Когда ЦОД перейдут с дизель-генераторов на водородные топливные элементы?

Несмотря ни на что, уходящий год оказался вполне удачным (по крайней мере, для индустрии дата-центров). Если через много тысяч лет историки, пробирающиеся сквозь руины давно потерянной цивилизации, попытаются описать 2020 на основе данных об отрасли центров обработки данных, они обнаружат нечто выдающееся. Изучая графики роста и расширения, историки смогут предположить, что данный период отметился процветанием и благополучием. Они просто не увидят удручающих «американских горок», в ходе которых человечество перемещалось от катастрофы к катастрофе.

Роль центров обработки данных как основы цифрового общества избавила соответствующую индустрию от большей части негатива. Для многих ее субъектов ажиотаж в интернете действительно обернулся процветанием. Тем не менее, на фоне активного расширения вычислительных мощностей ради удовлетворения спроса все чаще звучит и критика в адрес ЦОД за якобы низкий уровень экологичности. Способствовать решению данной проблемы должен, помимо прочего, и переход дата-центров с дизель-генераторов на водородные топливные элементы. Но когда состоится подобная трансформация, и состоится ли она в принципе?

Экологи все чаще заявляют о том, что субъектам индустрии ЦОД следует отказаться от «дизельной иглы», поскольку активная эксплуатация дизельных генераторов способствуют глобальному потеплению и возникновению климатических аномалий по всей планете. Дизель-генераторы являются источником выбросов двуокиси углерода в атмосферу, генерируя твердые частицы и оксиды азота, которые наносят вред сообществам и усложняют процесс получения разрешений на ввод центров обработки данных в эксплуатацию.

Опыт Microsoft по эксплуатации серверных стоек на водородном топливе

Вот почему Microsoft в рамках более широкого плана достижения нулевого углеродного следа бизнеса к 2030 планирует прекратить использование дизельных генераторов к концу десятилетия. В течение последних нескольких лет компания экспериментировала с использованием водорода в качестве альтернативного резервного источника электропитания. В июле 2020 данная работа завершилась успешным 48-часовым тестом, в ходе которого водород использовался для бесперебойного электропитания ряда серверов.

Microsoft использовала водородный топливный элемент с протонообменной мембраной мощностью 250 кВт с целью организации электропитания 10 серверных стоек. Подобные топливные элементы объединяют водород и кислород в ходе процесса, приводящегося к образованию водяного пара и электричества.

Соответствующий топливный элемент изначально разрабатывался для нужд автопрома. Использование автомобильной продукции имеет свои преимущества, поскольку речь об одном из крупнейших рынков водородных топливных элементов — затраты на изготовлении соответствующих изделий постоянно падают. Подобные продукты заточены под быстрое включение, что делает их оптимальным инструментом для резервного электропитания ЦОД в случае проблем в центральной электросети.

Тем не менее, подобные продукты не были разработаны для продолжительной эксплуатации. В частности, конструкция автомобиля не допускает размещения топливного резервуара большего размера. Стремясь обойти данное ограничение, инженеры Microsoft дополнили топливный элемент цистернами с водородом от стороннего производителя.

В ходе предварительного 24-часового испытания в декабре минувшего года инженеры Microsoft пришли к выводу о необходимости небольшой модификации ряда конструкционных элементов. Например, воздушных фильтров и тому подобного. Компания исправила недостатки и провела 48-часовой тест уже в этом году. Все прошло «без сучка и задоринки».

В своих стандартных центрах обработки данных Microsoft в настоящее время хранит на месте дизельное топливо на 48 часов, но также имеет контракты на поставку дополнительного топлива, если перебои в подаче электроэнергии продолжаются дольше этого срока. Подобное случается довольно редко, но риск существует.

