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Perspectives industrielles du courant
continu à basse tension (< 400V)
pour les TIC et les bâtiments
15 Mai 2013, Paris
Didier Marquet OLNC/OLN/SRG/REE
Expert du groupe Orange en Energie/Environnement
Sommaire
• Historique Courant Continu (CC) général et TIC
• Les pertes en CA dans le cas des TIC
• Solution 400VCC datacenter selon Orange
• Résultat de test et potentiel de gain pour les TIC en 400VCC
• Expérimentations et vision Orange• Expérimentations et vision Orange
• Carte mondiale des expérimentations TIC en CC
• NTT, ABB, Emerge Alliance, Greenbuilding, …
• Normalisation
• Composants en CC
• Perspectives pour Orange
Bref historique du CC, un succès Telecom et plus …
CC: Volta � Planté � Gramme , Siemens � Edison (+ Tesla)
CA: Tesla + Westinghouse + Gaulard (inventeur Français du transformateur faible pertes)
Un réseau CA HT et BT externe:
TSF en CC, sur pile, batterie, réseau CC
(USA, Suède, …)
80 à 25000VCC interne
Premiers ordinateurs à tube
puis quelques VCC avec les transistors,
les écrans plats
Des utilisations finales TIC en CC
les écrans plats
Survie et retour du CC:
• Métro, trains (< 1500VCC), industrie (100 à 300VCC)
• TIC : 48VCC depuis 170 ans dans les lignes et sites télécom :
10 GW en 48V haute fiabilité et , 4 Gkm de Cu
- jusqu’à 10% conso domestique soit 50 GW mondial �
dont les pertes dans les alimentation CA/CC
• Eclairage hallogène puis LED 12 ou 24 VCC
• PV, éolien < 1500 VCC
• Véhicules électriquse < 400VCC
• Ventil/clim à variateur de vitesse 300-400VCC interne
115 MW Toul
>10 GW (RTE scenario)
: 100 membres des 5 continentsOrange Copyright 2013
Histoire récente du CC Telecom/Datacom• Années 80-85 projet FT CNET GEODE avec une dizaine d’industriels de l’énergie dont
Schneider/MGE, le CNES, SERI Renault pour la fiabilité système
– Etide 300VCC avec l’industrie presentée à IEEE/intelec mais difficile de détrôner le 48V à une
époque sans ordinateurs. Triomphe des systèmes modulaires 48VCC (redresseurs et batteries
étanche) décentralisés près des équipements, gain de 10% de rendement en distribution
tension haute, conversion HF (étude SUPELEC) et gain de cuivre d’un facteur 10
• Projet FT TENOR 93- 97(Chloride, Socomec, SAFT, 2H, …)
– But : unifier et réduire le coût de la chaine modulaire d’alimentation et batterie et
centralisée avec des ASI offline (rendement > 97%) et des alimentation CA/CC 48V Telecom
ou 12V informatique. Brevet microstockage très court réparti (cf IEEE/intelec 1993)ou 12V informatique. Brevet microstockage très court réparti (cf IEEE/intelec 1993)
� Succès sur le coût mais trop complexe % chaines 48VCC et encore peu d’informatique
• Années 2000
– Alcatel + SAFT lance une solution CC (36-360VCC) et la normalisation ETSI EE
– 2003: Berkeley/intel/EPRI/Emerson expérimente et promeuve une solution 400VCC
– 2004-2011: beaucoup d’articles intelec/IEEE, DC workshop avec l’Allemagne la Suède, le
Japon, les USA et France Telecom
– 2009: début normalisation mondiale UIT-T
– 2010: IBM relance sa solution d’alim CC de 1990, HP, Sun suivent
– 2011: La chine démarre (1000 sites Telecom en 300V DC- 2012 datacenters 400VCC …)
– 2012, 2013: sites ABB, Vodafon etc… projet Eu (Philips, Emerson, Siemens)
Orange Copyright 2013
400VCC – ASI : comparaison simplifiée
Entree site 1,4 to 1,9 x P
serveur
Entrée site : 1,2 to 1,5 x P
Solution actuelle avec ASI double conversion (on line)
Gain en énergie: 5 to 20% avec le refroidissement CC• Gains directs : pas d’onduleur ni contacteur statique, haut rendement CC/CC, pertes
câbles
• Gains indirects: pas de clim d’onduleur, moins de dissipation dans les salles serveurs
• Gains environnementaux: moins de matériel, durée de vie batteries augmentée sans
ondulation, moins de déplacement pour maintenance
Entrée serveur: PEntrée serveur: 0,96 P
Orange Copyright 2013
Redr. onduleurRedr.
