Компания Microsoft выходит на новый уровень обеспечения своих ЦОД «зелёной» электроэнергией. Как сообщает DataCenter Dynamics, дата-центр IT-гиганта в Бойдтоне (Вирджиния, США), будет получать до 100 % безуглеродной энергии в круглосуточном режиме — это нехарактерное условие современных соглашений о покупке энергии (PPA). Кампус в Бойдтоне обошёлся примерно в $500 млн и неоднократно расширялся. Этот проект иногда называют крупнейшей инвестицией в Южной Вирджинии.

Известно, что современная «безуглеродная» энергия далеко не всегда по-настоящему является таковой. Многие компании, приобретающие PPA, на деле питают свои ЦОД из самых разных источников. Фактически оговаривается только объём вырабатываемой безуглеродной энергии, но не место или время и иногда даже год её выработки. Так, Microsoft уже приобрела немало сертификатов PPA, чтобы компенсировать использование энергию, получаемую в том числе за счёт ископаемого топлива.

Источник изображения: Lee Lawson/unsplash.com

Теперь АЭС Constellation будут включены в «энергопакет» дата-центра в Бойдтоне, куда уже входят поставки энергии от ветрогенераторов и солнечных электростанций. АЭС позволит круглосуточно поставлять безуглеродную энергию в том объёме, который нужен. Нюанс в том, что у Constellation нет ни одной АЭС поблизости от ЦОД, так что фактически он будет получить энергию из локальных источников, а АЭС будет отдавать такой же объём своим клиентам. Для взаимозачёта используется специальная платформа, размещённая в облаке Microsoft Azure.

Впрочем, в США уже есть проекты ЦОД с питанием непосредственно от АЭС, а в России такой дата-центр работает уже несколько лет. Есть и планы по использованию малых ядерных реакторов, которые позволят размещать дата-центры где угодно, а не только в непосредственной близости от атомных электростанций.

Немецкая компания Intilion получила крупнейший в своей истории заказ от Power & Air Condition Solution Management GmbH (PASM), «дочки» немецкой телекоммуникационной компании Deutsche Telekom, на поставку систем хранения энергии (ESS) общей мощностью около 60 МВт·ч. Заказ должен быть выполнен до конца года, сообщил ресурс Datacenter Dynamics. В планах оператора — постройка энергохранилищ общей ёмкостью 300 МВт·ч.

По словам главы Intilion AG, компания не только получила самый крупный заказ на ESS от известного заказчика, но и успешно вышла на важный для неё рынок систем хранения энергии для телекоммуникационной отрасли и дата-центров. Intilion поставляет масштабируемые и интегрированные решения для хранения энергии, ориентированные на использование в системных и критически важных инфраструктурах, таких как коммерческие, промышленные и сетевые объекты. Ёмкость хранилищ Intilion Scalecube на основе Li-Ion аккумуляторов составляет от 70 кВт·ч до 100 МВт·ч.

Источник изображения: Intilion

В рамках контракта Intilion построит три крупномасштабных энергохранилища Scalecube для ЦОД Deutsche Telekom. Две из них ёмкостью около 26 МВт·ч будут установлены в Ганновере и Бамберге, а ещё одна (6 МВт·ч) — в Мюнстере. Компания планирует начать пробную эксплуатацию систем в III квартале 2023 года с переходом к работе в обычном режиме к концу года. Кроме того, PASM договорилась о сотрудничестве с норвежским поставщиком модульных решений для хранения энергии Pixii PowerShaper.

Компания Microsoft намерена распространить успешный опыт по интеграции энергохранилища дата-центра в Дублине с местными энергосетями на свои ЦОД во всём мире. Как сообщает DataCenter Dynamics, ещё в 2022 году свою эффективность доказала схема, объединяющая систему литий-ионных аккумуляторов (BESS) и интерактивные ИБП компании Eaton, которая позволяет делиться энергией с ирландской электросетью в случае необходимости. Подобные пилотные проекты уже реализуют многие операторы ЦОД вроде Google и Telia, а также операторы Deutsche Telecom и Elisa.