Большинство отраслевых экспертов полагают, что 48-часового запаса топлива достаточно, чтобы, как минимум, предупредить клиентов об аварии в ЦОД, позволяя последним перенести рабочие задачи на другие вычислительные мощности. В Microsoft не исключают возможность проведения в будущем более длительных тестов с топливными элементами, но специалисты софтверного гиганта уверены: важный предварительный этап успешно пройден. Теперь основное внимание уделяется размеру и масштабируемости.

«Водородная экономика» и масштабируемый источник резервного электропитания для ЦОД на базе топливных элементов

Корпорация Microsoft и многие ее конкуренты по рынку интернет-сервисов, включая облачные услуги, строят гипермасштабные ЦОД, которым требуются резервное электроснабжение огромной мощности. Система резервного электропитания мощностью 250 кВт, которую инженеры Microsoft тестировали в течение 48 часов, должна масштабироваться до нескольких мегаватт. Именно в этом направлении движется исследовательский проект северного гиганта. Компания пытается закупить топливный элемент мощностью 3 МВт, чтобы испытать его в 2021.

Чтобы использование водородных топливных элементов оказалось экономически целесообразным в дата-центрах Microsoft, компания надеется стать частью более широкого движения за переход к «водородной экономике».

Космические агентства и нефтяная промышленность уже являются огромными потребителями водорода, и каждый день на улицы попадают новые автомобили с водородным двигателем. Планируются огромные проекты, которые могут превратить Австралию в экспортера водорода и трансформировать сеть распределения природного газа на севере Великобритании в водородный трубопровод. Японские власти также стимулируют соответствующие проекты. Аналогичная работа ведется другими странами.

И все же, учитывая огромную сложность задачи по трансформации всей энергетической сети и многочисленные неудачные попытки внедрения водородного топлива в прошлом, можно констатировать: инвестиции в подобные проекты сопряжены с серьезными рисками. Рынку пока не удалось достичь критической массы.

В Microsoft предвидит сценарии, в которых водородные топливные элементы корпорации глубоко интегрируются в инфраструктуру локальных сообществ. В частности, софтверный гигант рассматривает возможность интеграции ЦОД, оснащенных хранилищами водорода для целей резервного электроснабжения серверов, со станциями заправки транспортных средств.

Топливные элементы на водороде в дата-центрах также могут использоваться для перенаправления электричества в центральную распределительную сеть, чтобы удовлетворить спрос на электроэнергию в периоды пикового уровня нагрузки, позволяя корпорации снизить цифры в счетах за электричество.

Есть и более амбициозные проекты. В Microsoft рассматривают возможность выработки водорода рядом с ЦОД, соединяя топливные элементы с электролизерами и солнечными фермами / ветряными парками, чтобы избыточная электроэнергия из возобновляемых источников в течение дня могла быть превращена в водород для длительного хранения, а затем снова преобразована в электричество с помощью топливных элементов при необходимости.

Хотя водород сам по себе является экологически чистым инструментом хранения энергии, процесс его создания может быть менее экологичным. В настоящее время примерно 95 процентов водорода производится из ископаемого топлива, и данный процесс сопровождается выделением диоксида углерода и монооксида углерода в качестве побочных продуктов (часто сырьем выступает природный газ). Массовое внедрение электролиза, когда электричество из возобновляемых источников пропускается через воду для разделения атомов водорода и кислорода, поможет решить данную проблему.

Неопределенное будущее

Переход ЦОД с дизель-генераторов на водородные топливные элементы возможен лишь при наличии у субъектов различных отраслей, включая промышленные предприятия, желания присоединиться к «водородному движению».

Интересно, что сама корпорация Microsoft в минувшем июле присоединилась к возглавляемому бизнесом международному консорциуму Hydrogen Council, который продвигает водородные продукты и стандарты.

Тем не менее, даже Microsoft не готова идти «ва-банк» в нынешних условиях. По словам представителей корпорации, полномасштабный переход ЦОД на водородные топливные элементы состоится лишь в случае наличия всей необходимой вспомогательной инфраструктуры.