CFPCC/CC
400Vdc
CS
+
by pass
3% 4-8% 1% 1%
Clim équipement énergie Clim serveurs redondée pour P
1% 2-6%Transfo
HT/BT
+
Diesel
3%
serveur
0,5%
Ventilation Clim redondée serveurs pour : 0,96 P
Expérimentations Orange et Estimations de gain
• Plusieurs expérimentations Orange en Datacenter, Site Telecom et tertiaires de
quelques de dizaines de kW
• Résultats mesure Labo 2011(Lannion)
– Rendement redresseur 94 à 96% selon marque (NetLab, Emerson) de 20 à 100% charge
– - 2 à - 6% de conso serveur Blade IBM modifié en CC et donc autant en dissipation
• Résultats Terrain 2012 (Velizy, Bordeaux, Issy)
- Rendement tableau CA BT ------ 380VCC : 94% à partir de 5-10% de charge de baie
- Audit de sécurité et certification site Socotec, Veritas : ok- Audit de sécurité et certification site Socotec, Veritas : ok
– Echange module 10 kW à chaud en 1 mn, idem 48V
– Pas de pb de CEM, harmonique, courant de neutre
• Estimations:
- Rendement > 97 % (Emerson, Eltek, Delta, ABB) � Gain énergie site : 5 à 20 % (datacenter)
- Prévision fiabilité jusqu’à 20 X mieux qu’en CA car CC bien plus simple (idem 48VCC)
- TCO: –10 à -20% en plus des gains d’énergie
54V CC 100kW: Pertes /2, Cuivre/10
380V CC
Orange Copyright 2013
Possibilité de passage progressif au PV avec
autoconsommation en CA et CC
< 750VCC
= ∼∼∼∼
Réseau 50 Hz
Batiment
Orange Labs Issy
Onduleur solaire
2 x 50 kW (Emerson)
ηηηη= 95-97%
Orange Labs Copyright 2013
∼∼∼∼= =
= ∼∼∼∼courant
ondulé
ηηηη= 96-97%
Ond.400V : ηηηη= 93% (CE+T)
400VCC
= ∼∼∼∼ 48V
Redr. 48V ηηηη= 96-97% (Emerson)
Baie Redresseurs
jusqu’à120 kW
400VDC
(Emerson)
Tranche 1: 12kW
Sanyo HITBatterie Lithium
(SAFT)
14 kWh
Orange Copyright 2013
AMEA: des sources/stockages distribués à agréger en
microgrid: plus simple en CC ?
Minicentrale HybrideSytèmes solaires individuels
en entraide sur le microgrid
Morocco
Egypt
Jordan
Niger
Mali
Senegal
Morocco
Egypt
Jordan
Niger
Mali
Senegal
Photo Orange Labs Copyright 2013
Station Radio mobile
(BTS) avec excédent
d’énergie
Village plus ou
moins distant
Réseau CC simple à
maillage progressif
KenyaCameroon
Central African RepublicMadagascar
Senegal
Guinea Bissau
GuineaIvory Coast
Equatorial Guinea
+ Dominican Republic,Vanuatu, Armenia, France
KenyaCameroon
Central African RepublicMadagascar
Senegal
Guinea Bissau
GuineaIvory Coast
Equatorial Guinea
+ Dominican Republic,Vanuatu, Armenia, FrancePhoto Orange Labs Copyright 2013
Orange Labs Copyright 2013
Orange Copyright 2013
Expérimentations 400VDC
Univ.
NTT Group(several sites)
380V/400V DC
UPN AB.350V/380V DC
Intel380V DC
SAP380V DC
Nextek380V DC
Syracuse
University 380V DC
Netpower Labs AB(several sites)
350V/380V DCGreen.Ch380V DC
France Telecom380V DC
France Telecom380V DC
Duke Energy380V DC
Univ.
California380V DC
Other Japan Demos300V/350V DC
China Telecom240V/380V DC
China Mobile380V DC
Vendor participants include:
HP, IBM, EMC, Fujitsu, Hitachi, NEC
Telecom
Data Center
Buildings / Microgrids
Emerson power equipment
European Telecom380V DC
North American
Telecom380V DC IBM Singapore
380V DC
Clustered
Systems380V DC
Map provided by Emerson Network PowerOrange Copyright 2013
400V et CC + PV au Japon (ex du site de Sendaï)
380V + PV for datacenter (direct 380VCC to 12V)
Slide NTT DATA INTELLILINK CORP in 2011 Green DataCenter Forum
Orange Copyright 2013
Datacenter 1MW en CC à Zurich
Gagnant du Watt d’or 2013 Label d’excellence énergétique de l’Office fédéral de l’énergie
Slide Intel at Genoa ETSI Energy Efficiency Workshop June 2012 Orange Copyright 2013
CC dans généralisé dans l’habitation: Japon
(cf aussi initiative EPRI, Intel, …Green Building, Emerge Alliance…)
From GreenGrid Platform @Home: GGP@H (NTT, NEC, Fujitsu, Toshiba, Misubishi …)
Green Building 2012: Armstrong Industries, Bloom Energy, Delta Products, Duke Energy, Emerson Electric, Eutricity,
Fujitsu Components, Laurence Berkeley National Laboratory, National Electrical Manufacturers Association (NEMA),
Nextek Power, Oakridge National Labs, Pike Research, Roal, Underwriters Laboratories, Universal Electric and University
of Texas.
