В начале января 2023 года 5 тыс. студенты Дублинского технологического университета вернулись после зимних каникул в холодный пригородный кампус своего ВУЗа в Таллахте. В это время года температура воздуха вне помещений в столице Ирландии часто падает почти до нуля. Неудивительно, что учащиеся спешили пройти через вращающуюся дверь и попасть в главное здание ВУЗа.
Мало кто из них, вероятно, осознавал, что воздух, приветствовавший студентов, нагрел не традиционный газовый или электрический котел, как в большинстве других зданий Дублина. Вместо этого для нагрева воздуха использовались излишки тепла из большого похожего на ангар / склад здания в километре дальше по дороге, где горячие серверы хранят терабайты информации об онлайн-покупках. Речь о центре обработки данных корпорации Amazon.
Университет вместе с соседним зданием Совета округа Южный Дублин стали первыми пользователями новой системы централизованного теплоснабжения, введенной в эксплуатацию в середине декабря 2022 года.
Когда серверы в дата-центрах обрабатывают информацию, они выделяют избыточное тепло, которое обычно попадает в атмосферу, не принося пользы. Вместо этого новая городская система отопления, развернутая по инициативе Amazon и при поддержке местной энергетической компании Codema, позволяет более рационально использовать ценный ресурс, передавая излишки этого тепла для повторного использования в здания по соседству.
По сути, это готовая замена газовым котлам в старых зданиях. Они работают при одинаковых температурах, поэтому не требуется масштабная модернизация или изменение размеров радиаторов.
Как это работает?
Чем больше дата-центр, тем больше тепла выделяется серверами. На кампусе ЦОД Amazon в Таллахте это тепло передается от серверов в систему обработки воздуха, где его охлаждают змеевики с холодной водой. Вода, температура которой после прохождения через змеевики поднимается примерно до 25 градусов по Цельсию (77 градусов по Фаренгейту), затем проходит по трубе в теплоузел рядом со зданием ЦОД.
Там несколько тепловых насосов подогревают жидкость до тех пор, пока ее температура не поднимется до 85 градусов по Цельсию (185 градусов по Фаренгейту) или 70 градусов по Цельсию / 158 градусов по Фаренгейту в теплую погоду. Затем система перекачивает эту обжигающую горячую воду по трубам к месту назначения, где она поступает в собственные системы отопления зданий-потребителей.
Поскольку вода должна быть доставлена по трубопроводу к месту назначения, оставаясь горячей во время транспортировки, наилучшие условия для реализации этой концепции возникают в районах с высокой плотностью теплопотребителей. С научной точки зрения это означает не менее 120 тераджоулей на квадратный километр. Еще одним важным фактором выступает наличие собственной системы централизованного теплоснабжения. Хотя такую систему при необходимости можно создать “с нуля”.
Чтобы найти подходящую локацию, команда Codema создала цифровую карту спроса на теплоснабжение. Район Таллахт, характеризующийся наличием густых каменных джунглей из жилых комплексов и общественных учреждений, включая две больницы, идеально подходил для этой цели.
Ожидаемый позитивный эффект
Специалисты подсчитали, что описанный выше проект позволит ежегодно сокращать выбросы CO2 на 1400 тонн, что соответствует уменьшению углеродного следа примерно на 60 процентов по сравнению с предыдущей системой отопления на базе индивидуальных котлов в отдельных зданиях.
Ожидается, что после полного ввода в эксплуатацию новая система будет обогревать 47 тыс. квадратных метров местных общественных зданий, 3 тыс. квадратных метров коммерческих зданий и 135 квартир. Несколько местных застройщиков, планирующих возведение жилья, также проявили интерес к проекту.
Аналоги по всему миру
Проект Amazon в пригороде Дублина – одна из растущего числа инициатив по использованию в системах централизованного теплоснабжения излишков тепловой энергии из центров обработки данных, на долю которых приходится от 1% до 1,5% мирового электропотребления.
В корпорации Meta утверждают, что ее центр обработки данных в Оденсе, Дания, поставляет достаточно горячей воды для обогрева 6.9 тыс. местных домохозяйств. Головной офис Amazon в Сиэтле использует излишки тепла из центра обработки данных корпорации в здании Westin Building Exchange с 2019 года.
