- PVSM.RU - https://www.pvsm.ru -

«Марсианская технология»: почему дата-центры переходят на топливные ячейки

По прогнозам, к 2025 году индустрия связи (в том числе дата-центры) будет потреблять [1] 20% всего электричества на планете. Чтобы сократить количество выбросов в атмосферу, компании все чаще обращаются к «зеленым» технологиям. Одной из них являются топливные ячейки — это решение стало наследником технологии НАСА, которую хотели использовать во время миссии на Марс. Рассказываем, как получилось, что эти системы запитали ЦОДы.

«Марсианская технология»: почему дата-центры переходят на топливные ячейки - 1 [2]
/ Flickr / Steve Jurvetson [3] / CC [4]

«Марсианская технология» Bloom Energy

Топливные элементы [5] — это устройства, которые превращают энергию химической реакции в электричество. Они работают на водороде, природном газе или биогазе. Согласно отчету [6] министерства энергетики США, на 2016 год общая мощность всех изготовленных в мире топливных элементов составляла 500 мегаватт, и темпы производства продолжают расти.

Такие устройства выпускает несколько компаний, одна из них — Bloom Energy.

Топливную ячейку Bloom Energy разработал [7] К. Р. Шридхар (K. R. Sridhar) в 1990-х. Тогда он работал в научной лаборатории, создававшей устройства для НАСА. И космическое агентство заказало прибор, который можно было бы использовать для поддержания жизни в колонии на Марсе.

Шридхар создал устройство, которое расщепляло воду на кислород для дыхания и водород для транспортного топлива. Питалось оно от солнечных батарей. Девайс должны были отправить на Марс в 2001 году, но миссию отменили из-за технических проблем с летательным аппаратом.

Шридхар подумал, что если «перевернуть» процессы, протекающие в устройстве, то получится установка, которая генерирует электричество из водорода и кислорода. Для производства таких устройств (топливных ячеек) он основал Bloom Energy.

Ячейки компании работают на природном газе (но могут использовать и чистый водород). При попадании в топливный элемент метан в составе природного газа превращается в водород за счет взаимодействия с водяным паром, который также подают в устройство. Затем водород окисляется на аноде, что генерирует ток.

Самая привлекательная черта в топливных элементах — экологичность. При работе ячейки на метане парниковые газы выделяются, но в гораздо меньшем объеме, чем на тепловых электростанциях. По данным [8] Bloom Energy, их технология вырабатывает на 60% меньше углекислого газа, чем ТЭС с такой же мощностью. Если же элемент работает на водороде, он выделяет только воду и не вредит окружающей среде.

«Одним из главных достоинств топливных ячеек можно назвать их бесшумность. В них нет насосов, вентиляторов и каких-либо движущихся компонентов. — комментирует Сергей Белкин, начальник отдела развития 1cloud.ru [9]. — Это особенно важно для дата-центров, где уровень шума колеблется от 70 до 80 дБ. Внедрение таких бесшумных источников питания помогает ЦОД предоставить сотрудникам более комфортные условия для работы».

Устройства Bloom Energy используют в ЦОД крупные компании. Они напоминают [10] мини-холодильник, который ставят над серверными стойками. Сами топливные ячейки (находящиеся внутри) компактны и занимают мало места. Длина и ширина одной ячейки [11] Bloom Energy — 10 см, а толщина — меньше сантиметра. Мощность такого устройства — 25 Ватт.

В 2017 году сделку с организацией заключил [12] Equinix, провайдер услуг дата-центров. Bloom Energy обеспечит своими топливными элементами дюжину ЦОД Equinix. С Bloom Energy работают [13] также Adobe, Walmart, Yahoo, Google, AT&T и другие компании.

Кто ещё использует топливные элементы

Перспективы в топливных элементах видят и другие компании. В 2017 году Microsoft начала строить [14] электростанцию на основе этой технологии. Мощность станции составит 10 мегаватт, а на её создание ИТ-гигант потратит 45 миллионов долларов. Топливные элементы позволят Microsoft сократить потери энергии, которые обычно возникают при её передаче до ЦОД.

По словам главы исследовательской программы Microsoft в области энергетики Шона Джеймса (Sean James), компания планирует увеличить мощность станции в будущем почти вдвое и видит в технологии большой потенциал. Также Джеймс сказал, что сначала Microsoft будет использовать в элементах природный газ, но затем перейдет на водородное топливо.

«Электростанции» из топливных элементов создает и Apple. Компания уже построила [15] установку на 10 мегаватт в дата-центре в городе Мейден и станцию на 4 мегаватта в главном офисе в Купертино.

«Марсианская технология»: почему дата-центры переходят на топливные ячейки - 2
/ Air Force [16] / PD

Некоторые организации разрабатывают собственные топливные элементы, например автомобилестроительная компания Daimler [17]. В планах у руководства создать ЦОД, который будет полностью полагаться на «зеленое» электричество. Большую часть энергии в нем обеспечат ветрогенераторы и солнечные панели. Избыток электричества пойдет на производство и хранение водорода для топливных элементов, а сами ячейки будут использовать как вспомогательный источник питания для дата-центров.

В топливные элементы инвестируют и правительства отдельных стран. В Южной Корее уже работают шесть станций на основе топливных ячеек общей мощностью в 300 мегаватт.

Корея занимает [18] первое место по потреблению электричества в Азии и входит в десятку мировых государств, которые больше других загрязняют атмосферу. Более того, в Корее 70% территории приходится на холмы и горы, поэтому места под ветряные и солнечные генераторы в стране не хватает. Потому к 2022 году правительство планирует расширить суммарную мощность станций на базе ячеек до 800 мегаватт.

