Módulo 2 Control del consumo energético y análisis de costes

1. Módulo 2Control del consumo energético y análisis de costes Versión 1.022 de septiembre de 2011

2. Control y evaluación en sistemas informáticos y salas de servidores – aspectos generales Evaluación de la eficiencia energética Evaluación del gasto y ahorro energético

3. Control del consumo energético en sistemas informáticos, salas de servidores y centros de datos • Evaluación de la eficiencia energética • Debería emplearse un sistema de seguimiento, pero hay que asegurarse de haber elegido uno apropiado antes de ejecutarlo; • Lograremos el máximo provecho de los datos recopilados para valorar el rendimiento operativo y tomar decisiones si el objetivo de la medición es tener “los datos correctos” más que simplemente tener “más datos”; • Se deberían tomar acciones basadas en los datos útiles recopilados. La recopilación de datos debería continuarse a fin de obtener un feedback sobre la efectividad de las acciones llevadas a cabo; • Al crear una línea base que establezca dónde se está consumiendo la energía, los gestores podrán elaborar un plan energético que estudie de manera rentable oportunidades obvias de ahorro energético.

4. Control del consumo energético en sistemas informáticos, salas de servidores y centros de datos • Evaluación del gasto y ahorro energético • La recopilación de datos relativos a la energía nos ayuda a cuantificar la carga de energía de las operaciones de los centros de datos: • Destacando la importancia de las mejoras relacionadas con la eficiencia energética; • Facilitando el tamaño adecuado de los equipos para que se corresponda con la carga de energía. • Controlar y evaluar el ahorro energético logrado gracias a las mejoras relacionadas con la eficiencia energética; • Ver que se ha logrado cierto ahorro puede incentivar a los responsables de los centros de datos a adoptar más medidas para la eficiencia.

5. Evaluación del gasto y ahorro energético • Los sistemas de control son necesarios para la adquisición de datos en diferentes puntos de la infraestructura, pero si no se cuenta con las herramientas/software adecuados para transmitir las necesidades de información de los gerentes para poder decidir qué medidas tomar a fin de reducir el consumo energético, estos datos carecen de utilidad; • Hay varias herramientas disponibles, pero aquí presentamos a modo de ejemplo una herramienta gratuita desarrollada por el programa Save Energy Now del Departamento de Energía de los EEUU: la DC Pro Software Tool Suite (DC Pro); • Las herramientas DC Pro incluyen un proceso de evaluación y ayudan a valorar y localizar el rendimiento. Además, también ofrecen recomendaciones; • Estas herramientas gratuitas están disponibles en la siguiente página web: http://www1.eere.energy.gov/industry/datacenters/software.html

6. Evaluación del gasto y ahorro energético • La herramienta DC Profiling es un programa basado en la web que utiliza información básica, como el gasto en la partida de suministro eléctrico y una descripción básica del centro de datos, para crear un perfil del consumo energético.. Muestra de los resultados obtenidos con la herramienta DC Pro Profiler para un centro de datos (Fuente: DOE)

7. Evaluación del gasto y ahorro energético • La herramienta Electrical Systems está diseñada para evaluar el ahorro potencial resultante de la introducción de mejoras en la eficiencia energética en la cadena de la energía eléctrica de un centro de datos, por ejemplo, transformadores, generadores, dispositivos de alimentación ininterrumpida (UPS) y unidades de distribución de potencia (PDU); • Permite al usuario ver la posición de su centro de datos respecto a otros centros. Muestra de un diagrama con el factor UPS de la herramienta Electrical Systems (Fuente: DOE)

8. Parámetros de eficiencia energética para centros de datos Eficiencia en el Uso de la Energía (PUE) Eficiencia de la Infraestructura del Centro de Datos (DciE) Eficiencia en la Reutilización de la Energía (ERE) Análisis del Coste Total de Propiedad (TCO)

9. Parámetros de eficiencia energética para centros de datos • La utilización de parámetros es muy importante: “Si no puedes medir algo, no puedes mejorarlo”. • El uso de parámetros puede ayudar a los gestores de los centros de datos a entender mejor la eficiencia energética de los centros de datos ya existentes y mejorarla. Además, también puede ayudarles a la hora de tomar decisiones relacionadas con la implantación de nuevos centros de datos; • Por otro lado, estos parámetros ofrecen una forma fiable de medir los resultados y contrastarlos con organizaciones informáticas comparables; • Aunque PUE parece ser el parámetro preferido en este contexto, se pueden tener en cuenta otros enfoques que también se abordarán.

10. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosPUE • Eficiencia en el Uso de la Energía (PUE) • mide la eficacia con la que un centro de datos utiliza la energía; • qué parte de la energía realmente consumen los equipos informáticos (en contraste con los dispositivos de refrigeración y demás); • PUE es la razón de la cantidad total de energía que consumen las instalaciones de un centro de datos y la energía suministrada a los equipos informáticos; • PUE es un parámetro desarrollado por el consorcio The Green Grid. Es lo inverso a la Eficiencia de la Infraestructura del Centro de Datos (DCiE); • el PUE ideal es 1.0; • todo lo que no se considere dispositivo informático en un centro de datos (por ejemplo, luces, refrigeración, etc.) está dentro de la categoría de consumo eléctrico de las instalaciones.

11. PUE del centro de datos de Google Datos PUE para todos los centros de datos de Google de gran tamaño (Fuente: Google)

12. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosGrupo de trabajo para establecer parámetros para los centros de datos • Para abordar las inconsistencias en el uso de los parámetros, un grupo formado por los principales representantes del sector se reunió el 13 de enero de 2010 para acordar medidas, parámetros y pautas en la redacción de informes relativos a la eficiencia energética de los centros de datos; • Éstas son algunas de las organizaciones representadas: • 7x24 Exchange, ASHRAE, The Green Grid, Silicon Valley Leadership Group, el programa estadounidense Save Energy Now del Departamento de Energía y el Programa Federal de Gestión de la Energía, el programa ENERGY STAR de la Agencia de Protección Medioambiental de los EEUU, el Green Building Council de los EEUU, y el Uptime Institute.

13. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosGrupo de trabajo para establecer parámetros para los centros de datos • Se acordaron las siguientes guías directrices: • Eficiencia en el Uso de la Energía (PUE), utilizando el consumo energético de fuentes exteriores, es el parámetro de eficiencia energética preferido para los centros de datos; • Al calcular la PUE, el consumo energético de los equipos informáticos debería medirse, como mínimo, en la salida del UPS. Sin embargo, la industria debería mejorar gradualmente las capacidades de medición para que la práctica común sea medir el consumo energético de los equipos informáticos directamente en la carga informática; • Para un centro de datos de uso exclusivo, la energía total introducida en la ecuación PUE incluirá todos los recursos energéticos en el punto en el que el suministro eléctrico es transferido al propietario o responsable del centro de datos; • Para un centro de datos de uso mixto, la energía total será toda la energía necesaria para que el centro de datos funcione, de forma similar a un centro de datos de uso exclusivo, y debería incluir la refrigeración, iluminación e infraestructuras de apoyo relacionadas con las operaciones del centro de datos.

14. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosPUE Categorías de medición PUE recomendadas por este grupo de trabajo para los centros de datos * Las mediciones para la Categoría PUE 0 son demanda eléctrica (kW)

15. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosDciE • Eficiencia de la Infraestructura del Centro de Datos (DciE) • La Eficiencia de la Infraestructura del Centro de Datos (DCIE) es un parámetro utilizado para determinar la eficiencia energética de un centro de datos; • El parámetro se expresa a modo de porcentaje; • Se calcula dividiendo la energía de los equipos informáticos por la energía total de las instalaciones; • DciE también ha sido desarrollada por The Green Grid, grupo que trabaja por la eficiencia energética de los centros de datos.

16. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosPUE y DciE (Fuente: The Green Grid)

17. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosERE • Eficiencia en la Reutilización de la Energía (ERE) • La energía del centro de datos se reutiliza en otras partes de las instalaciones o recinto, con resultados beneficiosos; • Estos aspectos carecen de un parámetro con el que se les pueda localizar y comparar; • La Eficiencia en el Uso de la Energía (PUE) es un parámetro relativo a la infraestructura del centro de datos, pero no considera estos usos alternativos de la energía no reutilizada; • Para tenerlos en cuenta, The Green Grid, LBNL y NREL han propuesto y definido un nuevo parámetro: la Eficiencia en la Reutilización de la Energía (ERE).

18. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosERE (Fuente: The Green Grid) Reutilización del calor en un espacio ajeno al centro de datos Tanto PUE como ERE son parámetros válidos

19. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosERE – Uso inadecuado (Fuente: The Green Grid) Reutilización del calor dentro del área del centro de datos; PUE es el parámetro que debe usarse;PUE tiene en cuenta el beneficio del equipo de refrigeración por absorción.

20. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosTCO • Análisis del Coste Total de Propiedad (TCO) • TCO precisa un análisis detallado del periodo de recuperación (payback) y otros procesos de toma de decisiones empresariales; • Comprender los generadores de costos del TCO ofrece una gran oportunidad para controlar los costes; • El TCO incluye los gastos de capital (CAPEX) y los gastos operativos (OPEX); • A grandes rasgos, el TCO de la infraestructura de un centro de datos e informática puede calcularse mediante esta fórmula: • Los grandes centros de datos en los EEUU pueden alcanzar los 12 - 15 dólares por vatio.

21. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosHerramienta de cálculo del TCO Calculadora de los gastos de capital de un centro de datoshttp://www.apcmedia.com/salestools/WTOL-7AXSAN_R1_EN.swf (Fuente: APC)

22. Parámetros de eficiencia energética para centros de datosDesglose del TCO Desglose del TCO en categorías para un rack típico de un centro de datos 2N (Fuente: APC)

23. Conceptos de control y seguimiento Sistemas de seguimiento Conceptos para mediciones/evaluaciones en diferentes niveles del sistema

24. Conceptos de control y seguimiento • Al evaluar posibles sistemas de seguimiento, los gestores deberían considerar una serie de factores, por ejemplo: • Capacidad para recopilar datos de todos los dispositivos que se desean; • Granularidad (desglose) de la recopilación de datos; • La integración de datos en diferentes dispositivos y escalas de tiempo debería ser cómoda y fácil de hacer; • Escalabilidad para un despliegue masivo y capacidad para encontrarse en múltiples sitios; • Adaptabilidad a nuevas necesidades de medición; • Determinación de tendencias y análisis de datos; • Integración con sistemas de control; • Capacidad para detectar problemas y comunicárselos a los responsables del funcionamiento del centro de datos.

25. Sistema de seguimiento • Controlar las variables de los sistemas informáticos (como las variables relacionadas con el rendimiento del sistema y el consumo energético) es siempre importante, independientemente del tamaño del sistema; • Para controlar variables físicas como el consumo energético de los diferentes componentes del sistema informático, es necesario instalar instrumentos adecuados (sensores y dispositivos de medición); • La mayoría de los centros de datos no están equipados con contadores eléctricos avanzados u otros sistemas de control; • Un obstáculo importante a la hora de mejorar la eficiencia energética es la dificultad de recoger datos sobre el consumo energético de los componentes individuales del centro de datos, así como la falta de recogida de datos en muchos centros en general.

26. Sistema de seguimiento • Los sistemas de seguimiento tienen la capacidad de captar datos gracias a una gran variedad de sensores; • Normalmente, los sistemas utilizan un nodo central denominado “info node”, y múltiples módulos individuales denominados “data nodes” que están ubicados cerca del punto de medición: Diagrama de un sistema de seguimiento tradicional (Fuente: LBNL)

27. Sistema de seguimiento • Al decidir qué nivel de seguimiento se va a tratar de alcanzar, el gestor de un centro de datos debería tener en cuenta ciertos aspectos clave como: • gastos de capital; • exactitud y resolución de los datos; • y, finalmente, el destino final de los datos controlados. • Se sugieren tres enfoques: • Seguimiento Práctico Mínimo; • Seguimiento Práctico Ideal; • Seguimiento de Vanguardia.

28. Sistema de seguimiento • Seguimiento Práctico Mínimo • Mediciones puntuales periódicas con equipos portátiles; • Los datos se recogen de la información del fabricante del equipo (entrada de energía, etc.); • Este enfoque precisa cierto grado de actividad humana, ya que se apoya en los trabajadores para recopilar los datos manualmente y se basa en la información facilitada por el fabricante; • No precisa actualizaciones de infraestructura ni inversiones en equipos de medición.

29. Sistema de seguimiento • Seguimiento Práctico Ideal • Utilizando los instrumentos necesarios, los datos quedan recogidos en tiempo real; • Es posible que dichos instrumentos no cuenten con el apoyo de un software online; • Pueden instalarse equipos de seguimiento a largo plazo; • La actividad humana es menor que en el enfoque antes presentado; • Es de esperar que se den modificaciones limitadas en la infraestructura.

30. Sistema de seguimiento • Seguimiento Práctico de Vanguardia • Los datos se recogen en tiempo real a través de sistemas de grabación automáticos/permanentes; • Uso de un software online con una determinación de tendencias y un análisis exhaustivos; • Se precisan varias modificaciones en la infraestructura; • Es probable que se necesite la ayuda de un consultor para implementar el sistema.

31. Sistema de seguimiento

32. Sistema de seguimiento • Tamaño del sistema de seguimiento • El tamaño del sistema depende del número total de equipos que hay en las instalaciones; • Debe tener el número necesario de “info nodes” para poder dar la información necesaria para realizar un análisis crítico del consumo energético; • Para instalaciones de menor tamaño: • el sistema de seguimiento puede estar compuesto por un o o dos equipos de seguimiento energético; • o también es posible que no tenga ningún equipo instalado de manera permanente y se utilicen solo medidas puntuales periódicas (seguimiento práctico mínimo).

