Самостоятельные дата-центры: топливные элементы вместо электросети

в 8:55, , рубрики: 1cloud, microsoft, альтернативные источники энергии, Блог компании 1cloud.ru, Разработка под e-commerce, топливные элементы

Этой осенью корпорация Microsoft объявила о планах по строительству первого дата-центра, целиком работающего на газовых топливных элементах. Экспериментальный ЦОД будет возведен в сотрудничестве с компаниями McKinstry и Cummins в Сиэтле.

Другие компании, помимо Microsoft, также озвучивали идеи создания дата-центров, питаемых энергией от топливных ячеек. В этом материале предлагаем взглянуть на разработки организаций и эксперименты в этой области.

Самостоятельные дата-центры: топливные элементы вместо электросети - 1
/ pxhere / CC

Зачем дата-центрам топливные элементы

Топливные элементы — это устройства, преобразующие химическую энергию подаваемого топлива в электрическую. Их используют для питания автомобилей, зданий, военной техники, космических кораблей. Топливные элементы рассматриваются как возможная альтернатива солнечной и ветровой энергии благодаря потенциально низкой себестоимости и низким выбросам CO2.

В 2014 году дата-центры США разместили у себя топливные ячейки, суммарная мощность которых составила 100 мегаватт. Ожидается, что к 2020 году местный рынок вырастет до $6 млрд. Идея компаний, экспериментирующих с топливными ячейками, заключается в подключении мини-элементов непосредственно к серверным стойкам. Такой подход снижает потребность в электричестве от центральной системы энергоснабжения, так как питание генерируется в точке ее потребления.

Исследования Microsoft доказывают, что подключение топливных элементов к ИТ-оборудованию поможет почти полностью отказаться от классической системы электроснабжения, сделав ее резервной.

Самостоятельные дата-центры: топливные элементы вместо электросети - 2
/ Flickr / Robert Scoble / CC

Преимущества дата-центров на базе топливных элементов по сравнению с традиционными системами включают:

  • Повышенную надежность — точки отказа ограничены одной серверной стойкой;
  • Энергоэффективность — количество энергии, теряемое в процессе выработки передачи и преобразования электроэнергии, значительно снижается;
  • Унификацию ЦОДов — система с топливным элементом может быть развернута практически в любой точке мира;
  • Экономию энергии на национальном масштабе — сейчас на долю ЦОДов приходится около 2% от всего потребления электроэнергии в США. Применение on-site генераторов снизит эту планку.

Кто использует топливные элементы

Технология газовых топливных ячеек, по словам инженера Microsoft Шона Джеймса (Sean James), позволит дата-центрам будущего отключиться от электросети полностью. Однако ячейки все равно нуждаются во внешнем ресурсе. Элементы поддерживают питание до тех пор, пока не прекратится подача топлива. Топливо может быть получено из различных горючих веществ, таких как природный газ, метан или даже метанол.

Концепция газовых топливных элементов от Microsoft основана на многолетних экспериментах корпорации и других компаний с технологией. В 2010 году Google стал первым клиентом производителя топливных элементов Bloom Energy. Топливные элементы Bloom на метане обеспечивали энергией штаб-квартиру корпорации. За полтора года они удержали уровень доступности в пределах 98%.

Тогда топливные элементы взяли на вооружение такие организации, как T-Systems, Fujitsu, Verizon и Сиракузский университет. В 2012 году компания Apple анонсировала частный проект на основе топливных элементов и через год запустила его. Система работает на метане. От 60 до 100% энергии, используемой дата-центром, генерируется в нем же биогазовыми топливными элементами и двумя солнечными батареями.

В том же году компания eBay с помощью разработок Bloom Energy построила первый в своем роде объект в Солт-Лейк-Сити. Топливные ячейки в нем стали основным источником энергии и вырабатывали шесть мегаватт из восьми. В качестве топлива использовался природный газ. В eBay прогнозировали, что это поможет снизить выбросы CO2 на 49% и повысить доступность ЦОДа в сравнении с классической конструкцией. Компания eBay даже договорилась о продаже избыточной энергии энергетической компании Ormat Technologies.

Самостоятельные дата-центры: топливные элементы вместо электросети - 3
/ Flickr / Bloom Energy Servers at eBay / CC

Как можно заметить, Bloom Energy фигурирует в большинстве крупных проектов. Чтобы поддержать свой статус лидера и снизить объем первоначальных затрат, в 2013 году компания представила лизинговую программу при поддержке Bank of America.

Тем временем в Microsoft проходили испытания технологии без участия Bloom — в Калифорнийском университете в Ирвайне и тестовом дата-центре в штате Вайоминг. Корпорация планомерно шла к реализации идеи топливной ячейки для каждой стойки. Но проблемой была высокая себестоимость проекта.

В ее решении помогли грант от правительства и компания-поставщик топливных ячеек Redox Power Systems. Еще одно затруднение — энергетические элементы не могли обеспечить достаточный уровень мощности при неожиданных всплесках рабочих нагрузок серверов. В качестве решения было предложено использовать аккумуляторы для поглощения пиковых нагрузок.

В 2015 году свои эксперименты с элементами начал провайдер Equinix. В этом году он объявил об установке топливных элементов в двенадцати ЦОДах США. Это станет крупнейшим проектом по внедрению топливных элементов в систему дата-центров на сегодняшний день. За поставку ячеек вновь отвечает Bloom Energy.

Не только в США прибегают к топливным элементам. В этом году ирландский дата-центр объявил, что собирается генерировать четверть требуемой электроэнергии с помощью газовых топливных ячеек. Также немецкий автоконцерн Daimler с партнерами рассказали о разработке водородных топливных элементов для дата-центров. Сейчас эти устройства используются в основном для питания автомобилей.

Трудности распространения технологии

Питер Гросс (Peter Gross) из Bloom Energy считает, что традиционное электротехническое оборудование для дата-центров неэффективно — его мощности не используются в полной мере. Каждая система загружается не более чем наполовину. При этом стоимость эксплуатации газовой системы ниже, чем у систем электропередачи. Однако перед технологией стоят несколько препятствий.

Например, высокие капитальные затраты. Есть мнение, что производство топливных элементов — нишевый бизнес, из-за чего цены для дата-центров остаются высокими. Но если крупные игроки будут массово приобретать топливные элементы, на рынке возникнет конкуренция. Государство начнет субсидировать эту отрасль, и затраты в конечном счете снизятся.

Власти США уже смогли оценить преимущества технологии во время недавнего урагана Ирма, который бушевал во Флориде. Один из распределительных центров Walmart был обесточен. Но его инфраструктуру питала сеть водородных топливных элементов. Это обеспечило бесперебойную поставку продовольствия в критический момент.

Другая проблема — большое количество выделяемого тепла. Основными побочными продуктами топливных элементов являются вода и тепло с низким уровнем содержания газов. Например, в случае с фосфорнокислыми топливными элементами некоторое оборудование даже не справляется с высокими температурами. С другой стороны, вырабатываемому теплу можно найти применение и тем самым повысить эффективность системы.


P.S. Еще несколько материалов о «железе» из корпоративного блога 1cloud:

Автор: 1cloud

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля