Водородная экономика и дата-центры будущего: опыт Bloom Energy

На фоне быстрого исчерпания ископаемого топлива, являющегося ограниченным ресурсом, на первый план выходит поиск альтернатив. Большинство возобновляемых источников энергии очень непостоянны: ветряки не работают в штиль, а солнечные батареи – ночью. Системы хранения излишков электроэнергии, вырабатываемой ВЭС и СЭС для последующего использования в часы пик слишком дорогие и неэффективные при эксплуатации в течение длительных периодов времени.

Многие считают, что ответ кроется в самом распространенном элементе во Вселенной: водороде. Если точнее, в «зеленом» водороде, изготавливаемом в промышленных масштабах методом электролиза с помощью возобновляемых источников энергии.

Преимущества применения водорода в ЦОД

В дата-центрах водород можно использовать в качестве безуглеродного топлива для надежного производства электроэнергии непосредственно на месте размещения серверной фермы, минимизируя потери электричества при передаче по ЛЭП.

Использование топливных элементов в сочетании с водородом позволяет дата-центрам контролировать цели по снижению углеродного следа, одновременно повышая общую надежность инфраструктуры энергоснабжения и обеспечивая предсказуемость энергозатрат.

Размышляя об идеальном дата-центре будущего, многие эксперты часто акцентируют внимание на беспрецедентном уровне надежности, нулевом углеродном следе, предсказуемых и низких затратах. Водород доказывает, что он может удовлетворить все три потребности.

Технологии изготовления «зеленого» водорода и перспективы водородной экономики

Среди всех технологий изготовления электролизеров твердооксидная платформа широко известна своим потенциалом для производства «зеленого» водорода с наименьшими затратами – особенно в сравнении с PEM-электролизерами (протонообменная мембрана) и щелочными электролизерами.

По словам экспертов Национального исследовательского центра топливных элементов при Калифорнийском университете в Ирвине (США), это во многом связано с превосходной эффективностью и масштабируемостью твердооксидных электролизеров, а также с их быстро снижающейся стоимостью.

К настоящему моменту 66 стран, рассредоточенных по разным континентам, приняли обязательства по достижению нулевого уровня выбросов в ближайшие десятилетия. Данное обстоятельство подогревает интерес к «зеленому» водороду.

Евросоюз уже обязался построить множество электролизеров совокупной мощностью 40 ГВт в этом десятилетии. Ориентировочная стоимость проекта составляет 24 миллиарда евро. Еврочиновники рассматривают возможность импорта дополнительного «зеленого» водорода из таких стран как Марокко, которые выигрывают от более низких затрат на производство H2 в силу более высокой инсоляции и, соответственно, широких возможностей для строительства гелиоэлектростанций, вырабатываемое которыми электричество может использоваться электролизерами.

Правительства за пределами ЕС также все больше осознают потребность в использовании систем производства водорода в качестве дополнения к возобновляемым источникам энергии, позволяющего устранить их главные недостатки, обусловленные прерывистой работой.

На другом конце света данная идея также получает все более широкое распространение. Принятие нового «Зеленого курса» в Южной Корее привело к тому, что к 2030 году страна обязалась построить 200 тыс. автомобилей с водородным двигателем, а также 450 водородных заправочных станций. В США администрация Байдена борется за то, чтобы сделать водород ключевым элементом в борьбе с изменением климата.

Скорость расширения водородного рынка продолжает расти: за последние 18 месяцев во всем мире произошло 20-кратное увеличение числа объявленных проектов в данной сфере. Может ли «зеленый» водород, наконец, стать Святым Граалем, которого мы так долго ждали?

Преимущество твердооксидной технологии

Сочетая преимущества масштабируемости и гибкости с более высокой эффективностью производства благодаря цепочке поставок, основанной на легкодоступных материалах, компания Bloom Energy зарекомендовала себя как мировой лидер в области твердооксидной технологии благодаря энергоустановке Bloom Energy Server, развертываемой в дата-центрах, больницах, торговых центрах и даже на объектах коммунальной инфраструктуры.

