April 2010
UPS: voor het geval de stroom uitvalt
Uninterruptable Power Supply is de doopnaam, maar hij is bekend onder de roepnaam UPS. Een installatie die ervoor zorgt dat bij spanninguitval of bij spanningsvariaties de machines tiptop blijven draaien. ‘De belangrijkste ontwikkeling van de laatste jaren is dat UPS’en naar behoefte uitbreidbaar zijn’, zegt Léon Verbeek, directeur van Sim Holland, leverancier van noodstroomoplossingen.
‘Rekencentra, 24-uursbedrijven, fabrieken met bijvoorbeeld verpakkings- of verfmachines’, Léon Verbeek, directeur van Sim Holland, noemt een paar voorbeelden van organisaties die baat hebben bij een UPS – Uninterruptable Power Supply, die een enkele keer ook wordt aangeduid als CPS, wat staat voor ‘Constant Power Services’, maar de ‘C’ kan ook staan voor ‘Continious’ of ‘Conditioned’. Waar het in elk geval om draait, is dat dergelijke systemen ervoor zorgen dat een organisatie altijd kan beschikken over de elektriciteit die het wenst.
‘Als een rekencentrum stil valt, of als een verpakkingsmachine zijn werk niet kan doen, kan de financiële schade voor een bedrijf aanzienlijk zijn’, vertelt Verbeek. Hij ziet hier overigens een groeimarkt, gezien de toenemende afhankelijkheid van computers bij bedrijven en instellingen. Als een computersysteem ongepland uitvalt, bestaat het risico op verlies van waardevolle informatie.
Overbruggen
Verbeek wijst erop dat er een groot verschil is aan bhoeften bij de verschillende klanten. Een klein advocatenkantoor heeft bijvoorbeeld genoeg aan een UPS die de computersystemen lang genoeg in de lucht houdt om alle programma’s ordentelijk te kunnen afsluiten. En dat geldt voor meer organisaties. Daarbij is de UPS slechts een tijdelijke elektriciteitsleverancier om te voorkomen dat gevoelige data verloren gaat.
In andere gevallen maakt de UPS vaak onderdeel uit van een groter systeem dat zelf elektriciteit gaat produceren als het publieke net het laat afweten. Dergelijke systemen worden bijvoorbeeld gebruikt door rekencentra, ziekenhuizen, fabrieken, telecomproviders en luchthavens. De UPS is dan bedoeld om de tijd te overbruggen die nodig is om de netuitval automatisch te bevestigen en een (diesel)generator op te starten. Gewoonlijk neemt dat 3 – 4 min. in beslag. De UPS moet dus gedurende die periode de benodigde elektriciteit kunnen leveren. Daarnaast moet de gebruiker ervan op aan kunnen dat het systeem actief wordt zodra dat onverwachts nodig blijkt.
Verbeek haalt aan dat een UPS niet alleen in actie hoeft te komen als de netstroom wegvalt. ‘Een UPS heeft ook een filterende, beschermende functie. We weten allemaal dat het spanningsniveau kan fluctueren. De UPS zorgt ervoor dat de output altijd precies goed is voor de aan de UPS gekoppelde machine(s).’
Volgens hem is de efficiëntie van UPS’en de laatste jaren flink verbeterd, evenals verkleining van de ‘mean time between failure’ en is de bijbehorende batterijkwaliteit sterk verbeterd. Ook het ruimtebeslag is verminderd. ‘Een belangrijke ontwikkeling is de mogelijkheid een systeem naar wens te vergroten. De UPS’en van tegenwoordig zijn schaalbaar. Je kunt hen aan elkaar koppelen, en dus uitbreiden naarmate een bedrijf groeit en daar behoefte aan heeft.’
Stroomverbruik
Gevraagd naar een nadeel van UPS’en noemt Verbeek, half schertsend, ‘dat ze stroom verbruiken’. Eraan toevoegend dat – ingegeven door het streven naar ‘groenere’ productiemethoden – de efficiëntie van ups’en beduidend is toegenomen.
