2 MW de energia verde para data center de IA: transformador seco N+1 + análise aprofundada de UPS de 800 kVA
2×SCB13-2000/10 N+1 · UPS de 800 kVA · 1161 kWp PV + 500 kW/1161 kWh BESS · rede/ilhamento
1 · TL;DR Conclusion
Conclusão: este data center de IA de 2 MW usa 2 transformadores secos SCB13-2000/10 (N+1) + um UPS de 800 kVA (15 min) + 1161 kWp PV + BESS de 500 kW/1161 kWh + rede/ilhamento — total do configurador ≈ $1.878.541, EPC ≈ $825.000, retorno em 5 anos, TIR de 23,16% (nível de viabilidade).
- •2 transformadores secos de 2000 kVA N+1; 84% de carregamento após a perda de uma unidade (aprovado), transferência em 2 s ≤ 15 s permitido
- •UPS online de 800 kVA (640 kW), 15 min ≈ 199 kWh de bateria (384 VDC), recomenda-se redundância N+1/2N
- •Energia verde: 1161 kWp PV + 500 kW/1161 kWh BESS, 94% de participação renovável, 609 t CO2 evitadas/ano
- •Rede/ilhamento: BESS de 500 kW como fonte de partida a frio; a carga crítica em ilha de 1200 kW precisa de mais BESS ou diesel (backup V9 65%)
- •Economia: $825.000 EPC, 5 anos de payback, TIR de 23,16%, ROI de 459% em 25 anos, LCOE $0,0843/kWh
2 · Solution Overview
Um data center é a carga de maior confiabilidade: os equipamentos de TI são sensíveis a interrupções de milissegundos, ricos em harmônicos e precisam de alimentação dupla + UPS. Este esquema adiciona energia verde (PV+BESS) para reduzir o PUE e o carbono, além de ilhamento para casos extremos.
| Source | Role | Share kW | Share |
|---|---|---|---|
| Grid 10 kV | base | 100 kW | 6% |
| Solar PV 1000 kWp | variable | 1000 kW | 63% |
| BESS 500 kW / 1000 kWh | variable | 500 kW | 31% |
| UPS 800 kVA | backup | 0 kW | 0% |
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3 · Design Process & Rationale
1. Identificação de requisitos
Data center de 2000 kW: carga de grau 1 de 2000 kW (site inteiro), TI crítico 1200 kW, sensível 1200 kW, não linear 400 kW. Máximas exigências de continuidade e qualidade de energia — alimentação dupla + UPS + transferência automática.
2. Carga e classificação
Site inteiro como grau 1 (loadGrade1=2000), 1200 kW críticos cobertos por UPS. Densidade de rack 8 kW/rack → ~200 racks; PUE estimado em 1,60.
3. Fonte e mix
Alimentações duplas de rede de 10 kV (N+1) + PV de 1161 kWp + BESS de 500 kW/1161 kWh + UPS de 800 kVA. Conexão à rede-ilhamento, BESS como fonte de partida a frio.
4. Dimensionamento do transformador
Demanda de 1600 kW ≈ 1684 kVA aparente → nível de 2000 kVA; N+1 → 2×SCB13-2000/10 tipo seco (seguro contra incêndio, baixo ruído para espaço de TI), 84% de carregamento.
5. UPS e backup
UPS online de dupla conversão de 800 kVA, bateria de 15 min (≈199 kWh, 384 VDC), transferência estática STS <5 ms para TI crítico; recomenda-se redundância N+1/2N.
6. Proteção e secundário
Capacidade de interrupção MT 31,5 kA / BT 80 kA; comunicações 61850 + esquema secundário + alimentação auxiliar CC para proteção e monitoramento de alta confiabilidade.
7. Energia verde vs confiabilidade
PV+BESS reduzem carbono (609 t/ano) e contas, mas a carga crítica em ilhamento de 1200 kW > BESS de 500 kW — o ilhamento de todo o site precisa de mais BESS ou um diesel. Esse é o trade-off entre verde e confiabilidade.
Pain Points → Solution → Evidence
Um data center não pode se dar ao luxo de um segundo de interrupção
Transformadores duplos N+1 + UPS online + STS de transferência estática + partida a frio (black-start)
Aprovação N-1 (84% após perda de uma unidade), UPS de 15 min, STS <5 ms, black-start verificado via BESS de 500 kW
As cargas de TI são ricas em harmônicos, os transformadores aquecem e sofrem derating
Transformador a seco + reatores dessintonizados + filtro ativo APF
V6: THDi 20% acima do limite (cenário de data center), APF recomendado
PUE alto, contas altas e carbono alto
1161 kWp de PV + corte de picos com BESS, energia verde direto para a carga
V18 PUE 1,60, V23 609 t de CO2 evitadas/ano, V24 o corte de picos economiza $94.900/ano
O backup é realmente suficiente?
