Corriente continua en el centro de datos: ¿hemos llegado ya ahí?

Los centros de datos sufren cada vez más presión para reducir el impacto medioambiental de sus operaciones. ¿Podría ser la CC una opción viable?

En el típico centro de datos, más o menos la mitad de la corriente suministrada se pierde en la conversión y distribución de la energía o se utiliza para gestionar el calor liberado por esas pérdidas y el propio equipo de TI. Con el aumento de las densidades de potencia del bastidor, también es mayor el desafío de la refrigeración. En los centros de datos también hay cada vez más presión para reducir el impacto medioambiental de sus operaciones. La convergencia de la presión externa con las exigencias del negocio ha empujado a la industria a explorar nuevas tecnologías y nuevos principios de diseño.

CC es el nuevo negro (otra vez)

Durante años, la industria ha flirteado con la noción de cambiar a corriente continua para la distribución de la electricidad dentro del centro de datos. La lógica es clara: cada vez que se convierte electricidad de CA a CC y viceversa (por ejemplo, al poner un SAI con batería de respaldo en el sistema de distribución), se pierde energía, sobre todo en forma de calor. Cuantas menos conversiones sufre el suministro de corriente, menos pérdidas hay y menos calor se genera. Una mayor eficiencia trae consigo una reducción de los costes, tanto en capital como en operación y mantenimiento.

La CC ofrece otras ventajas también que comentaremos a continuación, pero antes puede resultar instructivo conocer un poco su historia. La guerra de las corrientes enfrentó a Thomas Edison y su sistema de CC contra Nicola Tesla (con su diseño de CA) y su socio empresarial George Westinghouse cuando se determinó el estándar con el que se construiría la red eléctrica estadounidense. La CA acabó ganando, en gran medida porque en aquella época era más fácil transmitir energía a distancias más largas usando CA que un voltaje superior.

La CC reaparecería a mediados de la década de 1950 con la llegada de la transmisión de corriente continua de alta tensión (HVDC), que irónicamente era más apropiada para transportar grandes cantidades de electricidad a largas distancias. Actualmente, los sistemas HVDC hacen exactamente eso.

También se utilizan para enlazar redes de CA asíncronas, que permiten asociar sistemas de energía para enviar la electricidad de un lato a otro de manera controlada. El cable de sonido cruzado que enlaza Nueva York con la red de Nueva Inglaterra es famoso porque, gracias a él, Long Island se recuperó con mayor rapidez tras el apagón del nordeste de 2003 aprovechando la capacidad del sistema de CC para controlar la dirección y velocidad del flujo de corriente eléctrica. Nueva York “importó” 330 MW de electricidad de la red de Nueva Inglaterra.

La transmisión HVDC comparte muchas de las mismas ventajas de la distribución de CC a escala más reducida: produce una huella menor que un sistema comparable de CA, opera con menos pérdidas y ofrece también varias ventajas en cuanto a fiabilidad.

Consideremos la propuesta de valor de la CC en el contexto de un centro de datos.

Caso de uso de centro de datos

La distribución de CC gasta menos cobre que un sistema comparable de CA (ABB ha observado hasta un 40 por ciento menos en aplicaciones marinas), y no requiere el uso de rectificadores y transformadores, lo que se traduce en un coste de instalación menor. La eficiencia de su funcionamiento es también mejor que en la CA debido a que reduce las pérdidas y a su menor carga para la refrigeración, como ya se ha comentado. ¿Cuánto mejor? Las estimaciones varían pero un estudio de Lawrence Berkeley Lab de 2006 realizado con un equipo de CA contemporáneo demostró que la CC era entre un 5 y un 7 por ciento más eficiente.[1] El equipo de CA ha evolucionado, por supuesto, pero ahí radica otra dificultad. Incluso el suministro de electricidad más eficiente sigue siendo bastante menos eficiente que el SAI líder del mercado, por ello es importante que los propietarios/operadores de centros de datos tengan en consideración el consumo de energía de sus instalaciones de forma global.