‘De zwakste schakel van een statische UPS vormt de batterijen. Die gaan gemiddeld zo’n acht tot tien jaar mee. Dus moet je die steeds tijdig vervangen. Dat is een kostenpost en een milieubelasting.’ Hierbij gaat het overigens wel over batterijen uit het hogere segment. Exemplaren uit het lagere segment zijn stukken goedkoper, maar gaan beduidend korter mee en moeten om de drie tot vijf jaar worden verwisseld.
De efficiëntie van UPS-systemen is mede toegenomen door het gebruik van IGBT-techniek (Insulated Gate Bipolair Transistor). Dit is een vrij recente ontwikkeling en de eerste apparaten zijn begin jaren tachtig op de markt gekomen. IGBT is een halfgeleider die zorgt voor de nodige schakelingen. Hij komt in plaats van fysieke schakelaars die altijd langzamer zijn en daardoor minder efficiënt. Statische ups’en hebben schakelingen nodig, omdat zij wisselstroom omzetten naar gelijkstroom (om de batterijen te laden) en weer naar wisselstroom voor de machines die ze voeden. Die dubbele conversie of deltaconversie, zorgt op zichzelf al voor energieverlies.
|
BESCHIKBAARHEID IS BELANGRIJKST
Wie op het punt staat een UPS te kopen of te vervangen, kan onder meer te rade bij het Amerikaanse bedrijf Mission Critical West. Dit heeft onlangs zijn ‘2009/2010 Large UPS Product Evaluation Report’ uitgebracht. De analisten hebben de claims van de acht grootste UPS-fabrikanten op de pijnbank gelegd. Wie de uitkomst van de test in detail wil weten, zal het rapport moeten kopen voor ruim vierduizend dollar. Een uittreksel geeft echter wel aan waarop is gelet en wat de algemene bevindingen zijn. De belangrijkste eigenschapen waarop de UPS-systemen zijn beoordeeld, zijn betrouwbaarheid en beschikbaarheid. Zelfs al is een systeem uiterst efficiënt en neemt het nauwelijks plaats in, als het niet naar behoren werkt, dan heb je er niets aan. Datzelfde geldt voor de mogelijkheid dynamische prestaties te leveren. Als de UPS na een tweede keer opstarten niet thuis geeft, heeft die geen waarde. In vrijwel alle gevallen kunnen gebruikers leven met hogere stroomkosten, meer ruimtebeslag of licht wisselende prestaties. Maar als een systeem, of een van de subsystemen, neigt uit te vallen, kunnen de gevolgen daarvan catastrofaal zijn voor de gebruiker. Uit recent onderzoek blijkt dat het niet beschikbaar zijn van een systeem de oorzaak is van bijna 25 procent van alle daadwerkelijke downtime-incidenten. De belangrijkste oorzaak is overigens ‘menselijk falen’.
|
Zonder batterijen
Omdat batterijen de achilleshiel zijn van statische UPS-systemen, heeft Hitec (het vroegere Holec) tientallen jaren geleden al een ander systeem in het leven geroepen: het dynamische UPS-systeem. ‘In 1956 hebben wij al een systeem uitgevonden waarbij de energie niet in batterijen werd gestopt, maar in een vliegwiel van 1 – 1,5 m. Sindsdien hebben we dit systeem verbeterd en zijn we wereldmarktleider geworden’, zegt Jasper Kerkwijk, marketingmanager bij Hitec Power Protection. Deze leverancier van UPS- of CPS-systemen produceert en verkoopt de apparatuur wel, maar installeert deze niet zelf. Daarvoor heeft het bedrijf contact met installateurs als Imtech en Sim Holland. ‘Bij grote en kritische systemen is het wel zo dat wij de parameters bepalen. De installateurs voeren het werk uit, maar wij bepalen hoe. Een goede installatie luistert namelijk erg nauw’, stelt Kerkwijk. Het behoeft geen betoog dat het Hitec-systeem met een vliegwiel efficiënter is dan een systeem met batterijen. Kerkwijk geeft aan dat toepassing van de IGBT-techniek statische UPS’en wel efficiënter maakt, maar dat de conversieslagen altijd nodig blijven. ‘Dat scheelt toch altijd zo’n vier procent. En als je dan naar de echt grote rekencentra kijkt, dan praat je toch al gauw over een verschil van 800.000 euro op de elektriciteitsrekening tussen een dynamische en een statische oplossing.’