Недостатки и перспективы технологии

Главное препятствие для компаний, которые хотят внедрить топливные элементы, — стоимость устройства. Один ватт мощности ячейки Bloom Energy обходится [19] в 7–8 долларов. Для солнечной панели цена ватта составляет [20] всего 3 доллара. Отчасти это связано с высокой стоимостью компонентов топливной ячейки, например, там используют платиновый катализатор.

Другой недостаток характерен только для систем, работающих на водороде. Для хранения топлива необходима технически сложная инфраструктура. Водород находится [21] в ёмкости либо в жидком, либо в сжатом состоянии. В первом случае в хранилище приходится поддерживать температуру ниже -252,8 °C, точки кипения водорода. Во втором — требуется давление в 350–700 бар.

Обе эти проблемы исследователи компаний надеются решить в ближайшем будущем. Они намерены [22] продолжать совершенствовать процессы производства, искать более доступные материалы и сокращать стоимость устройств. Будет развиваться и инфраструктура для топлива. Учёные создают новые химические способы хранения водорода в абсорбированном виде, для которых не потребуется высокое давление или низкая температура.

Из-за высокой стоимости топливных элементов маловероятно, что в ближайшее время они начнут массово использоваться в качестве основного источника электричества. Скорее всего, сначала компании будут создавать на базе ячеек системы резервного питания (как это делают в Daimler). А дальнейшее распространение технологии будет зависеть от того, насколько изготовителям удастся снизить расходы на производство.

Несколько постов из нашего корпоративного блога:

Автор: 1cloud

Источник [28]


Сайт-источник PVSM.RU: https://www.pvsm.ru

Путь до страницы источника: https://www.pvsm.ru/data-tsentry/295674

Ссылки в тексте:

[1] будет потреблять: https://www.theguardian.com/environment/2017/dec/11/tsunami-of-data-could-consume-fifth-global-electricity-by-2025

[2] Image: https://habr.com/company/1cloud/blog/426335/

[3] Steve Jurvetson: https://www.flickr.com/photos/jurvetson/8154813688

[4] CC: https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/

[5] Топливные элементы: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82

[6] отчету: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/10/f37/fcto_2016_market_report.pdf

[7] разработал: https://www.nytimes.com/2017/11/30/business/energy-environment/data-center-energy.html

[8] данным: https://www.theguardian.com/environment/2010/feb/22/bloom-box-fuel-cell-launch

[9] 1cloud.ru: https://1cloud.ru?utm_source=habrahabr&utm_medium=cpm&utm_campaign=mars&utm_content=blog

[10] напоминают: https://www.seattletimes.com/business/microsoft/microsoft-makes-a-crazy-bet-on-fuel-cells-to-feed-power-hungry-data-centers/

[11] ячейки: https://en.wikipedia.org/wiki/Bloom_Energy_Server

[12] заключил: https://www.datacenterdynamics.com/news/bloom-energy-plans-ipo-hopes-to-expand-data-center-fuel-cell-business/

[13] работают: https://www.bloomenergy.com/customers

[14] начала строить: https://www.bloomberg.com/news/articles/2017-10-31/fuel-cells-backed-by-microsoft-for-power-hungry-data-centers

[15] построила: https://www.farm-equipment.com/blogs/6-opinions-columns/post/16070-big-name-industries-helping-biomethane-and-rng-become-mainstream

[16] Air Force: https://media.defense.gov/2006/Dec/13/2000527519/-1/-1/0/061130-F-1025B-009.JPG

[17] например автомобилестроительная компания Daimler: https://www.networkworld.com/article/3237176/data-center/microsoft-daimler-to-use-fuel-cells-to-power-data-centers.html

[18] занимает: https://www.powerengineeringint.com/articles/2018/08/feature-south-korea-flies-flag-for-fuel-cells.html

[19] обходится: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Bloom_Energy_Server

[20] составляет: https://news.energysage.com/how-much-does-the-average-solar-panel-installation-cost-in-the-u-s/

[21] находится: https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-storage

[22] намерены: https://www.greentechmedia.com/articles/read/fuel-cells-in-2017-are-where-solar-was-in-2002

[23] Как IaaS помогает франчайзи «1С»: опыт 1cloud: https://1cloud.ru/blog/kak-iaas-pomogaet-1c-franchisee?utm_source=habrahabr&utm_medium=cpm&utm_campaign=mars&utm_content=blog

[24] Эволюция архитектуры облака 1cloud: сложности модулирования: https://1cloud.ru/blog/our-system-architecture-evolution?utm_source=habrahabr&utm_medium=cpm&utm_campaign=mars&utm_content=blog

[25] Зачем нужен мониторинг?: https://1cloud.ru/blog/zachem-nujen-monitoring?utm_source=habrahabr&utm_medium=cpm&utm_campaign=mars&utm_content=blog

[26] Чем арендованная инфраструктура лучше обычного «железа»: https://1cloud.ru/blog/virtualnyj-kompyuter-zapushchennyj-v-oblake-luchshe-schitat-zheleznym?utm_source=habrahabr&utm_medium=cpm&utm_campaign=mars&utm_content=blog

[27] Как обеспечивается безопасность данных в облаке: https://1cloud.ru/blog/bezopasnost-dannih-v-oblake?utm_source=habrahabr&utm_medium=cpm&utm_campaign=mars&utm_content=blog

[28] Источник: https://habr.com/post/426335/?utm_source=habrahabr&utm_medium=rss&utm_campaign=426335