Традиционным решением организации системы бесперебойного электроснабжения дата-центров (ЦОД) является схема защиты критичной нагрузки с помощью онлайн-ИБП с АКБ. При такой схеме устройство защиты включается последовательно между источником питания (внешней сетью) и защищаемой нагрузкой (Рис. 1).
Рис. 1. Традиционная схема включения онлайн-ИБП
Однако в мировой практике уже более 25 лет используется и другой подход к защите критичной нагрузки. Если в качестве источника питания выступает собственная генерация – например, электростанции на базе газопоршневых установок (ГПУ) или газовых турбин (ГТУ), работающие как в островном режиме, так и параллельно с внешней сетью, – то качественное бесперебойное электропитание ответственных потребителей может обеспечиваться с помощью параллельного подключения накопителей энергии к шине генерации 0,4 кВ или 6-35 кВ. Пример такой системы приведен на Рис. 2.
Рис. 2. Система бесперебойного электроснабжения с параллельным подключением накопителей энергии с двунаправленными преобразователями
В последнее время решение с параллельным подключением накопителей и преобразователей все чаще находит применение на практике. Данный тренд обусловлен несколькими факторами:
- Дефицит электрической мощности, вызванный как общим ростом спроса на электроэнергию, так и взрывным ростом мощности дата-центров с ИИ, для работы которых требуются сотни мегаватт и даже гигаватты (Рис. 3).
Рис. 3. Мировое потребление электроэнергии ЦОДами ИИ
- Резкопеременный характер нагрузки. Нагрузка ЦОД с ИИ по своему профилю напоминает поведение индустриальных нагрузок (Рис. 4).
Рис. 4. Профиль нагрузки ИИ в режиме машинного обучения
Дефицит мощности и гонка за технологическое лидерство вынудили практически всех крупных мировых игроков в области ИИ строить собственную распределенную газовую генерацию, преимущественно на базе ГПУ. Зачастую создаются комбинированные системы, в которых генерация ГПУ/ГТУ дополняется объектами ВИЭ.
Гораздо более сложный вопрос возник из-за резкопеременного профиля нагрузки ИИ. Ведущие мировые производители классических онлайн-ИБП (Schneider Electric, Siemens, Eaton, ABB и др.) провели исследования и пришли к нескольким важным заключениям (подробнее — в White Paper 126 от Schneider Electric «Retrofitting Existing Power Systems for AI Clusters»):
- Переразмеренность: требуется использовать статические ИБП, переразмеренные на 150%, так как нагрузка ИИ генерирует пики в 150% относительно средней мощности.
- Деградация АКБ: постоянное цикличное добавление мощности на DC-шину (режим «пилы») приводит к непрерывным микроциклам разряда-заряда, что ускоряет износ аккумуляторов.
- Повышение риска аварий: колебания мощности негативно сказываются на токораспределительной системе в цепи «выход ИБП – нагрузка», вызывая перегрев контактов и ускоренный износ конденсаторов в инверторах. Аналогичные стрессовые нагрузки передаются на цепь «трансформатор – вход ИБП».
- Высокие потери энергии: применение традиционных онлайн-ИБП связано с большими потерями. При КПД 97% ежегодные потери в ЦОД мощностью 100 МВт составят порядка 26 280 кВт·ч.
Применение динамических ИБП (ДИБП) Piller с маховиками, которые подключаются к мотор-генератору посредством электрической связи, позволяет устранить указанные проблемы. В 2025 году компания Piller провела серию тестов своих ДИБП при работе с нагрузкой ИИ (Рис. 5).
Рис. 5. Профиль нагрузки ИИ и мощность ДИБП 560 кВт с маховиком PB21
Установка ДИБП серии UB-V мощностью 560 кВт / 630 кВА с маховиком PB21 (энергоемкость 21 МДж) работала непрерывно в течение 6 месяцев. Нагрузка изменялась от 280 кВт (50%) до 840 кВт (150%) каждые 1,6 секунды – такой профиль характерен для графических процессоров NVIDIA серий 100 и 200.
Результаты тестирования представлены на Рис. 6 и Рис. 7.
Пики потребления мощности нагрузки (синяя кривая) в диапазоне 100 – 150%, от 560кВт до 840кВт, компенсируются энергией маховика (фиолетовая кривая). Мощность, потребляемая из внешней сети, трансформатора или иного источника, не превышает номинальную мощность ДИБП 560кВт.
При работе от дизель-генераторой установки (ДГУ) выходная частота на нагрузке остается 50Гц +/-1% (красная кривая). Все параметры напряжения на нагрузке соответствуют стандартам качества бесперебойного электропитания.
Итоги
При классической схеме защиты, с последовательным включением ИБП между источником питания и нагрузкой, применение ДИБП Piller позволяет получить следующие преимущества по сравнению с онлайн ИБП с АКБ:
- Оптимизация мощности: мощность ДИБП выбирается по номиналу нагрузки, а не по пикам (отсутствие переразмеренности).
- Оптимизация инфраструктуры системы электроснабжения: трансформаторы, токопроводы и ДГУ выбираются по номиналу нагрузки и защищены от перегрузок за счет стабилизирующих свойств маховика.
- Долговечность: ресурс маховика составляет 1+ млн циклов заряда-разряда, срок службы 20+ лет; требуется 1 замена подшипников через 11 лет.
- Способность работать при высоких температурах без кондиционирования: ДИБП с маховиками работают при температуре +40 °C, что исключает капитальные затраты на системы кондиционирования и снижает эксплуатационные затраты на поддержание микроклимата в энергноцентре.
В системах на базе распределенной генерации (ГПУ, ГТУ) выигрыш от применения ДИБП ещё заметнее: требуется в 3–4 раза меньше оборудования ИБП (ДИБП), пропорционально снижаются потери электроэнергии и площади под энергоцентр.
Решение бесперебойного электропитания на базе распределенной генерации с ДИБП Piller используется в мировой практике с середины 1990-х годов, и с приходом эры ИИ спрос на нее стал массовым. Только за один 2025 год оборудование Piller было установлено на нескольких ЦОД ИИ в США и Европе суммарной мощностью 1 ГВт.
Взгляд в будущее для решения в Казахстане
Для профессионального сообщества Казахстана, работающего в условиях растущего дефицита мощностей и необходимости глубокой модернизации инфраструктуры, данный опыт мировых лидеров — это не просто теория, а готовый сценарий развития. Поскольку портал E²nergy ориентирован на освещение ключевых событий в сфере энергетики Казахстана и Евразии, мы продолжим знакомить вас с практическими кейсами внедрения «умных» сетей (Smart Grid) и систем накопления энергии.
Если вы участвуете в проектировании новых ЦОД или модернизации промышленных объектов в нашем регионе, сейчас – идеальное время для перехода от традиционных схем к технологиям, доказавшим свою эффективность в эру ИИ. Пока алгоритмы учатся, мы учим энергосистемы работать стабильно.
Узнать больше о реализованных проектах можно на сайте www.piller.com и на портале E²nergy.
