データセンターおよび再生可能エネルギープロジェクトにおける高圧開閉装置の応用

2 つの業界、1 つの共通の依存関係

データセンターと再生可能エネルギープロジェクトには共通点がほとんどないようです。 1 つはサーバー ラックで満たされた空調管理された建物で、主な出力はデジタル情報です。もう 1 つは、風雨にさらされる広大な屋外施設で、主な出力は送電網に供給される電力です。

しかし、表面下では、これらは重要な依存関係を共有しています。それは、10 年前には異常だと考えられていた動作条件下でも完璧に動作する中圧開閉装置です。どちらの業界も驚異的なスピードで成長しました。どちらもプロジェクトのスケジュールと資本コストに対する強いプレッシャーに直面しています。そして、企業の持続可能性への取り組みによって推進されるデータセンター、クリーンな発電は高GWPインフラに依存すべきではないという論理によって推進される再生可能エネルギープロジェクトなど、どちらもSF₆フリー機器の指定をますます増やしている。

この記事では、これら 2 つの分野の中電圧開閉装置の要件を詳細に検討します。焦点は、機器の選択を促進する技術的要求、効果的であることが証明された構成、および両業界の調達チームが現在必須と考えている文書化とコンプライアンスの要件にあります。

パート 1: データセンター

最新のデータセンターの電気アーキテクチャ

ハイパースケール データセンターは、基本的には電力変換施設です。電力は電力網から高電圧または中電圧で到着し、複数の変換段階を経て降圧され、最終的には並外れた信頼性要件を備えた低電圧でサーバー ラックに到達します。業界標準の稼働時間 (ファイブナイン、つまり 99.999% の可用性) では、すべての計画されたメンテナンスを含め、年間 5 分強のダウンタイムが許容されます。

高圧開閉装置は、公共電力供給とデータセンターの内部配電ネットワークの間の重要な接続点に位置します。一般的なアーキテクチャでは、10 kV ～ 36 kV の商用給電線が施設のオンサイト変電所に入り、そこで中圧開閉装置が受電給電線保護、変圧器一次保護、および母線セクションの切り替えを行います。下流の追加の中電圧開閉装置は、大型チラープラント、UPS 入力配電盤、バックアップ電源システム用の発電機並列開閉装置に使用できます。

このアーキテクチャの開閉装置は、いくつかの厳しい基準を同時に満たす必要があります。高価な不動産である建物の敷地内に収まるほどコンパクトでなければなりません。メンテナンス介入が 1 年当たりの時間ではなく、10 年当たりの時間で測定されるのに十分な信頼性がなければなりません。また、データセンターのビル管理システムや電力監視プラットフォームと統合して、スイッチの位置、保護イベント、機器の状態に関するリアルタイムのデータを提供できる必要があります。

真空遮断器が標準である理由

真空サーキット ブレーカーは、技術的および運用上の理由から、データ センターにおける中電圧スイッチングのデフォルトの選択肢となっています。

技術的には、真空遮断器は、燃焼するもの、劣化するもの、漏れるものが何もない密閉されたセラミックのエンベロープ内でアークを消します。ガスが存在しないということは、ガス関連のメンテナンスが不要であることを意味します。大規模な停止なしで 15 年間稼働する可能性がある施設を備えたデータセンター運営者にとって、定期的な注意が必要な機器はすべて負担となります。 10,000 回の機械的操作に耐える M2 クラスの操作機構を備えた真空サーキット ブレーカーは、ブレーカー自体のメンテナンスを 1 回も行うことなく、施設の耐用年数全体にわたって機能します。

動作上、真空サーキット ブレーカーはデータ センターの負荷プロファイルに適しています。データ センターの負荷は比較的定常状態です。サーバーは産業用モーターのように停止したり起動したりしません。つまり、ブレーカーの電気的耐久性が頻繁な障害中断によってテストされることはほとんどありません。主な動作要件は、電力会社と発電機電源の間の計画された切り替え中に信頼性の高いスイッチングを行うことであり、これは機械的には要求が厳しいですが、電気的には簡単です。適切に設計されたエネルギー蓄積バネ機構は、この機能を数十年にわたって一貫して実行できます。

