Operação de ambientes de missão crítica como suporte à Smart Grid: estudo e simulação

Abstract

Ambientes de missão crítica especializados criados para comportar sistemas cibernéticos– os data centers– vêm crescendo em grande proporção à medida que a sociedade se torna cada vez mais dependente de recursos virtuais. Estes ambientes, que têm como sua principal métrica de avaliação a disponibilidade, possuem infraestruturas complexas de suporte para manterem-se em operação continuamente. Por outro lado, a evolução da tecnologia também traz novas maneiras de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, de forma renovável e em conformidade com o meio ambiente. Para comportar estas novas possibilidades da rede elétrica, o conceito de rede inteligente (smart grid) vem se desenvolvendo para prover, dentre outras melhorias, resiliência à rede. Este trabalho realiza um estudo da operação de data centers no contexto de smart grids e avalia os impactos deste tipo de carga na rede elétrica quando operados de forma inteligente. Para isso, as possibilidades de auxílio de ambientes de missão crítica foram identificadas e analisadas para apresentar formas com que cargas especiais, como os data center, podem prover suporte à rede inteligente com o objetivo de auxiliar o equilíbrio entre geração e consumo de energia elétrica. Para atingir alto nível de disponibilidade, data centers utilizam recursos como equipamentos redundantes, UPS, geradores reserva e sistema de refrigeração. Avalia-se então as possibilidades para que esta infraestrutura também beneficie a rede elétrica como um todo. Assim sendo, este trabalho verifica formas com que o data center poderá auxiliar a resiliência da rede e utiliza o método de simulação matemática para validar estas possibilidades. Através deste estudo, foi possível identificar e examinar diferentes cenários em que o data center irá favorecer e rede elétrica. Deste modo, sendo esta estratégia adotada por várias cargas especiais em conjunto, a rede elétrica terá novas formas de manter sua resiliência e explorar diferentes estratégias econômicas para este tipo de consumidor, beneficiando também os data centers, com um suprimento de energia estável pelo sistema elétrico.

Specialized mission-critical environments designed to support cyber systems, known as data centers, are growing in large proportion as the society becomes increasingly dependent on virtual resources. These environments have their availability as main metric of evaluation and complex support infrastructures to remain in continuous operation. On the other hand, the evolution of technology also brings new ways of generating, transmitting and distributing electricity, renewable and in accordance with the environment. To assimilate these new possibilities of the electric grid, the concept of smart grid has been developed to provide resilience to the network, among others features. This work perform a study of the operation of data centers in the context of smart grids and evaluates the impacts of this type of load on the power grid when operated intelligently. For this, the support possibilities in mission-critical environments have been identified and analyzed to present ways of special loads, as data centers, to provide support to the smart grid in order to assist on the balance between generetion and consumption of eletric energy. To achieve a high level of availability, data centers use redundant equipment, UPS, backup generators and cooling systems. The possibilities for this infrastructure to also benefit the electricity grid as a whole are assessed. Therefore, this work verifies which forms with the data center can support network resilience and uses a mathematical method to validate these possibilities. Through this study, it was possible to identify and examine different scenarios in which the data center will favor the power grid. So, when this strategy is adopted by several special loads together, the power grid will have new ways to maintain its resilience, also benefiting data centers with stable energy supply by the electrical system.