Classificar a carga: o UPS cobre TI crítica de 1200 kW, não crítica na rede/diesel
V9 sinaliza 65% de cobertura de backup (base simplificada) — verificar contra a classificação real
4 · Key Parameter Deep-Read
| Parameter | Value | Basis | Impact & Boundary |
|---|---|---|---|
| Capacidade do transformador | 2000 kVA ×2 (SCB13) | 1684 kVA aparente → nível de 2000 kVA; N+1 → 2 unidades secas | Carga de 84%; tipo seco é à prova de fogo e de baixo ruído para espaço de TI Acima de ~1900 kVA de demanda, passar para 2500/3150 |
| Capacidade do UPS | 800 kVA (640 kW) | Cobre ~67% dos 1200 kW críticos de TI (a 0,8 PF) | 15 min ≈ bateria de 199 kWh (384 VDC), STS <5 ms Recomenda-se N+1/2N; cobertura total de 1200 kW requer UPS de ~1500 kVA |
| Capacidade fotovoltaica | 1161 kWp | ≈1.015.200 kWh/ano, autoconsumo 0,8 | 94% de participação renovável, alimenta TI e refrigeração Limitado por telhado/local; emparelhar com BESS para absorver |
| Capacidade do BESS | 500 kW / 1161 kWh (2 h) | Redução de picos + backup de ilha + partida a frio | Reduz 500 kW×4 h economizando $94.900/ano; fonte de partida a frio Ilha crítica de 1200 kW precisa ≥8 h ou diesel |
| Modo de rede | conectado à rede-ilha | Comutável rede/ilha, partida a frio via BESS | Operação em ilha em caso de perda de rede (limitada pelo BESS) Requer aprovação da rede + anti-ilhamento + verificação de partida a frio |
| Densidade de rack / PUE | 8 kW/rack · PUE 1,60 | Padrão 8 kW/rack → ~200 racks; 60% de participação de refrigeração | Define a linha de base de dimensionamento de UPS e refrigeração Alta densidade (>12 kW/rack) requer refrigeração líquida; PUE pode cair para 1,2 |
| Capacidade de interrupção | BT 80 kA · MT 31,5 kA | Corrente de falta BT 58,9 kA / MT 28,9 kA | Quadros BT a 80 kA (margem de 1,1×) Confirmar nível de falta real do sistema |
5 · Drawing Deep-Read
The following drawings are shown for reference (full set in the configurator “View design document”):
6 · Operation Demo (Deep-Read)
Confiabilidade e disponibilidade
Disponibilidade da série ≈99,97% (≈2,9 h de interrupção/ano), aproximando-se da cobertura total com transformadores duplos N+1 + UPS + black-start; tempos de transferência UPS 0 ms / STS <5 ms / ATS 2 s / black-start BESS, com classificação de carga crítica de 2000 kW.
Falha e proteção
Mostra a cadeia completa: perda da rede → transferência automática → assunção contínua pelo UPS → black-start BESS; uma falha a jusante dispara apenas o seu alimentador, pelo que a seletividade evita um apagão em todo o local.
Fluxo de energia
FV 1161 kW → primeiro TI e arrefecimento → excedente para BESS; a rede preenche a lacuna; o UPS de dupla conversão online funciona continuamente. Despacho em tempo real de quatro fontes e cobertura de carga crítica num relance.
Economia
1.015.200 kWh/ano, $204.542/ano poupados; $825.000 EPC, 5 anos de retorno, TIR 23,16%, LCOE $0,0843/kWh, VAL $1.183.320, 609 t de CO2 evitadas/ano, com fluxo de caixa de 25 anos.
Other views (shown): LCC (custo do ciclo de vida) · Qualidade da energia e harmônicos · Perfil de tensão · Características do esquema · Derating ambiental
7 · Economics & Payback
Equipamento total ≈ $1.878.541, EPC ≈ $825.000 (PV+BESS+UPS+distribuição). A energia verde economiza ≈$204.542/ano (incl. corte de pico do BESS); no geral, payback de 5 anos, TIR de 23,16%, ROI de 459% em 25 anos, LCOE $0,0843/kWh, NPV $1.183.320, 609 t de CO2 evitadas/ano.
8 · FAQ
Qual o tamanho do transformador para um data center de 2 MW?
Qual o tamanho do UPS e por quanto tempo?
O que acontece em uma queda de energia?
Quanto a energia verde (PV+BESS) economiza?
Qual é o PUE e como reduzi-lo?
Como as harmônicas são tratadas?
65% de backup é suficiente?
Por que transformadores a seco?
Special Considerations
- O backup V9 de 65 % (UPS 800 kW + BESS 500 kW vs 2000 kW totais) é a base simplificada de «toda a carga × 100 %»; data centers reais cobrem com UPS apenas a TI crítica de 1200 kW, a não crítica (HVAC) tolera breve interrupção — verificar em relação à classificação de cargas.
- A carga crítica em ilhamento de 1200 kW > BESS 500 kW; o ilhamento de todo o site exige ≥8 h de BESS ou um diesel (fonte de partida a frio).
- O UPS deve ser redundante N+1/2N para que a falha de um único UPS não afete a TI crítica.
- THDi ~20 % acima do limite (cenário de data center) — adicionar filtragem ativa APF.
- A densidade de rack padrão é de 8 kW/rack; alta densidade (>12 kW) exige refrigeração líquida e PUE ajustado.
- Estimativa em nível de viabilidade; desenhos pendentes de um instituto de projeto licenciado.
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