KYN28 や KYN61 シリーズのような金属被覆開閉装置で使用される引き出し可能な構成は、データ センターにもう 1 つの利点をもたらします。つまり、バス全体の電源を切ることなく、検査のためにブレーカーをテストまたは隔離された位置にラックアウトすることができます。ダウンタイムコストが 1 分あたり 100,000 ドルを超える可能性がある施設では、この保守性機能だけでも開閉装置の仕様を正当化できます。

データセンター分野におけるSF₆フリーへの移行

データセンター事業者は、SF₆ フリー開閉装置の最も影響力のある支持者の一部となっており、その動機は主に規制遵守ではありません。ハイパースケール クラウド プロバイダーを含む大手事業者の多くは、この 10 年以内にカーボン ニュートラルまたはネット ゼロ エミッションを達成することを公約しています。 SF₆ は CO₂ の 24,300 倍の地球温暖化係数を持ち、すべての新しい施設の電力インフラに存在すると、これらの公約に真っ向から反することになります。

数キログラムの SF6 を含む単一の中電圧 RMU または GIS パネルは、それ自体ではデータセンターの二酸化炭素排出量の大部分を占めるわけではありません。しかし、大手事業者は年間に数十の施設を建設し、それぞれの施設には複数の開閉装置パネルが設置されています。世界のポートフォリオ全体にわたる累積 SF₆ 在庫はトン単位で測定できます。漏洩率は低いですがゼロではなく、SF₆ の大気中での寿命は、放出されたすべてのグラムが 3,000 年以上大気中にとどまることを意味します。

これが、現在、データセンターの入札仕様書に、必須要件として「SF₆ フリー」が定期的に含まれている理由です。高圧開閉装置。この要件は、EU F-ガス規制が法的枠組みを提供する欧州市場だけでなく、北米やアジア太平洋地域でも同様に現れています。開閉装置メーカーにとって、データセンター市場はSF₆フリー製品開発の強力な商業的推進力となっており、おそらく公益事業部門以外では最も強力な市場となっています。

COTENELE は、乾燥空気絶縁と IEC 62271-200 の型式試験認証を備えた 24 kV SF₆ フリーのリング メイン ユニットと真空サーキット ブレーカー パネルをデータセンター プロジェクトに供給しています。密閉された耐久性のあるステンレス鋼タンクにより、施設の運用手順からガスの監視、再充填、および耐用年数終了時の回収が不要になります。データセンター運営者にとって、これは、追跡するシステムが 1 つ減り、管理する保守契約が 1 つ減り、ESG 監査で説明する項目が 1 つ減ることを意味します。

パート 2: 再生可能エネルギー プロジェクト

風力発電所コレクター ネットワーク

風力発電所は、データセンターや産業プラントとは根本的に異なる電気環境を提供します。個々の風力タービン発電機は、通常、それぞれ定格が 2 MW ～ 8 MW で、数十平方キロメートルにわたる地理的領域に点在しています。各タービンは低電圧 (通常は 690 V または 1000 V) で生成し、タワーの基部にあるパッドに取り付けられた変圧器を介して中電圧まで昇圧します。通常は 33 kV または 36 kV の中電圧ケーブルが各タービンから中央の集電変電所まで伸び、そこで電力が集約され、送電のために再び昇圧されます。

The switchgear in the collector substation must handle a combination of duties that no other application quite replicates.各コレクタフィーダを保護する回路ブレーカーは、風況に応じてタービンが起動および停止するときに頻繁にスイッチング動作を経験します。インバータベースの風力タービンによる故障電流の寄与は、同期機の故障電流とは根本的に異なります。大きさは小さく、減衰が速く、従来の保護リレーでは通常の負荷電流と区別することが難しい場合があります。また、変電所自体は遠隔地にあることが多く、保守訪問は費用がかかり、天候に左右され、冬の間は数週間も不可能な場合もあります。

真空遮断器はこの環境に最適です。最新の VCB は高い機械的耐久性を備えているため、接点を劣化させることなく頻繁なスイッチングに対応できます。真空遮断器は、遮断する必要がある故障電流の発生源には無関係です。それが同期発電機からのものであれ、インバータベースのリソースからのものであれ、アーク消弧の物理的性質は同じです。また、最新の VCB は永久密閉構造であるため、保守技術者が現場に到着できたとしても、遮断器の内部を検査する必要はありません。

