E-business stelt zware eisen aan stroomvoorziening datacenters

Zonder stroom geen omzet

Met de brede opkomst van internet is de IT-wereld in het afgelopen decennium enorm veranderd. Online-diensten moeten altijd, dag en nacht, beschikbaar zijn. Ligt een server er uit, dan kost dat direct omzet. Dat heeft niet alleen belangrijke consequenties voor de computersystemen zelf, maar ook voor hun omgeving. Een gegarandeerd ononderbroken stroomvoorziening is daar een essentieel onderdeel van.

E-business heeft grote consequenties gehad voor de back-office van bedrijven. Voorheen werden bedrijfsprocessen nog vaak in nachtelijke batches verwerkt. Was een administratieve applicatie om welke reden dan ook een paar uur niet beschikbaar, dan had dat vooral gevolgen voor de interne medewerkers.

Tegenwoordig zien IT-processen er echter heel anders uit. De verwerking gebeurt meestal in real-time en klanten interacteren direct met de back-office. Een goed voorbeeld daarvan zijn de banken. Waar de betaalopdrachten vroeger door bankmedewerkers of machines werden ingevoerd, doen de rekeninghouders dat nu veelal zelf. Via internet krijgen zij direct toegang tot de administratieve kernprocessen van de bank. Door hen ingevoerde opdrachten worden na bevestiging bovendien meteen uitgevoerd, iets wat in de bankwereld met de term Straight-Through Processing (STP) wordt aangeduid.

Five nines

Vergelijkbare ontwikkelingen hebben zich voorgedaan in alle sectoren. Denk aan de online vertegenwoordigingen van luchtvaartmaatschappijen, reisbureau's, postorderbedrijven, boekwinkels, kranten en informatie-portalen. Wordt een bezoeker niet meteen, zonder haperen, geholpen, dan is hij weg. Voor een bedrijf als Wehkamp, dat inmiddels meer dan de helft van zijn bestellingen via internet binnenkrijgt, heeft dat direct consequenties voor de omzet. Ligt de internet-bankier-applicatie van de Postbank er uit, dan is dat gelijk voorpagina-nieuws.

Bij dit alles speelt ook nog eens de trend naar internet-gebaseerde toepassingen. Daarbij draaien applicaties niet langer locaal bij een bedrijf, maar wordt dezelfde functionaliteit via internet als dienst aangeboden, bijvoorbeeld in de vorm van een abonnement. Hier in Nederland doet Twinfield dat bijvoorbeeld voor MKB-administraties. De internationale CRM-portaal Salesforce kwam uitgebreid in het nieuws toen hun site begin vorig jaar om de haverklap uit de lucht was.

De hoge beschikbaarheid — aangeduid als "five nines", oftewel 99,999 procent van de tijd — stelt niet alleen zware eisen aan de server-systemen zelf, maar ook aan hun omgeving. Een continue stroomvoorziening is daar een belangrijk onderdeel van. Om onderbreking daarvan op te vangen, moeten bedrijven en colocation providers in hun rekencentra uitgebreide maatregelen treffen.

Afhankelijk van behoeften, beschikbare middelen, locatie en milieu-eisen zijn diverse mogelijkheden voor power backup beschikbaar. Deze worden bovendien in verschillende combinaties ingezet. Behalve dat we hieronder de beschikbare opties op een rijtje zetten, kijken we ook naar de financiële, technische en milieu-technische omslagpunten voor deze backup-opstellingen.

Batterijen

De klassieke power backup is de UPS, kort voor Uninterruptable Power Supply. Deze bestaat uit een accu-set die via een AC/DC- en DC/AC-omzetter tussen stroombron en computersystemen wordt geplaatst. Behalve voor het opvangen van stroomonderbrekingen zorgt de UPS ook voor het zuiveren van de spanning.

Opschalen in zowel verbruik als overbrugbare tijd is eenvoudig: simpelweg een kwestie van batterijen bijplaatsen. De grootste productlijn van APC-MGE kan op deze manier tot 1,6 MegaWatt gaan, in stappen van 200 kiloWatt.

Voor kleinere installaties kun je in eerste instantie bijvoorbeeld 40 kiloWatt aan capaciteit installeren, en naarmate je groeit in de loop der tijd steeds modules van 10 kiloWatt bijplaatsen. Dergelijke flexibiliteit maakt meestal deel uit van een onderhoudscontract. Zo kan de leverancier ook een reserve-module bij een klant op voorraad houden.

Net als alle apparatuur hebben UPS-systemen ook te maken met interne verliezen. Het verlies is vaak zeven à acht procent. Vandaag de dag zijn er echter ook systemen op de markt waarvan de verliezen slechts drie procent bedragen, een belangrijk aandachtspunt nu iedereen graag groen wil zijn en met name de enorme stroomverspilling van computers zo in de belangstelling staat.

Omdat rekencentra vaak twee binnenkomende stroomkabels hebben, bij voorkeur aan tegenovergestelde zijden van het gebouw, worden ook dubbele UPS-systemen toegepast om de dubbele voedingen van de server afzonderlijk van spanning te voorzien. Dit heeft tot gevolg dat de backup-systemen met minder dan vijftig procent worden belast. Dat betekent ook dat het rendement op de UPS is geoptimaliseerd voor een gemiddelde belasting van vijftig procent.