В марте 2022 года Microsoft и финская энергетическая компания Fortum объявили, что они разрабатывают, пожалуй, самый амбициозный проект среди подобных. Партнеры анонсировали систему, которая будет обеспечивать теплом 100 тыс. жителей Хельсинки, позволяя ежегодно избегать попадания в атмосферу 400 тыс. тонн CO2.
Такие системы становятся все более популярными, поскольку генерируемое серверами тепло все чаще рассматривается как возобновляемый источник энергии. В рамках подобных проектов повторно используется то, что в настоящее время выбрасывается, поэтому это не оказывает дополнительного негативного воздействия на климат.
Взаимная выгода
Корпорация Amazon бесплатно передает лишнее тепло из своего дата-центра в Таллахте в систему централизованного теплоснабжения. Взамен гигант электронной коммерции получает скидку на электроэнергию, необходимую системе охлаждения ЦОД.
Местные организации и жители Таллахта, одного из самых бедных районов Дублина, могут получить доступ к теплу на 10–15 процентов дешевле, чем при использовании альтернативных вариантов. К 2050 году, по словам представителей компании Codema, 87 процентов зданий в пригороде Дублина можно будет подключить к аналогичным системам централизованного теплоснабжения.
Не только ЦОД может передавать излишки тепла соседям
Системы централизованного теплоснабжения могут принимать излишки тепловой энергии и от объектов, отличных от центров обработки данных. Датская энергетическая компания Danfoss установила свои рекуперационные установки в 165 супермаркетах по всей Европе, большинство из которых находится в Дании.
Эти установки улавливают тепло, выделяемое холодильниками супермаркетов, и направляют его обратно в собственные системы отопления магазинов. Компания также продает рекуперированное тепло местным коммунальщикам для использования в системах обогрева домов, спортивных залов и бассейнов.
Сеть супермаркетов Meny, являющаяся одним из клиентов Danfoss, сократила сумму в счете за электроэнергию в одном из своих магазинов на 90 процентов благодаря этой технологии. Как отметил менеджер магазина, никто из 55 сотрудников ничего не заметил: горячая вода, необходимая для уборки и эксплуатации туалетов, и тепло, которое требуются круглый год, поступают в прежнем количестве.
Согласно исследованию, опубликованному в 2019 году, теоретический годовой потенциал мощности систем рекуперации тепла при развертывании по всей Европе составляет 925 тераватт*часов. Этого количества достаточно для покрытия энергетических потребностей средней европейской страны на год.
Но значительный размер первоначальных инвестиций в создание необходимых систем отпугивает многие компании. Инвесторам может потребоваться два года или больше, чтобы вернуть свои деньги, что слишком долго для большинства из них.
Однако дестабилизация ситуации в Восточной Европе и энергетический кризис могут все изменить, заставляя компании “закрывать глаза” на длительный период возврата инвестиций. Рост цен на энергоносители вызывает в Старом свете повышенный интерес к системам централизованного теплоснабжения, которые стали более конкурентоспособными по стоимости. А при развертывании таких систем внимание также уделяется механизмам рекуперации излишков тепла, генерируемого уже существующими объектами по соседству.
Но есть и другие препятствия. Лишнее тепло, поступающее из тех же центров обработки данных, включая кампус Amazon в Таллахте, не такое уж и горячее. Это снижает эффективность системы в целом, поскольку для подогрева воды, чтобы передать ее в систему централизованного теплоснабжения и доставить конечным потребителям, требуется дополнительная энергия.
Но, несмотря на осторожность инвесторов и технические сложности, интерес к системам рекуперации тепла растет. Команда Codema обнаружила 529 потенциальных теплоисточников вокруг Дублина, используя свою тепловую карту. К ним относятся электростанции, холодильные склады и даже электрические трансформаторы.
Одна из новых систем централизованного теплоснабжения Дублина будет улавливать тепло мусоросжигательного завода на полуострове Пулбег, вдающемся в Дублинский залив. Завод сжигает отходы для производства электроэнергии с помощью турбин, для работы которых требуется охлаждающий механизм. Для сбора излишков тепла инженеры планируют использовать тот же метод, что и в дата-центре Amazon в Таллахте. Однако эта система будет намного больше. Ожидается, что проект позволит обогреть 40 тыс. домохозяйств в Дублине.
