Une alimentation disponible et sécurisée même en cas de coupure ou de variation du réseau est de plus en plus indispensable pour les datacenters. Mais ces alimentations font aussi partie des consommateurs d’énergie de ces datacenters et doivent réduire leur impact environnemental. De nouvelles technologies plus performantes, mais aussi des services associés vont permettre de réduire cette empreinte environnementale tout en assurant fiabilité, disponibilité et sécurité.
Les frais énergétiques représentent une grande partie des coûts de fonctionnement d’un datacenter, et avec l’augmentation vertigineuse des coûts de l’énergie, mais aussi les objectifs de durabilité que se fixent de plus en plus de clients et d’opérateurs, chaque poste de consommation est scruté pour optimiser son fonctionnement.
Comme le souligne Séverine Hanauer, directrice Segments stratégiques Telco & Déploiement Edge Europe du Sud de Vertiv, « aujourd’hui, il y a une préoccupation des exploitants des petites et moyennes salles informatiques et des grands datacenters “hyperscale” de faire des économies d’énergie pour les infrastructures techniques. Si la partie refroidissement représente 40 % des consommations d’électricité, la partie “Power” représente environ 10 % de cette consommation, et de gros progrès ont été faits pour le rendement des équipements qui peut atteindre 96 à 98 % pour les plus fortes puissances. Mais le sujet important devient les conditions d’exploitation, la fiabilité par rapport au risque de coupure électrique avec les problèmes d’infrastructures et les questions de sources d’approvisionnement. Pour la source onduleur, les clients accordent une plus grande attention à la partie batterie : longévité de la batterie, fiabilité, retraitement des déchets ».
La réduction des consommations passe par l’amélioration des rendements et de nouveaux modes de fonctionnement
Les équipements de dernières technologies proposés aux clients ont des rendements de plus en plus élevés, y compris lorsque la charge est réduite. Des rendements supérieurs à 96 % ne sont plus une exception et cette recherche de rendements élevés concerne aussi les onduleurs monophasés de quelques kilovoltampères ou dizaines de kVA que l’on trouve dans les petites salles informatiques de l’Edge Computing pour des applications aussi bien industrielles que commerciales. Les dernières gammes des constructeurs atteignent des valeurs de rendement qui paraissaient encore inatteignables il y a une décennie.
Pour Almamy Faty, chef de Produit UPS d’ABB France, « dans le contexte actuel de réduction des émissions de gaz à effet de serre et l’augmentation des coûts de l’énergie, l’efficacité énergétique d’un onduleur devient cruciale pour limiter les pertes d’équipements en fonctionnement 24 h/24. ABB a donc choisi d’avoir les onduleurs les plus efficients du marché. Ainsi, le rendement de notre gamme MegaFlex atteint 97,4 %, ce qui permet de réduire de 30 % les pertes par rapport à d’autres solutions, d’où une réduction importante des émissions de CO2 pendant toute la vie de l’équipement ».
« Cette demande d’économie d’énergie, de réduction de l’empreinte au sol et d’une maintenance simplifiée provient essentiellement des applications datacenter, note Philippe Gremel, Marketing Manager France, Benelux, Suisse de Socomec. Par exemple, Delphys XL 1 200 kW, la nouvelle ASI forte puissance de Socomec, peut réduire considérablement les coûts opérationnels d’un datacenter. Comme il est essentiel d’atteindre des rendements très élevés, Delphys XL combine plusieurs modes de fonctionnement avancés qui optimisent les rendements sans sacrifier la qualité de l’alimentation énergétique. Basée sur une plateforme XL à forte puissance, sa résilience est optimisée grâce à un gain d’espace et une élimination des points de défaillance uniques. Efficace et compacte, l’ASI Delphys XL est conçue pour sécuriser les applications les plus critiques par le biais d’une redondance intrinsèque et qui permet, grâce à son design unique, une maintenance fiable et rapide. Une offre produit inégalée par rapport aux ASI monoblocs traditionnelles. Labelisée Elite UPS grâce à l’expertise des solutions modulaires intelligentes, durables et sûres de Socomec, Delphys XL a été conçue de manière à faciliter et à sécuriser sa maintenance. Les délais de réparation sont raccourcis grâce à un concept de service innovant et unique ».
