Развертывание микро-ЦОД на солнечных батареях: опыт Edge Centres

Сеть периферийных / краевых серверных ферм, способных функционировать автономно благодаря солнечным батареям, прямо сейчас обретает очертания в Австралии. Стартап Edge Centers стремится преодолеть цифровой разрыв между развитыми прибрежными районами «Зеленого континента» и районами с низкой плотностью населения вдали от побережья с помощью ЦОД нового типа.

Представители компании отмечают, что благодаря наличию всех необходимых компонентов развертывание сети мобильных ЦОД на базе 40-футовых транспортных контейнеров осуществляется крайне быстро.

Неравномерное распределение цифровой инфраструктуры

Подобно России, Казахстану и ряду иных государств с низкой плотностью населения современная Австралия характеризуется достаточно неравномерным распределением цифровой инфраструктуры.

В частности, большая часть сетевой инфраструктуры сконцентрирована на окраинах континента: в прибрежных зонах, занимаемых крупными городами. Как следствие, затраты на подключение к сети и стоимость интернет-услуг растут по мере продвижения вглубь континента.

Решение проблемы, по мнению команды Edge Centers, кроется в использовании периферийных дата-центров. Компания строит ЦОД и прокладывает оптоволоконную инфраструктуру, чтобы сформировать «совершенно новый цифровой позвоночник, проходящий через Австралию».

«Позвоночник», создание которого ведется прямо сейчас, будет идти с севера на юг, охватывая удаленные от побережья части ряда восточных штатов, включая следующие: Виктория, Новый Южный Уэльс и Квинсленд.

В Австралии сейчас активно ведется строительство гипермасштабных дата-центров. После нескольких лет создания инфраструктуры в Сиднее крупные облачные провайдеры, включая AWS, Google Cloud, Microsoft Azure и Oracle Cloud, теперь заняты борьбой за рынок Мельбурна.

У данных компаний пока мало стимулов заниматься развертыванием крупных дата-центров в районах с низкой плотностью населения, но в будущем они могут счесть полезным расширение своих платформ за пределы мегаполисов, используя инфраструктуру ЦОД, построенную кем-то другим. Команда Edge Centers надеется использовать данную возможность для увеличения доходов.

Солнечная энергия и генераторы

По словам представителей Edge Centers, восемь из одиннадцати участков оптоволоконной сети, запланированных на этот год, завершены. Стартап планирует построить еще семь в следующем году. Данная работа позволит довести общую протяженность оптоволоконной сети до 1600 км. Вдоль сети стартап строит 16 периферийных дата-центров, работающих на солнечной энергии.

В отличие от владельцев гипермасштабных ЦОД, которые из-за технологических и иных ограничений испытывают трудности при организации электроснабжения вычислительных мощностей с использованием локальных возобновляемых источников энергии, стартап Edge Centers снабжает каждый мини-дата-центр собственными солнечными панелями. Для установки генерирующих мощностей на базе солнечных батарей в достаточном количестве (150 кВт) инженерам компании требуется участок площадью около 1 акра (0,4 гектара).

IT-нагрузка получает электропитание от аккумуляторов, способных заряжаться либо от солнечных батарей, либо от центральной электросети. Рядом с мини-ЦОД дополнительно развертываются генераторы для резервного электропитания на случай выхода из строя всего остального. Предусмотрены два резервных источника поддержки работоспособности IT-нагрузки (A и B), и каждый канал обладает собственным набором из четырех компонентов: аккумулятор, солнечные батареи, центральная электросеть, генераторные установки.

Охлаждаемый системой охлаждения с прямым расширением с использованием внешнего воздуха, контейнер способен поддерживать IT-нагрузку общей мощностью 100 кВт (4 кВт на стойку, согласно веб-сайту Edge Centers) и стоит около 1 миллиона долларов, учитывая развертывание прилегающей оптоволоконной инфраструктуры, на долю которой может приходиться до четверти миллиона долларов расходов.