К 2030 году Ирландия намерена использовать в своих сетях не менее 70 % возобновляемой энергии, уже сейчас на долю ЦОД приходится порядка 10 % всего энергопотребления страны. По прогнозам экспертов, меньше, чем через 10 лет этот показатель вырастет до 30 %, что приведёт к замедлению роста рынка ЦОД в Ирландии и даже уходу некоторых игроков из-за внедрения новых правил. Применяемая Microsoft система уже сегодня особенно востребована именно здесь, где активное строительство ЦОД привело к нехватке энергетических мощностей.

Источник изображения: Jan Huber/unsplash.com

Такие «виртуальные электростанции» (Microsoft в этом деле помогала Enel X) могут эффективно использоваться в любой точке мира. Считается, что такое решение будет способствовать декарбонизации электросетей. Дело в том, что нестабильные поставки из возобновляемых источников увеличивают потребность в формировании именно аккумуляторных хранилищ. Кроме того, становится доступна и более эффективная и быстрая балансировка сетей — для передачи энергии на краткосрочный период аккумуляторные резервы намного эффективнее.

Пока неизвестно, сколько компания готова отдавать в ирландскую энергосеть. В дублинском кампусе ёмкостью 255 МВт Microsoft намерена построить дополнительные мощности — благодаря тому, что компания успела получить разрешение на строительство до введения в Дублине временных лимитов на создание ЦОД. Ожидается, что следующей на очереди станет Великобритания, где будет использовано аналогичное решение. Впрочем, есть и альтернативный подход — AWS приняла решение закупить более сотни дизель-генераторов для своих ирландских ЦОД.

Неопределённость на энергетическом рынке Европы вынуждает крупных потребителей электроэнергии задуматься о её бесперебойных поставках в случае форс-мажорных обстоятельств. Как сообщает DataCenter Dynamics, немецкий оператор Deutsche Telecom начал внедрять новые энергохранилища в рамках масштабного проекта общей ёмкостью 300 МВт·ч. Внедрение началось с головного офиса Deutsche Telecom в Мюнхене и дочерней компании Power & Air Solutions (1 МВт, 6 МВт·ч).

Руководство компании подчёркивает необходимость инвестиций в энергохранилища на фоне энергетических вызовов в Европе. В компании считают, что ключом к переходу на «зелёную» энергетику являются именно аккумуляторные энергохранилища, позволяющие пополнять запасы даже из нестабильных источников. Пока неизвестно, намерена ли Deutsche Telecom применять технологии только для энергоснабжения офисов или они будут использоваться и для критической инфраструктуры.

Pixii PowerShaper. Источник изображения: Pixii

Говорится об использовании модульного контейнерного оборудования PowerShaper компании Pixii. Каждый из модулей обеспечивает мощность до 50 кВт, но компания предлагает широкий спектр вариантов хранилищ мощностью от 10 кВт до 1 МВт. Подобные модульные решения способны применять или литий-железо-фосфатные (LiFePO₄, LFP), или литий-никель-марганец-кобальт-оксидные (LiNi_xMn_yCo_zO₂, Li-NMC) аккумуляторы. Известно, что системы АКБ общей ёмкостью в 300 МВт·ч планируется развернуть к 2030 году, а первые 60 МВт·ч будут развёрнуты уже до конца 2023 года.

По «зелёному» пути идут и другие европейские бизнесы родственного профиля. Так, финский телеком-оператор Elisa получил правительственный грант на создание «виртуальной электростанции», состоящей из разбросанных по стране энергохранилищ общей ёмкостью 150 МВт·ч и управляемых с помощью ИИ. А Omdia отмечает, что операторы ЦОД готовы интегрировать свои ИБП с энергосетями. Пилотные проекты такого рода есть, например, у Google, Microsoft и Telia.

Финский оператор мобильной связи и телекоммуникационных сервисов Elisa получит от государства €3,9 млн на создание распределённого энергохранилища (Distributed Energy Storage, DES) в своей сети. Как сообщает DataCenter Dynamics, в случае необходимости энергия будет передаваться и местным электросетям. Выделенный финскими властями грант позволит создать крупнейшую в Европе «виртуальную электростанцию», позволяющую рационально расходовать энергию и управлять энергохранилищами. По данным оператора, это крупнейший проект такого рода в Европе.