Pour améliorer encore ce rendement, les constructeurs ont mis au point de nouveaux modes de fonctionnement en parallèle avec le secteur, sans sacrifier la continuité d’alimentation en cas de coupure du réseau.
Les modes ECO avec fonctionnement sur le réseau et transfert sur l’onduleur et la batterie en cas de coupure du réseau ou de variation de fréquence hors des tolérances admises font place à des modes encore plus performants.
C’est le mode eConversion (anciennement appelé ECOversion) chez Schneider Electric.
Pierre-Antoine Louvot, Business Development & Offer Manager France Operation/Secure Power, explique : « Ce mode est disponible sur toutes nos gammes Galaxy V Série de 10 à 1500 kW. En mode double conversion, le rendement est supérieur à 97 %, avec de nouvelles régulations électroniques (soft switching) ou des ventilateurs à vitesse variable. Le mode eConversion va permettre d’atteindre 99,2 % de rendement tout en restant classe 1 suivant la norme IEC 62040-3 qui est le niveau maximal de protection. L’étage redresseur-chargeur est arrêté, mais la batterie reste en charge grâce au convertisseur (inverter) bidirectionnel qui reste en fonctionnement avec correction du facteur de puissance. En cas de court-circuit réseau, le contacteur statique agit comme une diode pour éviter tout risque d’alimentation du réseau. Les pertes sont divisées par 3 et les économies peuvent être très importantes. Ainsi, pour un de nos grands sites, le passage de 96 à 99 % de rendement permet d’économiser 160 000 €/an avec la hausse du coût du mégawattheure. Depuis mi-2022, Schneider Electric fait d’eConversion le mode de paramétrage par défaut de ses onduleurs Galaxy, après des années de tests de validation sur le terrain. »
Des solutions modulaires de 10 kW à plusieurs MW
Comme le note Almamy Faty, « depuis 2 à 3 ans, le marché évolue vers des structures modulaires pour ne pas subir les contraintes du monolithique, par exemple pour faire une maintenance sans arrêter la machine ou passer sur le by-pass. Aujourd’hui, toutes les gammes d’ABB de 10 kVA au MW existent dans les deux versions, avec des modules de 10 à 250 kVA pour couvrir tous les besoins des clients.
Ces solutions modulaires vont permettre de réduire l’empreinte au sol, qui constitue la deuxième demande du marché pour réduire la taille des locaux techniques. Et l’accessibilité pour la maintenance doit rester facile : accessibilité par l’avant et possibilité de tous types de raccordement (câbles, gaines à barres). L’objectif, ce sont des temps de maintenance et de réparation réduits et des modules standardisés qui réduisent les pièces de rechange ».
Socomec propose les gammes modulaires Modulys XL et GP et, comme l’explique Philippe Gremel, Regional Marketing Leader France Benelux, Switzerland pour le groupe : « la solution Modulys GP dispose d’une configuration automatique du firmware du module de puissance, associée à une maintenance rapide et sécurisée grâce aux sous-ensembles remplaçables à chaud “hot-swap” (modules de puissance, réseau auxiliaire, by-pass, cartes électroniques). Un remplacement “à chaud” de la batterie, sans arrêt des utilisations connectées, est possible ainsi qu’une maintenance sans passage des utilisations sur le by-pass. Concernant Modulys XL, sa maintenance est possible pour tous les composants pendant l’exploitation. Cette solution permet également une maintenance sécurisée des modules de puissance, en dehors du système qui demeure en service. Les modules de puissance et du by-pass statique peuvent être entretenus conjointement en garantissant la protection totale des utilisations alimentées en mode double conversion. Il n’y a pas de risque, lors des interventions sur site, d’altérer le fonctionnement du système durant les opérations de maintenance préventives ou curatives. Les modules de puissance et sous-ensembles sont totalement extractibles, avec accès à tous les composants, pour réduire le MTTR. De plus, les équipements intégrés permettent un pré-test complet après la maintenance du module ».
