شامل والتحقق من صحة مجموعة مولدات الديزل، مما يضمن قدرتها على تحمل الحمل الحرج بالكامل فورًا في حالة انقطاع التيار الكهربائي الرئيسي. تشمل الأهداف المحددة ما يلي:

1. حرق رواسب الكربون: يؤدي التشغيل بحمل منخفض أو بدون حمل إلى ظاهرة "التكديس الرطب" في محركات الديزل (حيث يتراكم الوقود غير المحترق والكربون في نظام العادم). يمكن أن يؤدي التحميل غير الصحيح إلى رفع درجة حرارة المحرك وضغطه، مما يؤدي إلى حرق هذه الرواسب بالكامل.
2. التحقق من الأداء: اختبار ما إذا كان الأداء الكهربائي لمجموعة المولدات - مثل جهد الخرج، واستقرار التردد، وتشويه الشكل الموجي (THD)، وتنظيم الجهد - ضمن الحدود المسموح بها.
3. اختبار قدرة التحميل: التحقق من أن مجموعة المولدات يمكنها العمل بثبات عند الطاقة المقدرة وتقييم قدرتها على التعامل مع تطبيق الحمل المفاجئ ورفضه.
4. اختبار تكامل النظام: إجراء التشغيل المشترك مع ATS (مفتاح النقل التلقائي)، وأنظمة التوازي، وأنظمة التحكم لضمان عمل النظام بأكمله معًا بشكل متماسك.

2. المعايير والاعتبارات الرئيسية

قبل اختيار الحمل الخاطئ، يجب توضيح معلمات مجموعة المولد ومتطلبات الاختبار التالية:

1. القدرة المُصنَّفة (كيلوواط/كيلوفولت أمبير): يجب أن تكون القدرة الإجمالية للحمل الكاذب أكبر من أو تساوي القدرة الإجمالية المُصنَّفة لمجموعة المولدات. يُنصح عادةً باختيار نسبة تتراوح بين 110% و125% من القدرة المُصنَّفة للمجموعة للسماح باختبار قدرة التحميل الزائد.
2. الجهد والطور: يجب أن يتطابق مع جهد خرج المولد (على سبيل المثال، 400 فولت/230 فولت) والطور (ثلاثي الطور وأربعة أسلاك).
3. التردد (هرتز): 50 هرتز أو 60 هرتز.
4. طريقة التوصيل: كيف يتم توصيله بمخرج المولد؟ عادةً، يكون ذلك بعد نظام ATS أو عبر خزانة اختبار مخصصة.
5. طريقة التبريد:
   • تبريد الهواء: مناسب للطاقة المنخفضة إلى المتوسطة (عادة أقل من 1000 كيلو وات)، وتكلفة أقل، ولكنه صاخب، ويجب إخراج الهواء الساخن بشكل صحيح من غرفة المعدات.
   • تبريد المياه: مناسب للطاقة المتوسطة إلى العالية، وأكثر هدوءًا، وكفاءة تبريد أعلى، ولكنه يتطلب نظام تبريد مائي داعم (برج تبريد أو مبرد جاف)، مما يؤدي إلى استثمار أولي أعلى.
6. مستوى التحكم والأتمتة:
   • التحكم الأساسي: التحميل/التفريغ اليدوي.
   • التحكم الذكي: منحنيات تحميل تلقائية قابلة للبرمجة (تحميل المنحدر، تحميل الخطوة)، ومراقبة وتسجيل معلمات مثل الجهد والتيار والطاقة والتردد وضغط الزيت ودرجة حرارة الماء في الوقت الفعلي، وإعداد تقارير الاختبار. يُعد هذا أمرًا بالغ الأهمية لامتثال مركز البيانات والتدقيق.

3. الأنواع الرئيسية للأحمال الكاذبة

1. الحمل المقاوم (الحمل النشط البحت P)

• المبدأ: تحويل الطاقة الكهربائية إلى حرارة، يتم تبديدها عن طريق المراوح أو تبريد المياه.
• المزايا: هيكل بسيط، تكلفة أقل، تحكم سهل، يوفر طاقة نشطة نقية.
• العيوب: يمكنه فقط اختبار القدرة النشطة (كيلوواط)، ولا يمكنه اختبار قدرة المولد على تنظيم القدرة التفاعلية (كيلوفار).
• سيناريو التطبيق: يستخدم بشكل أساسي لاختبار جزء المحرك (الاحتراق، درجة الحرارة، الضغط)، ولكن الاختبار غير مكتمل.

2. الحمل التفاعلي (الحمل التفاعلي البحت Q)

• المبدأ: يستخدم المحاثات لاستهلاك القدرة التفاعلية.
• المزايا: يمكن أن توفر حمولة تفاعلية.
• العيوب: لا يتم استخدامه عادةً بمفرده، بل يتم إقرانه مع الأحمال المقاومة.

3. الحمل المقاوم/التفاعلي المشترك (حمل R+L، يوفر P وQ)

• المبدأ: يدمج بنوك المقاومات وبنوك المفاعلات، مما يسمح بالتحكم المستقل أو المشترك في الحمل النشط والتفاعلي.
• المزايا: الحل الأمثل لمراكز البيانات. يُمكّن من محاكاة أحمال مختلطة حقيقية، واختبار الأداء العام لمجموعة المولدات بشكل شامل، بما في ذلك منظم الجهد التلقائي (AVR) ونظام المُحافظ.
• العيوب: تكلفة أعلى من الأحمال المقاومة الصرفة.
• ملاحظة الاختيار: انتبه إلى نطاق عامل القدرة (PF) القابل للتعديل، والذي عادة ما يحتاج إلى التعديل من 0.8 متأخر (حثي) إلى 1.0 لمحاكاة طبيعة الأحمال المختلفة.