Финансирование осуществляется в рамках финской программы продвижения проектов, связанных с «зелёной» энергетикой — Recovery and Resilience Plan. Elisa уже протестировала новое решение на 200 базовых станциях. По данным компании, использование DES поможет снизить расходы на электричество. Система уже получила предварительное одобрение финского оператора электросетей Fingrid. Грант позволит создать виртуальное энергохранилище ёмкостью до 150 МВт·ч, что является крупнейшим европейским проектом в области систем хранения энергии, даже в сравнении с проектами централизованных хранилищ.

Фото: Jonathan Borba / Pexels

DES использует ИИ и машинное обучение, позволяющие оптимизировать использование электроэнергии базовыми станциями и эффективно управлять циклами заряда/разрядки аккумуляторов таким образом, что это позволит превратить резервные источники питания сети базовых станций в «виртуальную электростанцию», способную делиться энергией с операторами местных сетей электропередач в случае непредвиденного повышения нагрузки.

Новое решение обеспечит в некоторых случаях альтернативу ископаемому топливу и поможет электросетям, нуждающимся в дополнительных источниках возобновляемой энергии. Считается, что система не только повысит устойчивость сетей связи, но и поможет сэкономить на электричестве, а также будет способствовать достижению нулевых выбросов парниковых газов, поощряя наполнение энергохранилищ из возобновляемых источников.

Компания ZincFive, поставщик оборудования для резервного питания ЦОД, анонсировала системы второго поколения Battery Cabinet 2. В настоящее время эти решения, по словам компании, обеспечивают наилучшее в индустрии соотношение мощности к занимаемой площади, что в условиях роста плотности ЦОД является весьма важным показателем.

Источник: ZincFive

В сравнении с традиционными (свинцово-кислотными, гелевыми или никель-кадмиевыми) аккумуляторами никель-цинковые батареи имеют ряд преимуществ — в частности, более высокую энергоёмкость. При этом, в отличие от Li-ion аккумуляторов, батареи NiZn пожаробезопасны, достаточно экологичны и не содержат вредных для человека веществ. Как отдельно отмечает ZincFive, технологии, применяемые в её решениях, более дружественны к экологии, что подтверждается исследованием Boundless. Новые шкафы ZincFive BC2 полностью совместимы с UPS-системами мегаваттного класса.

Источник: ZincFive

Как отмечает производитель, Battery Cabinet 2 практически не нуждается в обслуживании. Новинки имеют ширину 21″ и ёмкость 37–39 КВт·ч (C/2 при +25 °C > 80 А·ч), максимальный ток разрядки 800 А. Новые шкафы прошли сейсмические тесты и могут применяться в ЦОД класса mission critical, в том числе, размещаемых в сейсмоопасных местах. Благодаря активной системе охлаждения BC2 можно использовать в широком диапазоне температур (номинально +20…+35 °C), а контроллер предоставляет полную информацию о состоянии системы.

Компания Rolls-Royce готовится представить экологически безопасные электрогенераторы, работающие на чистом водороде. Как сообщает DataCenter Dynamics, с 2024 года планируются поставки моделей мощностью 1 МВт, созданных на основе метановых генераторов, уже выпускаемых под брендом mtu. Rolls-Royce также разрабатывает топливные элементы для ЦОД. В перспективе предполагается использование только «зелёного» водорода, получаемого с помощью электролиза из воды за счёт энергии солнечных элементов и ветряных электростанций.

Известно, что пока речь идёт о штучном товаре — два генератора будут доставлены в январе 2024 года в Германию. Это доработка уже существующей модели, работающей на метане — mtu Series 4000 L64. Новый вариант предназначен для использования с чистым водородом. Важно, что метан и водород имеют большую разницу в физико-химических свойствах, поэтому для создания действительно надёжного водородного генератора Rolls-Royce пришлось серьёзно поработать. Ожидается, что от тестовой эксплуатации к «серьёзному» применению компания перейдёт в 2026 году, именно тогда новые решения станут доступны широкому кругу клиентов.

Источник изображения: mtu

Уже имеющиеся в эксплуатации газовые системы пока не могут работать на чистом водороде, поэтому потребовалась глубокая переработка технологий. Так, Rolls-Royce изменила систему впрыска топлива, систему управления поршнями и т.д. Акцент в тестах делался на стабильности работы и снижение вредных выбросов — доказано, что Rolls-Royce уже может использовать многие комплектующие, выпускаемые для генераторов mtu, причём новые тестовые версии двигателей для генераторов с запасом соответствуют строгим требованиям ЕС, а обработка выхлопов просто не нужна.