Prijzen batterijen (bron: APC-MGE)

Vermogen (kiloWatt)	Prijs voor 10 min (euro)	20 min	30 min	60 min	meerprijs 60 t.o.v. 10
10	1320	2250	3175	4320	3000
20	2250	3150	4300	5750	3500
40	4330	5750	7080	10450	6120
60	5750	8750	10450	16750	11000

Duur

Hoewel eenvoudig van opzet is een power backup-oplossing puur gebaseerd op batterijen alleen geschikt voor kleinere opstellingen. Behalve dat ze veel ruimte innemen, zijn ze ook nog eens duur. Bovendien moeten de accu's - afhankelijk van de temperatuur van de omgeving waar ze in staan - gemiddeld elke vijf tot zeven jaar vervangen worden. Meestal worden de batterijen dan ook gecombineerd met een dieselgenerator.

Ter illustratie: Stop je een rek vol met high-density blade-systemen, dan komt het stroomverbruik van een volledig bezet rek op zestien tot twintig kiloWatt. Een rek vol moderne, platte 1U-servers, binnen de IT-wereld ookwel oneerbiedig aangeduid als pizza-dozen, verbruikt tien tot twaalf kiloWatt. Een rek met grote, inmiddels verouderde 2U/4U-systemen zit maar op drie kiloWatt.

Uitgaande van een gemiddeld verbruik zullen drie rekken vol moderne server-systemen zo'n veertig kiloWatt verbruiken. Tegenwoordig kunnen deze echter niet meer zonder airconditioning draaien. Waar computersystemen vroeger nog wel enige tijd in de lucht konden blijven zonder actieve koeling van de omgeving, lopen de temperaturen nu binnen de korste keren zo hoog op dat deze zichzelf automatisch uit zouden schakelen.

Een vuistregel is dat voor de airconditioning nog eens een derde tot de helft aan extra capaciteit nodig is. Om veertig kiloWatt aan systemen bij een stroomonderbreking door te laten draaien, is dus zestig kiloWatt aan backup power nodig. Wil je een uur kunnen overbruggen - stroomonderbrekingen duren in Nederland gemiddeld twaalf tot vijftien minuten - dan kosten de daarvoor benodigde batterijen twaalfduizend Euro. Bovendien moeten deze elke vijf jaar vervangen worden. De kosten daarvan bedragen elke keer weer tienduizend Euro.

Dieselgenerator

In combinatie met een dieselgenerator ziet dit plaatje er heel anders uit. De hoeveelheid accu's blijft beperkt tot een overbruggingstijd van zes minuten. Dat is de minimale capaciteit om de batterijen voldoende vermogen te kunnen laten leveren. Binnen die paar minuten kan het aggregaat een paar keer opgestart worden. Omdat de motorolie continu op temperatuur wordt gehouden, draait de generator binnen een halve minuut op vol vermogen.

De kosten voor een aggregaat met een vermogen van zestig kiloWatt zijn ook dertienduizend Euro. Alleen kan deze wel worden afgeschreven over een termijn van dertig jaar. Bovendien wordt meestal een contract met de brandstof-leverancier afgesloten. Op die manier is men ook niet gebonden aan een maximale tijdsduur die op deze manier overbrugd kan worden. Daarbij speelt ook nog eens dat applicaties op grote systemen soms meer dan een kwartier nodig hebben om alles netjes af te sluiten voor een "graceful shutdown".

Prijzen generator sets (bron: APC-MGE)

Vermogen (kiloWatt)	Prijs (Euro)	Prijs per kiloWatt
34	9.516	272
68	11.639	171
88	13.968	159
120	15.698	131
144	18.964	132
205	24.241	118
320	33.966	106
400	42.210	106

Brandstofcellen

Een hele nieuwe ontwikkeling is de inzet van brandstofcellen. Hoewel dieselgeneratoren ten opzichte van batterijen spotgoedkoop zijn, kunnen en mogen ze niet overal ingezet worden. Bijvoorbeeld in woonwijken mogen generatoren om milieu- en veiligheidsredenen niet worden geplaatst.

Bovendien storen dieselgeneratoren ook als ze niet nodig zijn vanwege een stroomstoring. Ze moeten namelijk minstens om de paar maanden - vaak wordt dat eens per maand gedaan - vijf minuten proefdraaien.

Soms kunnen brandstofcellen in dergelijke gevallen uitkomst bieden. Ze starten binnen een paar seconden op en werken geluidloos. Net als een dieselgenerator zullen ze echter niet overal geplaatst mogen worden. De gasflessen met waterstof mogen namelijk alleen buiten worden neergezet.

Brandstofcellen zijn weliswaar vanuit technisch standpunt bezien een volledige vervanging van de dieselgenerator. Voor wat betreft de prijs is dat echter nog geenszins het geval. Een installatie voor dertig kiloWatt kost ongeveer tachtigduizend Euro. Ten opzichte van de generator is dat dus de helft van de capaciteit voor het zesvoudige bedrag.

Op dit moment heeft APC-MGE in Nederland dan ook nog geen brandstofcellen verkocht. Wereldwijd zijn er slechts dertig, veertig installaties weggezet. Er wordt op dit moment door het bedrijf gewerkt aan een tweede generatie. Willen brandstofcellen ook zonder subsidiëring van de overheid een betaalbare oplossing worden, dan zal de prijs eerst nog enorm omlaag moeten. Daarvoor zullen de komende jaren de technologie volwassener moeten worden en de volumes groter.

Dit artikel verscheen eerder in Energy Magazine.