Поиск оптимального аккумулятора

Одним из важнейших решений при проектировании периферийных дата-центров оказался выбор типа используемых аккумуляторных батарей. Требовалась технология, способная обеспечить оптимальный баланс плотности энергии, разрядной емкости, долговечности, масштабируемости и стоимости. Команда стартапа рассмотрела несколько вариантов, прежде чем остановиться на литиево-железо-фосфатной батарее (LiFePo).

Еще одна батарея, которая соответствовала потребностям австралийцев, но не бюджету, изготавливается с использованием переработанных литий-ионных аккумуляторов электромобиля Nissan Leaf. Другим вариантом, импонировавшим инженерам ввиду масштабируемости и долговечности, оказался ванадиевый проточный аккумулятор (или ванадиевый окислительно-восстановительный аккумулятор). Увы, переработанные литий-ионные аккумуляторы стоят 400 долларов за киловатт, а ванадиевые проточные — 500 долларов за киловатт. Ценовое сравнение заставило австралийских инженеров остановить выбор на LiFePo, поскольку соответствующий продукт стоит 150 долларов за киловатт.

Признавая возможность появления более интересных решений в будущем, команда отмечает, что батарея LiFePo – прямо сейчас лучший выбор для их целей. Ключевая проблема батарей данного типа заключается в неопределенности относительно того, сокращает ли их срок службы постоянная зарядка и разрядка при эксплуатации в ЦОД. Никто раньше не использовал их таким образом. Стартап решил пойти на риск, и пока инженеры, наблюдая за циклами зарядки-разрядки, отмечают, что аккумуляторы в порядке, рассчитывая получить лучшее представление о долговечности батарей через два или три года.

Наблюдения за облаками

Объем новой информации о батареях, полученной инженерами и руководством компании за месяцы работы над проектом, уступает разве что количеству новых фактов, касающихся поведения облаков, которые узнали специалисты. Поведение облаков является крайне важной переменной, учитывая зависимость мини-ЦОД австралийцев от локальных гелиоэлектростанций.

Используя API, система управления инфраструктурой австралийцев автоматически решает, когда заряжать батареи от солнечной энергии, а когда — от электросети. Для принятия соответствующих решений система полагается на высокоточные данные метеорологической службы, прогнозирующей облачный покров на следующий день.

Система ежедневно в 18:00 по местному времени проверяет, заряжены ли аккумуляторы на 100 процентов. Если батареи полностью / частично разряжены, система проверяет, какими будут облака на следующий день. Если облачный покров будет меньше 30 процентов, солнечной энергии будет достаточно для поддержания заряда батарей в течение дня. Если прогнозируемая плотность облачного покрова составляет более 70 процентов, система заряжает батареи за счет электросети.

К наступлению полночи каждая батарея должна быть полностью заряжена — так или иначе. Зарядка аккумуляторов в одном пограничном дата-центре от центральной сети занимает всего один час, чего достаточно для 24-часовой автономной работы. После полной зарядки ЦОД снова переключается на электропитание от аккумулятора. Таким образом, в наихудшем случае (если погода крайне плохая) электричество из центральной сети используется всего один час в день.

Скорость развертывания

Скорость проектирования и создания мини-дата-центров поражает. Компания начала бизнес в феврале 2021 года, и уже к апрелю заработала первая площадка в Графтоне. Представители стартапа отмечают, что одной из причин успеха частично является инженерное мастерство команды Edge Center, вторая причина — доступность всех ключевых компонентов. Без удачи, конечно же, также не обошлось.

Как подчеркивают инженеры компании, в сфере гелиоэнергетических технологий удалось достигнуть большого прогресса. Критически важные инверторы, не только преобразующие постоянный ток в переменный и обратно, но действующие как «мозги», управляющие системой, стали очень продвинутыми . Устройства поставляются в комплекте с фирменными приложением, поддерживающими веб-интерфейс и API.

Да, Edge Centers удалось разработать жизнеспособную конструкцию с использованием готовых компонентов, доступных сегодня, но будущие итерации мини-ЦОД, вероятно, будут другими, поскольку на рынке, скорее всего, появится новое более эффективное оборудование, предлагаемое по более привлекательной цене.