4. الحمل الإلكتروني

• المبدأ: استخدام تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة لاستهلاك الطاقة أو إعادتها إلى الشبكة.
• المزايا: دقة عالية، تحكم مرن، إمكانية تجديد الطاقة (توفير الطاقة).
• العيوب: باهظة الثمن للغاية، وتتطلب موظفين ذوي مهارات عالية للصيانة، وموثوقيتها تحتاج إلى دراسة.
• سيناريو التطبيق: أكثر ملاءمة للمختبرات أو مصانع التصنيع من اختبارات الصيانة في الموقع في مراكز البيانات.

الاستنتاج: بالنسبة لمراكز البيانات، يجب اختيار «الحمل الكاذب المقاوم/التفاعلي المشترك (R+L)» مع التحكم التلقائي الذكي.

4. ملخص خطوات الاختيار

1. تحديد متطلبات الاختبار: هل يقتصر على اختبار الاحتراق فقط، أم يتطلب شهادة أداء كاملة للحمل؟ هل تقارير الاختبار الآلية مطلوبة؟
2. جمع معلمات مجموعة المولدات: قم بإدراج إجمالي الطاقة والجهد والتردد وموقع الواجهة لجميع المولدات.
3. تحديد نوع الحمل الخاطئ: حدد حملًا خاطئًا ذكيًا مبردًا بالماء R+L (ما لم تكن الطاقة صغيرة جدًا والميزانية محدودة).
4. احسب سعة الطاقة: إجمالي سعة الحمل الخاطئة = أكبر وحدة طاقة مفردة × ١٫١ (أو ١٫٢٥). في حال اختبار نظام متوازي، يجب أن تكون السعة ≥ إجمالي الطاقة المتوازية.
5. حدد طريقة التبريد:
   • طاقة عالية (>800 كيلو وات)، مساحة محدودة لغرفة المعدات، حساسية للضوضاء: اختر تبريد المياه.
   • طاقة منخفضة، ميزانية محدودة، مساحة تهوية كافية: يمكن أخذ تبريد الهواء في الاعتبار.
6. تقييم نظام الرقابة:
   • يجب أن يدعم التحميل التدريجي التلقائي لمحاكاة مشاركة التحميل الحقيقي.
   • يجب أن يكون قادرًا على تسجيل وإخراج تقارير الاختبار القياسية، بما في ذلك منحنيات جميع المعلمات الرئيسية.
   • هل تدعم الواجهة التكامل مع أنظمة إدارة المباني أو إدارة البنية التحتية لمركز البيانات (DCIM)؟
7. فكر في التثبيت المحمول مقابل التثبيت الثابت:
   • تركيب ثابت: يُركّب في غرفة أو حاوية مخصصة، كجزء من البنية التحتية. يتميز بتمديدات ثابتة، وسهولة في الاختبار، ومظهر أنيق. الخيار الأمثل لمراكز البيانات الكبيرة.
   • مُثبّت على مقطورة متنقلة: يُثبّت على مقطورة، ويُمكنه خدمة مراكز بيانات متعددة أو وحدات متعددة. تكلفة أولية أقل، لكن النشر مُرهق، ويتطلب مساحة تخزين وعمليات اتصال.

5. أفضل الممارسات والتوصيات

• التخطيط لواجهات الاختبار: قم بتصميم خزانات واجهة اختبار الحمل الكاذب مسبقًا في نظام توزيع الطاقة لجعل اتصالات الاختبار آمنة وبسيطة وموحدة.
• حل التبريد: إذا كان يتم التبريد بالماء، تأكد من أن نظام تبريد الماء موثوق به؛ إذا كان يتم التبريد بالهواء، يجب تصميم قنوات عادم مناسبة لمنع الهواء الساخن من إعادة تدويره في غرفة المعدات أو التأثير على البيئة.
• السلامة أولاً: تُولّد الأحمال الزائفة درجات حرارة عالية جدًا. يجب أن تكون مُجهّزة بإجراءات السلامة، مثل الحماية من ارتفاع درجة الحرارة وأزرار إيقاف الطوارئ. ويحتاج المُشغّلون إلى تدريب احترافي.
• الاختبار الدوري: وفقًا لمعهد Uptime، تُجرى عادةً اختبارات الحمل الشهري بحمولة مُصنّفة لا تقل عن 30%، ويُجرى اختبار حمل كامل سنويًا. يُعدّ الحمل الخاطئ أداةً أساسيةً لتحقيق هذا الشرط.

التوصية النهائية:
بالنسبة لمراكز البيانات التي تسعى لتحقيق توافر عالٍ، لا ينبغي توفير التكلفة على الأحمال الزائفة. يُعدّ الاستثمار في نظام أحمال زائفة ثابت، بحجم مناسب، R+L، ذكي، ومُبرّد بالماء، استثمارًا ضروريًا لضمان موثوقية نظام الطاقة الحيوي. فهو يُساعد على تحديد المشكلات، ومنع الأعطال، ويُلبي متطلبات التشغيل والصيانة والتدقيق من خلال تقارير اختبار شاملة.