Гравитационная система хранения энергии в ЦОД

Можно ли накапливать излишки энергии, генерируемой внутри центра обработки данных, поднимая бетонные блоки, чтобы в последующем использовать накопленные энергоресурсы для нужд дата-центра? В данной статье рассматриваются перспективы использования гравитационной системы хранения энергии в ЦОД.

Нестандартное энергохранилище

Концепция гравитационного аккумулятора не нова. Еще во второй половине 17-го века появился первый в истории часовой шкаф, функционирующий за счет груза, который приводит в движение часовой механизм при падении.

Совсем недавно благодаря поддержке фонда SolarAid появился гаджет GravityLight, создатели которого использовали тот же принцип для разработки автономного источника освещения, нацеленного на жителей развивающихся стран. Наполните мешок камнями, поднимите его и отпустите. При падении мешок будет приводить в действие динамо-машину, создавая электричество для получения света.

Аналогичный принцип лежит в основе крупномасштабных гравитационных накопителей энергии, которые обычно перекачивают воду вверх по течению / в резервуар на возвышенности за счет излишков энергии, а затем при необходимости позволяют жидкости течь вниз под действием силы тяжести, попутно приводя в движение турбины гидроэлектростанции.

Если поблизости нет большого озера, можете использовать кран, чтобы поднять бетонный блок, а затем восстановить запасенную потенциальную энергию, позволив блоку упасть. Эта идея пока не получила широкого распространения. Но ситуация способна измениться уже в ближайшие годы.

По мере отказа отдельных городов, регионов и стран от загрязняющих окружающую среду углеводородных ископаемых энергоносителей увеличивается спрос на инструменты хранения излишков электричества, производимого возобновляемыми источниками энергии. Последние характеризуются прерывистостью в работе: солнечные батареи не генерируют электричество ночью, а ветряки не вращаются в штиль. Хранилище энергии помогает использовать накопленные излишки, когда эти возобновляемые энергоресурсы недоступны.

Сегодня несколько компаний реализуют пилотные проекты, направленные на тестирование гравитационных аккумуляторов. В число преимуществ, на которые указывают авторы соответствующих проектов, входит гораздо меньшая занимаемая площадь по сравнению с гидроаккумуляторами. Дополнительным бонусом является отсутствие необходимости в поиске холмистой местности для размещения системы хранения энергии.

Гигантское швейцарское лего

Самый впечатляющий гравитационный аккумулятор среди ныне существующих – это 110-метровая система кранов Energy Vault в швейцарском городе Тичино. Система поднимает и фиксирует 35-тонные блоки, чтобы хранить в общей сложности 35 МВт*ч электроэнергии.

Используемые системой блоки более экологичны, чем обычный железобетон: они сделаны из почвы, песка и отходов местного происхождения, включая продукты производства ископаемого топлива (остатки сжигания угля) и выведенные из эксплуатации компоненты энергетических установок (лопасти ветряков). Прочность блокам придает специальный полимер.

Механизм сложнее, чем может показаться на первый взгляд: блоки должны ускоряться, а затем замедляться, прежде чем они приземлятся. Кран Energy Vault имеет шесть стрел, поэтому один блок может ускоряться, а другой замедляться.

В Шотландии компания Gravitricity работает над прототипом системы мощностью 250 кВт с использованием 50-тонных блоков. Но в будущем ее инженеры планируют создать гораздо более масштабную установку, поднимающую и опускающую 5000-тонные грузы в заброшенных шахтных стволах.

В российском технопарке «Сколково» компания Энергозапас за счет средств в 1 миллиард рублей (13 миллионов долларов) построила прототип системы хранения приподнятого груза, которая представляет собой набор лифтов, перемещающих контейнеры со сжатым грунтом вверх и вниз.

Система имеет высоту 80 метров при емкости в 2,5 МВт*ч. Если концепция окажется востребованной, компания надеется к 2025 году построить установку высотой 300 м, вмещающую 1 ГВт*ч электроэнергии и позволяющую быстро разряжать аккумуляторы.

Стартап Lift Renewable Energy предлагает использовать плавучие наполненные газом баллоны, удерживаемые на дне океана с помощью лебедки, которая позволяет им подниматься, когда требуется электроэнергия. Представители стартапа заявляют, что данная технология позволяет хранить по несколько ГВт*ч электроэнергии и экономит ценное наземное пространство, поскольку не нужно использовать сушу. Причем большая часть населения мира находится достаточно близко к морям / океанам, чтобы получать выгоду от подобных установок.

А как насчет центров обработки данных?

Ни один из описанных выше проектов не нацелен на центры обработки данных, но, учитывая важность индустрии ЦОД для мирового сообщества и быстрый рост сектора, появление очередной серверной фермы рядом с местом испытания гравитационного аккумулятора — лишь вопрос времени.

А в 2020 году канадское архитектурное бюро WZMH фактически предложило проектировщикам и строителям ЦОД возможность создать собственную лифтовую систему и использовать бетонные блоки для накопления энергии, теряемой при тестировании генераторов.

Дизельные генераторы, активно применяемые в современных ЦОД, предназначены для резервного электроснабжения критически важного оборудования в дата-центрах, а также на других объектах (например, в больницах). Как правило, они запускаются каждый месяц для тестирования. В WZMH отмечают, что вырабатываемая в ходе тестов электроэнергия, как правило, тратится впустую. С помощью Университета Райерсона в Торонто компания WZMH разработала систему, использующую эту энергию для подъема бетонных блоков лифтами.

Идея состоит в том, чтобы поднять бетонный блок во время испытания генератора, а затем, когда блок упадет, использовать вырабатываемую энергию для зарядки аккумуляторов, которые могут обеспечивать экологически чистым электричеством прилегающие здания.

В WZMH заявляют, что данная концепция, появившаяся благодаря исследовательскому проекту, обладает большими шансами стать основой для коммерческого продукта. Но некоторые эксперты по электропитанию центров обработки данных не разделяют подобную уверенность по ряду причин.

Во-первых, в ходе тестов генераторы редко выходят на полную мощность. Во-вторых, WZMH предлагает использовать батареи для хранения энергии, вырабатываемой при падении поднятого блока. Зачем вообще поднимать блок, если эту энергию можно было бы направить прямо в ИБП?

В стандартных дата-центрах, как правило, уже имеются помещения, наполненные стандартными электролитными батареями и находящиеся прямо рядом с генераторами. Если при тестировании генераторов действительно вырабатывается излишнее электричество, то его, несомненно, можно использовать для зарядки батарей.

Однако у гравитационного аккумулятора есть определенные достоинства, и сбрасывать технологию со счетов точно не стоит. Подобная система вполне могла бы стать частью механизма рекуперации тепловой энергии, генерируемой серверами, и применяться в ЦОД, оснащенных собственными мини-ВЭС и солнечными фермами.