33. Sistema de seguimiento • Tamaño del sistema de seguimiento • Para instalaciones informáticas de mayor tamaño: • se puede elegir cada uno de los “info nodes” de una gran variedad de instrumentos de seguimiento disponibles en el mercado: • flujo del aire • temperatura, humedad • potencia instalada • voltaje, corriente • consumo energético, etc.

34. Sistema de seguimiento Representación esquemática del sistema eléctrico en unas instalaciones de uso mixto (Fuente: ASHRAE)

35. Sistema de seguimiento Lugares puntuales de medición en un centro de datos (Fuente: ASHRAE)

36. Sistema de seguimiento • Uso de los datos recopilados • Entender bien los objetivos generales de las mediciones es tan importante como la implementación del sistema de seguimiento y la obtención de mediciones de datos dentro del propio centro de datos; • Los siguientes son algunos de los posibles usos que se puede dar a los datos recogidos: • uso del consumo energético en conjunto; • determinación de la tendencia del consumo energético a lo largo del tiempo; • conocimiento de la entrada de energía instantánea para los equipos clave dentro de las instalaciones; • facturación; • cálculo de índices de eficiencia energética.

37. Hardware de control y seguimiento Sensores y dispositivos de medición

38. Dispositivos de control / medición • El sistema de seguimiento de un centro de datos está integrado por una gran variedad de sensores; • Estos sensores se emplean para medir variables clave como la temperatura, intensidad del flujo, voltaje, corriente, presión, humedad, etc.; • Los contadores eléctricos también se utilizan como parte del sistema de seguimiento. Su información queda recogida en un software adecuado que también muestra la información agregada de todos los dispositivos; • Al elegir el sensor a aplicar a un sistema de seguimiento, es conveniente tener en cuenta ciertas características técnicas básicas: • capacidad y rango de los instrumentos, siendo la resolución y la precisión lo más importante; • por ejemplo, no es recomendable usar un vatímetro capaz de medir intervalos superiores a los 0 – 1000 kW en una bomba que solo necesita 20 kW de la red de suministro eléctrico.

39. Dispositivos de control / medición • Se puede analizar los datos obtenidos en el sistema de seguimiento y enviar instrucciones a los actuadores del centro de datos, que podrán desconectar o modificar las características (control de los dispositivos del centro de datos); • Hay una gran variedad de sensores en el mercado; cada uno de ellos utiliza diferentes tecnologías de medición; • No analizaremos cada una de las tecnologías que pueden emplearse sino las más comunes y fiables para un centro de datos; • El Apéndice incluido en esta presentación ofrece una descripción de todos los sensores/dispositivos de medición.

40. Variables clave y subsistemas del centro de datos a medir

41. UPS y suministro eléctrico eficiente

42. Consumo eléctrico en los centros de datos Cadena del suministro eléctrico en un centro de datos Fuente: APC by Schneider Electric, 2010; libro blanco nº 113, rev. 2

43. Fuentes no eficientes en los servicios y suministro eléctrico De: Presentación ASHRAE, de Save energy now, 2009

44. Efecto cascada de la eficiencia en la cadena de suministro eléctrico Fuente: libros blancos Liebert

45. Cómo estimar la eficienca en el suministro eléctrico The Green Grid facilita una herramienta que nos permite analizar la cadena de distribución eléctrica y calcular y comparar la eficiencia de diferentes configuraciones y modos de funcionamiento: • http://estimator.thegreengrid.org/pcee

46. Enfoque en los Sistemas de Alimentación Ininterrupida Pueden distinguirse por: • Su tecnología: UPS estático (sin partes móviles en el trayecto de la alimentación eléctrica, solo ventiladores para la refrigeración; utiliza un rectificador para la conversión CA-CC y un inversor para la conversión CC-CA); UPS rotativo (utiliza un motor/generador; para aplicaciones que precisen un periodo de protección para apagones en el sistema eléctrico de corta duración; normalmente no utilizan batería). • Su topología: Standby pasivo (también conocido como Voltaje y Frecuencia Dependiente), Línea interactiva (también conocido como Voltaje Independiente) y Doble conversión (también conocido como Voltaje y Frecuencia Independiente). • Su mecanismo de almacenamiento de energía: baterías electroquímicas y rotativo (volante de inercia).

47. Eficiencia del UPS según su topología Fuente: http://hightech.lbl.gov/documents/UPS/Final_UPS_Report.pdf

48. Eficiencia del UPS según la carga Fuente: APC by Schneider Electric, 2010; libro blanco 92, rev..2

49. Requisitos mínimos de eficiencia media para un UPS de salida de CA propuestos en EnergyStar

50. Ejemplos y experiencias de buenas prácticas