太陽光発電およびエネルギー貯蔵システム

実用規模の太陽光発電設備は、インバーターベースの発電、地理的分散、日射量の変化に伴う頻繁な切り替えなど、風力発電所といくつかの特徴を共有していますが、独自の複雑さも加えています。太陽光発電所は通常、風力発電所よりも低い電圧で動作します。中電圧集電システムは、33 kV または 36 kV ではなく、12 kV または 24 kV になる場合があります。モジュールから結合ボックスを経てインバーター入力に至るプラントの DC 側は、最大 1500 V DC の電圧で動作し、完全に別個の保護および絶縁装置のセットが必要です。

The growing co-location of battery energy storage systems with solar generation adds another layer of switchgear requirements.バッテリーエネルギー貯蔵システムは、グリッドまたは太陽電池アレイから充電し、必要に応じてグリッドに放電できます。つまり、相互接続点の中電圧開閉装置は双方向の電力の流れを処理する必要があります。保護設定では、バッテリ インバータからの故障電流の影響を考慮する必要があります。故障電流は大きくなり、急速に上昇する可能性があります。また、ブレーカーの開閉義務はさらに増加し​​、1 日に複数回の充放電サイクルが発生するため、機械的な動作回数が増加します。

コンプライアンスおよびドキュメント層

再生可能エネルギープロジェクト、特に国際的な独立発電事業者によって開発されたプロジェクトや多国間開発銀行によって融資されたプロジェクトには、現在、電力会社の入札に匹敵する書類要件が課せられています。風力発電所または太陽光発電所用の中電圧開閉装置パッケージには、通常、すべての回路ブレーカーおよび RMU の IEC 型式試験証明書、工場からの定期試験報告書、適用される環境規制への適合宣言、および同様の機器の事前納入を示す参照リストが必要です。

理由は単純で、プロジェクトファイナンスのためです。再生可能エネルギープロジェクトに資金を提供する貸し手や投資家は、主要な設備パッケージごとに技術的なデューデリジェンスを実施します。開閉装置サプライヤーが完全な文書を提供できない場合、プロジェクトの財務完了に遅れが生じる可能性があります。開発者はこれを非常に深刻に受け止めています。

COTENELE は、標準として含まれる完全な文書パッケージを備えた中電圧開閉装置を再生可能エネルギー プロジェクトに供給しています。型式試験証明書、定期試験報告書、および適合宣言は、注文後ではなく、入札段階で提供されます。ヨーロッパのプロジェクトの場合、これには EU F-ガス規制への準拠を証明する文書が含まれます。他の地域のプロジェクトの場合、パッケージは現地の要件に合わせて調整されます。

テクノロジーの重複: 両方のセクターが必要とするもの

データセンターと再生可能エネルギープロジェクトは、それらの違いにもかかわらず、一連の共通の開閉装置要件に収束しています。この重複を特定することは、特定のテクノロジーと構成が両方の市場で優勢になった理由を説明するのに役立ちます。

コンパクトな設置面積。データセンターは、1 平方メートルごとの空白スペースを重視します。再生可能エネルギー集電変電所は、多くの場合、利用可能な面積が限られた土地に設置されています。どちらの分野でも、メンテナンスのためのアクセスを損なうことなく物理的な設置面積を最小限に抑える開閉装置を指定しています。これが、金属被覆の引き出し式開閉装置と SF6 フリー RMU がシェアを獲得している理由の 1 つであり、コンパクトな筐体に実質的な機能が詰め込まれています。

頻繁なメンテナンスを必要としない信頼性。データセンターにはダウンタイムは許されません。風力発電所には、毎月遠隔の変電所に技術者を派遣する余裕はありません。寿命密閉型遮断器を備えた真空サーキットブレーカーと密閉型ガスタンクを備えた RMU は、この要件に直接対応します。

ベースラインとしてSF₆フリー。データセンターの場合、その原動力は企業の持続可能性への取り組みです。再生可能エネルギー プロジェクトの場合、クリーン エネルギーを生成するために存在するインフラストラクチャで高 GWP ガスを使用することの違和感が要因です。どちらも同じ仕様要件に達します。

デジタル統合。データセンターは、電気監視をビル管理システムに統合する必要性から、IEC 61850 通信を備えたインテリジェントスイッチギアを早期に採用しました。無人現場の遠隔監視の必要性を背景に、再生可能エネルギープロジェクトが急速に進んでいます。どちらの場合でも、スイッチギア自体の状態を報告し、スイッチング操作をログに記録し、問題の発生を早期に警告できるため、運用コストとリスクが削減されます。