Производители с каждым годом наращивают производительность выпускаемых чипов, что, как утверждает Uptime Institute, может создать проблемы для многих устаревших центров обработки данных, не оборудованных соответствующим образом для работы с новыми системами с более высокой мощностью, передаёт The Register.

Серверные процессоры AMD EPYC Genoa, анонсированные в конце прошлого года, и процессоры Intel Xeon Sapphire Rapids, представленные ранее в этом месяце, являются самыми мощными и энергоёмкими чипами на сегодняшний день, обладая пиковым TDP до 400 Вт и 350 Вт соответственно и приближаясь по данному параметру к ускорителям. Более высокий показатель TDP является следствием повышения плотности размещения вычислительных мощностей. Сейчас двухсокетная 2U-система уже может разместить почти 200 ядер x86-64, тогда как пять лет назад для этого потребовалось бы несколько узлов.

Изображение: pixabay.com / Gam-Ol

Многие ЦОД попросту не рассчитаны на столь «горячие» системы высокой плотности. По словам Uptime Institute, тенденция к использованию систем с более высокой плотностью скоро достигнет точки, когда она начнёт менять существующие представления о проектировании ЦОД. Типичная серверная стойка имеет проектную мощность менее 10 кВт. Но для современных высокоплотных систем этого уже недостаточно. Uptime Institute отмечает, что ЦОД должны производить установку новых систем с запасом на 10–15 лет, учитывая долгосрочные потребности в электроэнергии и охлаждении. При этом, по оценкам Uptime Institute, в течение нескольких лет потребление 1U-места вырастет до примерно 1 кВт.

Кроме того, существует проблема отвода низкотемпературного тепла. За несколько лет желаемая температура шасси упала с 80–82 °C до 55 °C. «Это ключевая проблема: удаление больших объёмов низкотемпературного тепла сложно с точки зрения термодинамики, — отмечают аналитики. — Многие “устаревшие” объекты ограничены в своих возможностях обеспечить необходимый поток воздуха для охлаждения инфраструктуры с высокой плотностью размещения». Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) выпустило пересмотренные рекомендации по эксплуатации ЦОД, включая положения о выделенных низкотемпературных зонах.

Изображение: GRC

Для охлаждения новых систем используются различные решения, включая СЖО. Как отмечает Uptime Institute, по-прежнему существует проблема отсутствия стандартизации, «вызывая опасения по поводу привязки к поставщику и ограничений цепочки поставок для ключевых компонентов, а также ограниченного выбора конфигураций серверов». Пытаясь её решить, и Intel, и Open Compute Project (OCP) работают над эталонными проектами жидкостного охлаждения (в том числе иммерсионного), чтобы улучшить совместимость между оборудованием разных поставщиков. Вместе с тем Uptime Institute считает, что развитие технологий ЦОД также открывает новые возможности для операторов.

Аналитики Uptime Institute также ожидают, что стоимость электроэнергии будет расти и дальше. Существуют также нормативные и связанные с экологией препятствия. Ожидается, что Европейская комиссия примет новые правила в рамках Директивы по энергоэффективности, аналогичные принятым в США, которые будут стимулировать ЦОД к сокращению как потребления энергии, так и выбросов углерода. Этими правилами предполагается введение регулярной отчётности о потреблении энергии и выбросах углерода, что по мнению аналитиков Uptime, позволит повысить эффективность работы ЦОД.

Российская компания «Систэм Электрик» (Systeme Electric) анонсировала новое семейство стоечных блоков распределения питания Uniprom PDU, предназначенных для применения в дата-центрах. Представлены изделия серий Basic, Metered и Switched.

Устройства, как отмечается, обеспечивают надёжное распределение питания в монтажных шкафах. Семейство разработано с учётом особенностей российского рынка и с пониманием потребностей современных ЦОД. Новинки оснащаются стандартными разъёмами без функции фиксации штепселей кабелей питания.

