Этой осенью корпорация Microsoft объявила ^[1] 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.

^[2]
/ pxhere ^[3] / CC ^[4]

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 ^[5] 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 ^[6], что подключение топливных элементов к ИТ-оборудованию поможет почти полностью отказаться от классической системы электроснабжения, сделав ее резервной.

/ Flickr / Robert Scoble ^[7] / CC ^[8]

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 ^[9] 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 ^[10] 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 ^[11] частный проект на основе топливных элементов и через год запустила ^[12] 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 ^[13] 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.

/ Flickr / Bloom Energy Servers at eBay ^[14] / CC ^[8]

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 ^[15] лизинговую программу при поддержке Bank of America.

Тем временем в Microsoft проходили ^[16] 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 ^[17] 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 ^[18] 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 ^[19] четверть требуемой электроэнергии с помощью газовых топливных ячеек. Также немецкий автоконцерн Daimler с партнерами рассказали ^[20] о разработке водородных топливных элементов для дата-центров. Сейчас эти устройства используются ^[21] в основном для питания автомобилей.

Трудности распространения технологии

Питер Гросс (Peter Gross) из Bloom Energy считает ^[22], 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 ^[23] 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 ^[24]. 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 ^[9] 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:

• Технологии охлаждения дата-центров ^[25]
• Безопасность данных в облаке ^[26]
• Мифы об облачных технологиях. Часть 3: Говорим о железе ^[27]
• Производительность HDD- и SSD-дисков ^[28]

Автор: 1cloud

Источник ^[29]