完全なドキュメント。どちらの分野も、ハイパースケール データ センター オペレーター、国際的な再生可能エネルギー開発者、インフラストラクチャ ファンドなど、文書化をゲートキーパー要件として扱う洗練されたバイヤーによって支配されています。書類が不完全な場合、設備は考慮されません。これは、サードパーティの型式テストに投資し、組織化された文書システムを維持しているメーカーに有利です。

これらの用途向けの開閉装置の選択: 実用的な考慮事項

どちらの分野で働くプロジェクト エンジニアや調達チームにとっても、開閉装置の選択にはいくつかの実際的な考慮事項が必要です。

電圧と障害レベルから始めますが、そこで終了しないでください。定格電圧と短絡遮断容量は最低限の入力基準です。さらに、機械的耐久性、プロジェクト期間全体にわたるメンテナンス要件、およびローカル サービス サポートの利用可能性を評価します。

特定の構成のタイプ テストを確認します。メーカーは標準モジュールの型式テストを行っている場合がありますが、単線図に必要なモジュールの特定の組み合わせについてはテストしていない場合があります。正確な構成がテスト済みであること、または製造元が型式テスト範囲を拡張するための技術的正当性を提供できることを確認します。

注文する前にドキュメントについて問い合わせてください。サプライヤーが型式試験証明書、定期試験報告書テンプレート、および適合宣言書を入札段階で提供できない場合、注文後すぐにそれらを作成する可能性は低くなります。書類の遅れによりプロジェクトの資金調達や試運転が滞る可能性があり、それを発見するのは契約締結前です。

購入価格だけでなく、ライフサイクル全体のコストを考慮してください。設計寿命が 15 年のデータセンターの場合、1 回の計画外停止のコストは、開閉装置の購入価格の違いに比べれば微々たるものです。山脈に広がる 50 基のタービンを備えた風力発電所の場合、ブレーカーを検査するために技術者を派遣するコストは、低仕様の製品を選択した場合の節約額に比べれば微々たるものです。開閉装置はプロジェクトの総資本コストに占める割合はわずかですが、致命的な故障を引き起こす可能性のある機器の大部分を占めます。ここは、最低の初期価格を最適化する場所ではありません。

結論

データセンターと再生可能エネルギープロジェクトは、世界の中電圧開閉装置市場で最も急成長している 2 つのセグメントを表しています。これらは、持続可能でデジタル統合されたSF6フリー機器への移行が最も急速に進んでいるセグメントでもあります。

これらの市場に役立つ開閉装置技術 (真空遮断、乾燥空気および固体絶縁、高い機械的耐久性を備えた引き出し可能な構成、IEC 61850 通信による統合状態監視) は、今後 10 年間に広範な開閉装置業界を定義する同じ技術です。データセンターと再生可能エネルギーのアプリケーションで学んだ教訓は、すべての市場セグメントにわたる製品開発を形作っています。

COTENELE にとって、これらの分野にサービスを提供するということは、型式テストされ、文書が完成し、連続生産されている 24 kV SF₆ フリー RMU と真空サーキット ブレーカー パネルを提供することを意味します。これは、データセンターの調達チームと風力発電所の開発者が話す技術言語は異なるものの、根本的な要件は同じであること、つまり最小限の介入で、環境責任を伴わずに数十年間確実に動作する機器を持っていることを理解することを意味します。当社の製品範囲と文書システムはそれに応じて構築されています。

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COTENELE は、12 kV ～ 40.5 kV の真空サーキット ブレーカー、SF₆ フリーのリング メイン ユニット、および完全な金属被覆開閉装置をデータ センター、再生可能エネルギー、公益事業、産業用アプリケーション向けに提供しています。すべての製品は、適用される IEC 規格に基づいて型式テストされており、入札段階で完全な文書が提供されます。

コテネレについて

COTENELE は、SF₆ フリーの環境に優しいガス絶縁開閉装置、真空遮断器、リングメインユニット、12 kV ～ 40.5 kV 用途向けの金属被覆パネルなどの中電圧開閉装置の専門メーカーです。当社の製品は、ヨーロッパ、アジア、中東のデータセンター運営者、再生可能エネルギー開発者、公益事業者、産業バイヤーにサービスを提供しています。すべての製品は、適用される IEC 規格に基づいて型式テストされており、入札提出とプロジェクトの納品については完全な文書が提供されています。