В апреле прошлого года мы рассказывали вам о компании TeraCool, специалисты которой решили приспособить газохранилища для работы в тандеме с ЦОД. На протяжении последних шести месяцев данный проект успешно развивался, и на днях в сети появились новые подробности относительно инициативы этого вендора. В недавнем интервью корреспондентам ресурса Datacenter Dynamics глава TeraCool Боб Шаттен заявил, что его компания разработала «безрисковую» технологию, которая позволяет минимизировать расходы на эксплуатацию дата-центров, а также их углеродный след. По словам Шаттена, специалисты компании TeraCool, в которой трудятся профессора и специалисты в области механики жидкостей и газов, теплообмена и термодинамики из Гарвардского и Стэнфордского университетов, Массачусетского технологического института, а также Университетов Теннесси и Пенсильвании, руководствовались принципами так называемой концепции «промышленной экологии», которая среди прочего предполагает предельно рациональное использование всевозможных отходов.

В настоящее время никого уже не удивишь тем фактом, что центры обработки данных можно обнаружить в пещерах, на верхних этажах небоскребов и посереди пустыни, но до прошлого года никто не мог представить себе совмещение ЦОД с промышленной инфраструктурой для транспортировки и хранения сжиженного природного газа (СПГ). Тем не менее, специалисты из массачусетской (США) инновационной компании TeraCool привели весьма убедительные доводы в пользу целесообразности подобного симбиоза. Они сослались на реальную возможность уменьшения энергетических затрат и выбросов парниковых газов, попадающих в атмосферу по вине инфраструктуры ЦОД. Представители вендора отмечают, что ключом к их технологии является процесс испарения, который используется при преобразовании криогенной жидкости (получаемой из природного газа охлаждением до температуры конденсации -161,5 °С (-260 ° F)) обратно в газ после завершения транспортировки. В настоящее время специалисты TeraCool дорабатывают механизм, позволяющий восстанавливать энергию в ходе этого процесса и использовать ее для электроснабжения дата-центров, а также для охлаждения находящегося внутри ЦОД серверного оборудования. В то же время избыточная тепловая энергия, покидающая дата-центр, может применяться в ходе процесса испарения СПГ для последующей подачи готового к использованию природного газа в магистральные трубопроводы.

«Температура любого терминала для преобразования СПГ в газ значительно ниже, чем температура в Арктике – вне зависимости от того, где находится подобный объект. И мы думаем, что дата-центры могут эффективно использовать избыточный «холод», который, как правило, теряется в процессе испарения сжиженного природного газа «, говорит Шаттен.

Отметим, что при переходе из газообразной формы в жидкую объем природного газа уменьшается в 600 раз. Это позволяет минимизировать затраты на его транспортировку. На приемном терминале СПГ нагревают до температуры окружающей среды, чтобы его можно было регазифицировать и передать конечным потребителям. Шаттен сотоварищи предлагают повысить эффективность данного процесса путем организации обмена тепловой энергией и холодом между дата-центрами и приемными терминалами СПГ, соответственно. При этом не нужно будет значительно изменить конструкцию существующего ЦОД или строить дата-центр “с нуля” – главным условием является наличие неподалеку от дата-центра того самого приемного терминала СПГ. Причем оба объекта не обязательно должны размещаться друг рядом с другом: максимальное расстояние между ними может составлять 2 км. Шаттен отметил, что специалисты TeraCool недавно создали и уже начали тестирование технологического процесса и инфраструктуры для реализации подобной концепции, которая позволяет операторам ЦОД взамен на избыточное темпо получать холодный хладагент и электричество. Он также подчеркнул, что подобные проекты являются практически безрисковыми, так в течение последних 70 лет не произошло ни одного крупного инцидента, связанного с проблемами при обеспечении безопасности терминалов СПГ.

Принцип действия и перспективы

Ниже вы можете обнаружить блок-схему, демонстрирующую принцип работы системы TeraCool:

По словам Шаттена, КПД контура теплообмена Teracool составляет 90%. Для транспортировки холодных и горячих жидкостей и газов между объектами применяются стандартные трубопроводы, при этом сами жидкости и газы проходят через несколько насосов и радиаторов, размещенных в различных точках контура. Охлажденная вода или гликоль с температурой в 18.33 °C (65 ° F) доставляется в дата-центр, при этом горячая вода или гликоль передается из ЦОД на объект СПГ. «С помощью двух хладагентов мы можем расширить длину трубопроводов и снизить затраты на их развертывание, потому что для транспортировки жидкости требуются трубы с гораздо меньшим диаметром, чем в случае транспортировки газов. Когда жидкий хладагент превращается в газ, он расширяется примерно в 600 раз, и именно этот процесс может быть использован для выработки электроэнергии посредством приведения в движение турбодетандеров (устройства, преобразующие потенциальную энергию газа в механическую энергию; при этом газ, совершая работу, охлаждается), соединенных с электрогенераторами. К слову, в данном случае создается в полной мере экологически чистая электроэнергия, так как не происходит сгорание углеводородного топлива», отметил Шаттен.