Orange Copyright 2013
Picture by NTT Courtesy
Normalisation du CC tension basseNormalisation du CC tension basseNormalisation du CC tension basseNormalisation du CC tension basse
ETSI: ETSI: ETSI: ETSI: EuropeanEuropeanEuropeanEuropean Telecom Standard Telecom Standard Telecom Standard Telecom Standard instituteinstituteinstituteinstitute
EE: Environment Engineering,
EE2: Power interface, Earthing, Control monitoring (Pr: Orange)(Pr: Orange)(Pr: Orange)(Pr: Orange)
UITUITUITUIT----T: Union International des TelecomT: Union International des TelecomT: Union International des TelecomT: Union International des Telecom
Commission 5: CEM et réduction de l’impact environnemental (Pr: Orange)(Pr: Orange)(Pr: Orange)(Pr: Orange)Commission 5: CEM et réduction de l’impact environnemental (Pr: Orange)(Pr: Orange)(Pr: Orange)(Pr: Orange)
Question 19: Question 19: Question 19: Question 19: DC power feeding (Pr: Orange)(Pr: Orange)(Pr: Orange)(Pr: Orange)
Question 13: Question 13: Question 13: Question 13: Chargeurs universels des téléphones, box et PC déjà prévue avec entrée
400VDC
CEI, CENELEC: SMB SG4 LVDC < 1500V : généralisé pour les TIC (< 400VDC), CEI, CENELEC: SMB SG4 LVDC < 1500V : généralisé pour les TIC (< 400VDC), CEI, CENELEC: SMB SG4 LVDC < 1500V : généralisé pour les TIC (< 400VDC), CEI, CENELEC: SMB SG4 LVDC < 1500V : généralisé pour les TIC (< 400VDC),
les bâtiments commerciaux , VE, PV, …les bâtiments commerciaux , VE, PV, …les bâtiments commerciaux , VE, PV, …les bâtiments commerciaux , VE, PV, … (Pr: Legrand)(Pr: Legrand)(Pr: Legrand)(Pr: Legrand)
TC23B: prises(Pr: Legrand)(Pr: Legrand)(Pr: Legrand)(Pr: Legrand)
TC64: sécurité (Pr: Schneider)(Pr: Schneider)(Pr: Schneider)(Pr: Schneider)
IEEE: engagement dans la normalisation mondiale du CCIEEE: engagement dans la normalisation mondiale du CCIEEE: engagement dans la normalisation mondiale du CCIEEE: engagement dans la normalisation mondiale du CC
Norme d’interface mondiale 260-400VCC
pour faciliter le design et l’industrialisation TIC et énergie
protection distribution &
power supply conductors
system block
Interface A3
Power Supply
Telecommunications or datacom equipment
Plus sûr que le CA ou le 48Vcc pour
ETSI EN 300 132-3-1, ITU-T L.1200
publiées
15
distribution & protection
system block
system block
Interface A3
Interface A3
Internal distribution & protection
Telecommunications or datacom equipment
Telecommunications or datacom equipment
- Plus sûr que le CA ou le 48Vcc pour
l’humain: courant de faute < 7.5mA
Zone II de CEI 60 479 sans risque avec R
> 50 kohm.
Disjoncteur différentiels CC type B
possibles mais optionnels.
- Courants d’appel et de court-
circuit maîtrisé: idem 48V
- CEM: mieux qu’en CA
Des composants CC 400V normalisés prêts
Serveurs et telecom
NEI D1000 et 2000 (cloud)
HP DL 385 G7 blade server, série C3000, C7000
IBM Power795 mainframe server, Z10, Z196
EMC CLARION CX4-960 storage array
Intel, Ericsson, Dell, Juniper et de nombreux autres
Sources et intégrationDC 30 à 120 kW eff 97%
Intel, Ericsson, Dell, Juniper et de nombreux autres
arrivent, USA, Japon, Chine,…
Cables, busbarDC, prises, disjoncteurs, éclairage
(Anderson, Proline, Fujitsu, Osram, Philips …)
Et d’autres : ABB, Eltek, Efore, NEC, ZTE, Huawei, …
Orange Copyright 2013 All photos and data, courtesy of manufacturers or available on internet
Perspectives Orange: le courant continu, une
technologie éprouvée qui a de l’avenir
• Finalisation en 2014 des études et normes ETSI, UIT-T, CEI pour du CC sûr et plage de tension mondiale unifiée et … … … prise unifiée ?
• Potentiel de réduction d’énergie et TCO: 10% de l’énergie annuelle en datacenter, 10-20% de l’investissement matériel, gain de coût d’exploitation (meilleure fiabilité, maintenance simplifiée du type 48VCC)
• Autres gains possibles en surface au sol, cuivre, batterie et électronique
• Simplification : câblage, commutation passive EdF-Diesel, batterie centralisée� fonctions smartgrid (effacement pic, PV, …)
• RSE et DD: Micro-réseau hybride solaire en CC pour l’AMEA
• La France peut encore être N°1 en Europe sur le 400VDC appliqué aux TIC: Orange encourage les propositions d’industriels TIC et énergie et pilote la normalisation ETSI et UIT-T sur le sujet.
Orange Copyright 2013
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