Hij geeft toe dat de doelmatigheid van statische UPS'en is toegenomen de laatste jaren. ‘Alleen moet je goed nagaan wat daar allemaal wel of niet wordt bij gerekend. Een aantal leveranciers telt bijvoorbeeld niet de stroom mee die nodig is om de ups met batterijen te koelen, en evenmin de elektriciteit die nodig is om de batterijen van tijd tot tijd te laden en te ontladen.’
|
NEDERLAND NET ERG BETROUWBAAR
Over de afgelopen tien jaar is ten aanzien van de Nederlandse elektriciteitsnetten geen structurele toename of afname in de uitvalminuten en -frequentie waar te nemen. Bovendien kan worden gesteld dat op landelijk niveau het Nederlandse elektriciteitsnet beter presteert dan een gemiddeld Europees elektriciteitsnet. Dit concluderen Movares Nederland en Kiwa Gas Technology, die onlangs in opdracht van de Energiekamer (onderdeel van de NMa) een onderzoek hebben afgrond naar de toestand van Nederlandse elektriciteits- en gasnetten. De storingen in het elektriciteitnet die tot uitval leiden, bevinden zich vooral in het middenspanningsnet. In de Nederlandse betrouwbaarheidsanalyse van 2008 is aangegeven dat een deel van de storingen wordt veroorzaakt door veroudering of slijtage. Voor de hoog-, midden- en laagspanningsnetten is dit respectievelijk zeventien, zestien en zeven procent. Verschillende netbeheerders geven overigens aan dat de registratie voor laagspanningsstoringen nog niet volledig is. De onderzoekers zijn op basis van verstrekte informatie niet in staat deze onnauwkeurigheid en de consequentie daarvan, nader te specificeren. Eén van de aanbevelingen is dan ook: voor de elektriciteitsnetten verdient de verbetering van de registratie van laagspan- ningsstoringen aanbeveling, zodat op termijn op basis van correcte en volledige data een uitspraak kan worden gedaan over de ontwikkeling van de storingen. Om een beeld te krijgen van stroomstoringen in Nederland houdt Sim Holland een twitter-pagina bij. Kijk op www.twitter.com/simholland.
|
Enorme vermogens
Hitec levert alles wat nodig is voor een betrouwbare en veilige energievoorziening in één systeem. De UPS (met het vliegwiel) is daar maar een onderdeel van. De dieselmotor een ander. De motor is voorverhit en voorgesmeerd om ervoor te zorgen dat hij meteen kan lopen zodra de motor de generator moet aandrijven. ‘Eigenlijk komt het niet zo vaak voor dat er een lange periode is, waarin het landelijk stroomnet het laat afweten. Bij ongeveer acht procent van de uitvallen gaat het om seconden dat de stroom langs de gewone weg niet beschikbaar is. Dan heb je dus een generator nodig die heel snel energie kan leveren. Wij hebben systemen, waarbij de dieselgenerator in 2 s aan de slag kan gaan. In dat geval hoeft de UPS dus maar 2 s zijn werk te doen. Wel twee heel belangrijke seconden, hoor!’
Om een idee te krijgen van het vermogen dat een Hitec-systeem kan leveren: bij het rekencentrum in Eemshaven staan 21 UPS’en met een vermogen van 1.670 kVA, wat neerkomt op 35 MVA. ‘Als je dat met batterijen wil doen, moet je er een gebouw naast zetten’, zegt Kerkwijk.
Tekst: Teus Molenaar
Fotografie: Industrie