Следует отметить, что терминалы и системы хранения СПГ зачастую отличаются огромными габаритами. Поэтому применение технологии TeraCool на нескольких подобных объектах газораспределительной инфраструктуры может с легкостью обеспечить достаточную генерирующую мощность для запитки даже самых мощных ЦОД. К примеру, верхняя граница энергопотребления для дата-центров в США составляет около 90 МВт, тогда как один терминал в Сеуле (Южная Корея), который специалисты американской компании изучили в начале прошлого года, в теории может обеспечить 350 МВт охладительной мощности и 87 МВт электроэнергии. Этот объект состоит из 22 резервуаров для хранения СПГ. Шаттен отметил, что ключевым минусом технологии являются пока еще недостаточно хорошо отлаженный механизм контроля объема испаряемого газа. Но решение данной проблемы – дело техники.

Инвестпроект

Как известно, в настоящее время на долю дата-центров приходится около 1.5-2% от совокупного мирового спроса на электрическую энергию. При этом производительность вычислительных мощностей, необходимых для проведения операций с данными, как ожидается, продолжит активно расти, и к 2020 году она увеличится в 44 раза по сравнению с уровнем 2012 года. Кроме того, количество активных интернет-пользователей по всему миру в рассматриваемом периоде увеличится более чем на 50%. Все это приведет к необходимости возведения дополнительных дата-центров. Примечательно, что большая часть вновь возводимых в настоящее время ЦОД имеют мощность в 10 МВт и выше, при этом в среднем 30-40% электроэнергии в ЦОД используется для целей охлаждения. Следовательно, уменьшение потребности в системах искусственного охлаждения и соответствующих затрат при помощи технологии TeraCool сделает эксплуатацию ЦОД более рентабельной.

Эксперты ресурса International Energy Investments провели экономическое исследование для определения потенциальных финансовых результатов, на которые могут рассчитывать владельцы дата-центра при реализации инвестпроекта по совмещению ЦОД и терминала СПГ на территории Североамериканского континента с привлечением технологии TeraCool. Результаты исследования выглядят следующим образом (затраты на приобретение земли, а также возведение ЦОД и оснащение его всем необходимым оборудованием и ПО, не учитывались):

Целевая аудитория

В настоящее время по всему миру рассредоточено множество критически важных терминалов СПГ, на которых непрерывно осуществляется процесс испарения сжиженного природного газа. И число этих терминалов растет соразмерно количеству вновь открываемых месторождений природного газа. В период с 2005 по 2015 гг. объем производства СПГ, как ожидается, удвоится, при этом темп роста будет составлять 4.5% в год. Тем не менее, работа по формированию СПГ и регазификации природного газа является малоэкологичной и низкоэффективной. Так, нагревание и испарения СПГ зачастую осуществляется путем сжигания до 2% от ввозимого природного газа на терминале, то есть значительная часть этого ценного ресурса тратиться впустую. Кроме того, для передачи тепловой энергии СПГ используются большое количество морской воды, и для этого требуются дополнительные расход на эксплуатацию насосных станций и механизмов фильтрации воды, причем продолжительная эксплуатация подобных установок может оказать негативное на прибрежную экосистему.

Все это делает технологию TeraCool весьма интересной не только для операторов ЦОД, но и для владельцев терминалов СПГ со всего мира. Тем не менее, Шаттен считает, что технология его компании лучше всего подходит для тех рынков, где стоимость электроэнергии и / или температура окружающей среды являются относительно высокими, и где осуществляются разнообразные инициативы по сокращению выбросов CO2, а также предоставляются соответствующие фискальные стимулы. По мнению топ-менеджера, Азиатско-Тихоокеанский регион и Южная Европа являются наиболее вероятными площадками для появления первых гибридных дата-центров подобного плана, так как там присуствует большое количество терминалов СПГ, которые используются для организации поставок природного газа в Сингапур, Южную Корею, Индию, Японию и на Тайвань. К слову, Япония может похвастать наиболее высокой плотностью размещения терминалов СПГ в мире. В настоящее время TeraCool ведет переговоры о сотрудничестве с Shell, BP, GDF Suez (Elengy), Singapore LNG и China Petroleum Corporation (Тайвань) и другими поставщиками СПГ, а также с рядом крупных компаний, представленных на рынке ЦОД.