Источник изображений: «Систэм Электрик»

Среди особенностей Uniprom PDU названы возможность каскадного подключения нескольких устройств к одному Ethernet-порту; поддержка опционального датчика температуры и влажности; контроллер с возможностью «горячей» замены; наличие базового набора интерфейсов и протоколов (SNMP v1/2/3, SMTP, HTTP(S)). Устройства заключены в компактный и прочный стальной корпус. Есть контрастный информационный дисплей с подсветкой. Количество фаз равно одной или трём, входной ток — 16 A или 32 A. Нагрузочная способность — 3700, 7400, 11 000, 22 000 ВА.

Изделия Uniprom PDU Metered дополнительно предоставляют возможность мониторинга энергопотребления. Уведомления о достижении установленных порогов позволят предотвратить потенциальные перегрузки цепей питания и их повреждение. Решения Uniprom PDU Switched подходят для организации распределения питания с возможностью мониторинга энергопотребления и управления электропитанием потребителей в монтажных шкафах.

Потребляющие немало энергии дата-центры уже неоднократно вызывали озабоченность властей всех стран и защитников природы — в основном они используют энергию, получаемую за счёт ископаемого топлива. Как сообщает The Register, в докладе Omdia эксперты предлагают рассмотреть в качестве альтернативы другим видам энергии т.н. малые модульные реакторы (ММР).

По данным МАГАТЭ, модульные реакторы способны вырабатывать от десятков до сотен мегаватт — это делает их вполне приемлемым выбором для ЦОД. Впрочем, в подобных решениях нет ничего нового, их десятилетиями используют ВМС многих стран. Впрочем, коммерческих проектов пока не так много. Например, в 2020 году в России введена в эксплуатацию плавучая атомная электростанция с двумя реакторами по 35 МВт.

Фото: Boudewijn Huysmans / Unsplash

Сколько реакторов может понадобиться дата-центру, оценить трудно, поскольку гиперскейлеры и облачные провайдеры не слишком охотно делятся данными о реальном энергопотреблении своих ЦОД. Эксперты полагают, что лучше всего мини-АЭС подойдут не для среднестатистических, а для больших кампусов ЦОД, особенно расположенных в регионах с ограниченным доступом к электроэнергии вроде Вирджинии и Ирландии, где нехватка энергии уже давно стала проблемой.

По мнению экспертов, оптимальным будет использование на объектах с энергопотреблением более 100 МВт, а избыточную мощность смогут покупать местные предприятия или коммунальные службы. С учётом данных о российской плавучей АЭС, можно предположить, что для ЦОД мощностью 125 МВт понадобится около 4 малых реакторов. Не исключено и использование т.н. «микрореакторов», способных служить альтернативой резервным дизель-генераторм или аккумуляторам.

Фото: Dan Meyers / Unsplash

Впрочем, ММР имеют важный недостаток — обычно они намного «грязнее» больших атомных электростанций. При этом атомная энергия не является возобновляемой и становится источником большого количества радиоактивных отходов. По последним данным, ММР генерируют в среднем в 35 раз больше таких отходов, чем крупные электростанции. Впрочем, по данным Omdia, малые реакторы требуют замены топлива только раз в 10 лет, а новые варианты, возможно, будут «перезаряжаться» раз в 30-40 лет.

Главным вопросом является экономическая целесообразность ММР. Пока трудно утверждать, насколько эффективны модульные реакторы в этом отношении. Стартап NuScale заявляет, что т.н. «нормированная стоимость» LCOE (рассчитанная с учётом всего жизненного цикла электростанции) её реакторов составит $40-65 МВт·ч. Для станций на природном газе и наземных ветряных электростанций этот показатель составляет $37/МВт·ч, для солнечной энергетики — $33 МВт·ч. При этом Microsoft, например, готова в той же Ирландии построить 170-Вт газовую электростанцию для питания своих ЦОД.

Фото: Thomas Kelley / Unsplash

Ожидается, что для ММР ситуация будет только улучшаться, поскольку в течение 20 лет стоимость ветряной энергии и энергии из ископаемых источников будет только расти. Тем не менее, начало реального коммерческого применения ММР в США не ожидается — даже по самым оптимистичным прогнозам — ранее 2030 года. Скорее всего, их начнут внедрять в течение 10-15 лет, впрочем, как и в других странах, занимающихся подобными разработками.