La distribución de CC requiere menos espacio que la de CA, eso significa que queda más sitio para los bastidores de servidores y/o los equipos de refrigeración. Esto es importante ya que muchos centros de datos modernos están limitados por su capacidad para refrigerar los equipos de los que ya disponen. Por último, está bien documentado que un sistema de CC facilita la integración de las fuentes de energía del propio lugar como las celdas de combustible o solares —o dispositivos de almacenamiento de la energía— que producen electricidad de CC. Incluso si estas opciones solo cubren una pequeña parte de la carga total en las instalaciones, pueden resultar cada vez más atractivas ya que los centros de datos buscan operar de forma más ecológica.

Además de los argumentos de la eficiencia y el coste, la CC también ofrece ventajas en cuanto a la calidad de la energía y a la fiabilidad del sistema. El diseño de un sistema de CC es más simple y tiene menos componentes (y por tanto, menos puntos de falla) que la alternativa de CA, y elimina armónicos, desequilibrios de cargas de fase y otros problemas asociados a la CA. La industria de telecomunicaciones ha usado sistemas de CC de 48 V durante décadas con fantásticos resultados. Por ejemplo, NTT de Japón mejoró en diez veces su fiabilidad con la CC en comparación con un sistema de CA usando un solo SAI por ruta, una configuración común.[2]

Se pueden poner dispositivos de almacenamiento de energía directamente en el bus de CC y añadir cargas según sea necesario sin tener que rediseñar la red eléctrica. Esto permite agilizar la instalación y las actualizaciones cuando crezca el negocio.

Y por último, la seguridad. La electrónica de potencia moderna nos permite limitar la corriente de fallo a través del diseño de los sistemas de CC y esa es la clave para reducir el riesgo para el personal y los equipos.

Unas pocas trabas

Hay, por supuesto, algunos obstáculos en el camino hasta una adopción más amplia de la distribución de CC en los centros de datos. Primero, hay una selección limitada de suministro eléctrico de CC para servidores y una carencia de unidades de aire acondicionado, equipos de protección contra incendios y controles de edificios que funcionen con CC, lo cual será necesario para que la CC sea una opción viable.

También hay una carencia de estándares, por ejemplo para el arco eléctrico y la conexión a tierra, de modo que cada sistema ha de diseñarse individualmente, lo cual añade costes sustanciales a la opción de elegir CC. IEC está trabajando actualmente en un estándar para toma y enchufe bajo el TS 62735 y se necesita más trabajo de este estilo para que la CC sea una opción realista para los centros de datos.

Pero puede que el mayor desafío sea simplemente la falta de experiencia entre los propietarios, operadores y contratistas de centros de datos. Hay cuestiones de diseño como dónde realizar la conversión de CA a CC y cómo diseñar un dispositivo de almacenamiento de energía en el bus de CC que proporcione el mismo rendimiento que una SAI. Obviamente, tendrá que haber un proceso de educación para que haya una mayor familiaridad con los sistemas de CC y una menor resistencia al cambio.

Una estrategia podría ser que los centros de datos intentasen fundamentar la necesidad de la CC a nivel del servidor donde, en todo caso, se producen los mayores ahorros. Deshacerse de un suministro eléctrico ineficiente y cambiar a equipos que puedan funcionar con corriente continua sería una primera ganancia en eficiencia y generaría confianza entre el personal del centro de datos para trabajar con sistemas de CC.

Actualmente, la base global de centros de datos de CC instalados ronda los 10 MW, una minúscula fracción de la industria sin duda. Aún así, el argumento comercial de la CC sigue siendo convincente. Con que solo un operador a gran escala hiciera una inversión sustancial en CC, podría generar una demanda de la noche a la mañana que impulsaría el desarrollo de los equipos y los estándares necesarios para llevar la distribución de CC hasta el siguiente nivel.

Soluciones ABB para Centro de Datos

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Sobre el autor

Dave Sterlace

Dave Sterlace is the Head of Technology for Data Center Solutions at ABB, and has 20+ years of experience in data center power, automation and critical power.
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