Les onduleurs de l’Edge Computing évoluent
Les besoins des utilisateurs vont vers un déploiement de l’infrastructure informatique dans des environnements distribués et dans l’Edge Computing. Comme le note Pierre-Antoine Louvot, UPS Business Development & Offer Country Manager : « les besoins des clients industriels ou du secteur commercial évoluent. Ils ne mettent pas toutes leurs données dans le cloud pour réduire les temps de latence. Il y a aussi l’aspect sécurité des données, et ces utilisateurs choisissent d’avoir un microdatacenter sur site. Le risque de coupure de courant est aussi plus ressenti. Pour ces applications, Schneider Electric vient de lancer APC Smart-UPS Ultra, un onduleur monophasé 3 à 5 kW avec des options de montage en rack, tour ou fixé au mur. Très compact, il utilise des batteries lithium-ion qui durent 3 fois plus longtemps que les batteries plomb VRLA ».
Socomec a développé pour ces utilisations le Modulys XS. Philippe Gremel explique : « Le Modulys XS a été spécialement conçu pour être universellement compatible sur plusieurs segments et applications : salles de serveurs pour PME, équipements de télécommunications localisés, centres de données Edge et micro, stations de contrôle de processus, systèmes critiques de vente au détail, lignes de production et infrastructure numérique de l’Industrie 4.0, signalisation de transport, sécurité, ainsi que les structures de paiement et plus. Basé sur une technologie éprouvée sur le terrain déployée dans 4000 installations à travers le monde, le XS est la nouvelle génération d’onduleurs modulaires à petite échelle et met une technologie et une expertise inégalées à la disposition de tous. Avec une modularité flexible offrant une évolutivité de puissance transparente et sans risque jusqu’à 20 kW, la gamme XS est la solution idéale pour les mises à niveau de site non planifiées où l’évolution incrémentale de la puissance installée peut être augmentée jusqu’à 20 kW en ajoutant des modules d’alimentation embrochables et remplaçables à chaud pour une évolution de puissance de 2,5 kW ou 5 k W. »
Pour fournir une alimentation fiable aux réseaux informatiques distribués et sites Edge pour toute une variété de secteurs, PME, administration, finance ou retail, Vertiv vient de lancer son onduleur monophasé Vertiv™ Liebert® GXE de 6 et 10 kVA. Cet onduleur affiche un rendement de 94 % en mode on-line. Sa flexibilité permet de l’installer en rack ou en tour et son autonomie peut être prolongée jusqu’à 4 armoires batteries externes. Pour les installations en rack 42U autonome, Vertiv propose son onduleur Liebert GXT5 avec batterie lithium-ion. Et, précise Séverine Hanauer, « pour une distribution électrique fiable avec surveillance et gestion à distance au niveau des prises, le PDU Vertiv™ Geist™ Rack Transfer Switch (RTS) permet une alimentation monitorée et contrôlée ».
Les onduleurs et leurs batteries peuvent aussi venir en secours du réseau
Certaines ASI peuvent également être dotées de fonctionnalités pour venir en support du réseau.
« Des exploitants de datacenters peuvent décider de surdimensionner leurs batteries pour sortir du réseau en cas de pointe de consommation, explique Séverine Hanauer. Ils passent alors un contrat avec leur fournisseur d’électricité pour s’effacer sur signal de celui-ci. Avec les tensions chez les fournisseurs d’énergie, cette solution de Smart Grid peut être de plus en plus étudiée ».
Ainsi, l’augmentation des rendements des équipements, l’utilisation de modes ECO plus sophistiqués, la modularité des sous-ensembles et l’utilisation de batteries lithium-ion vont permettre aux datacenters d’améliorer leur efficacité énergétique et leur empreinte environnementale.
Jean-Paul Beaudet