Используя 15-летний опыт и расширенную твердооксидную платформу в сочетании с мощной интеллектуальной собственностью в области водородной энергетики (включая 19 патентов), Bloom Energy может создавать уникальные дифференцированные решения для производства водорода и электроэнергии.

Путь компании к лидирующим позициям на рынке начался более 2 десятилетий назад, когда ее основатели предложили использовать твердооксидную технологию при подготовке миссии НАСА на Марс. Готовое к полету оборудование предназначалось для производства кислорода и водорода за счет солнечной энергии.

Данная технология позже легла в основу платформы Bloom Energy Server, демонстрационный образец которой, представленный в 2005 году, производил как водород, так и электроэнергию. В то время не было достаточного рынка для сбыта водорода, поэтому продукты Bloom Energy сначала перерабатывали произведенный водород обратно в систему, чтобы повысить эффективность и сократить выбросы. В этом режиме многие решения Bloom Energy работают до сих пор. Тем не менее, быстрое развитие водородной экономики способствует появлению более гибких решений.

Твердооксидная технология предлагает множество конкурентных преимуществ в различных сценариях производства водорода. Например, при использовании избыточного электричества из возобновляемых источников энергии или интеграции с крупными источниками пара, вырабатываемого в ходе промышленных процессов / поступающего из ядерных реакторов.

Такая гибкость может открыть двери для нескольких способов конечного потребления вырабатываемого водорода, которые ранее считались нерациональными, включая производство стали и химикатов, дальние перевозки и оптовую торговлю электроэнергией.

Приходится «копать глубже»

Водород не является легкодоступным веществом на Земле. Для его производства требуется первичный источник энергии. Традиционный способ производства H2 предполагает использование ископаемого топлива.

Однако «зеленый» водород можно производить с помощью электролиза, при котором используется электричество с нулевым углеродным следом (из возобновляемых источников энергии) для разделения воды на молекулярном уровне на водород и кислород с помощью устройства, называемого электролизером.

Поскольку стоимость электроэнергии может составлять до 80 процентов от общей стоимости производства водорода, максимальное повышение эффективности является ключом к насыщению мирового рынка доступным «зеленым» водородом.

Извлечение излишков тепла

Количество электрической энергии, необходимой для производства водорода, изменяется в зависимости от температуры воды, поступающей в установку. Твердооксидная технология позволяет использовать пар в качестве исходного сырья, что создает критически важное конкурентное преимущество, когда речь идет об экономичном производстве водорода.

Компания Bloom Energy располагает многолетним опытом создания и оптимизации коммерческих высокотемпературных твердооксидных систем, которые конструируются с прицелом на минимизацию потерь тепла.

Установки Bloom Energy работают при высоких температурах (от 700 до 850°C), используя твердооксидные электролизеры (SOEC) в качестве катализатора реакции. Тепло служит вторичным источником энергии, помогая достижению цели и значительно снижая потребность в электроэнергии, а также связанные с этим затраты.

В отличие от PEM и щелочных электролизеров, которые в основном используют электричество и воду для производства водорода, электролизеры Bloom Energy могут заменить большую часть электричества паром.

Водород выходит на мировой уровень

Поскольку многие правительства уже представили четкие цели в области инвестиций в производства водорода, схемы субсидирования и нормативно-правовую базу, становится ясно, что перспективы «зеленого» водорода являются весьма «радужными».

Многие компании вроде Bloom Energy усердно работают, чтобы сделать водород жизнеспособным и доступным активом, повышая конкурентоспособность соответствующей технологии в стоимостном плане. В конце концов, доступ к обильной, чистой и надежной электроэнергии должен быть предоставлен всем, а не только обладателям самых «тугих» кошельков. И индустрия ЦОД не является исключением.