По мере роста энергопотребления ЦОД развиваются и решения, способные компенсировать ущерб окружающей среде. Network World сообщает, что компании Hewlett Packard Enterprise (HPE) и датская Danfoss запустили серию усовершенствованных модульных дата-центров, позволяющих использовать тепло, генерируемое в процессе их работы, в любых целях. За основу была взята система утилизации «мусорного» тепла, применяемая в штаб-квартире Danfoss в Дании.

По данным Международного энергетического агентства (IEA), к 2026 году ИИ-индустрия будет потреблять на порядок больше электроэнергии, чем в 2023 году. Дата-центры всегда вырабатывали много тепла, причём по мере роста вычислительных мощностей растёт и отдача тепловой энергии. Поэтому HPE и датская инжиниринговая компания Danfoss создали готовое решение в рамках HPE IT Sustainability Services — модульную систему Data Center Heat Recovery.

Решение включает модульный дата-центр HPE (Modular Data Center) — компактный контейнер с высокой плотностью размещения оборудования с прямым жидкостным охлаждением, который, как заявляют в HPE, может быть развёрнут практически везде и позволит снизить общее потребление энергии на 20 %. Danfoss же предоставила модули отбора тепла для его передачи ближайшим зданиям и промышленным объектам. Безмасляные компрессоры Turbocor повышают эффективность систем охлаждения ЦОД при оптимистичном сценарии на целых 30 %.

Источник изображения: Danfoss

Выгода для пользователей очевидна, говорят компании, поскольку захваченное тепло позволяет не генерировать его специально. В HPE даже предложили измерять сэкономленное тепло в «негаваттах», т.к. затраты на его генерацию в данном случае отрицательны. С учётом огромных объёмов потребляемого ЦОД электричества, экономия 30 % энергии может стать существенной.

Впрочем, технология имеет определённые ограничения и пригодится не всем. Если обогревать окружающие здания нет необходимости, то никакой экономии энергии и не будет. Подобные технологии уже активно применяют как в Северной Америке, так и в Европе и других регионах. Особенно эффективны они в странах с прохладным климатом. Впрочем, такие системы пока довольно дороги, а иногда и вовсе не имеют смысла по целому ряду причин, в том числе экономических.

Оператор ЦОД Equinix запускает программу передачи тепла сети дата-центров IBX в системы центрального отопления и сейчас находится в поисках партнёров, готовых принять это тепло. По данным Datacenter Dynamics, компания предлагает принять участие в проекте властям муниципалитетов, энергетическим компаниям и также операторам теплосетей в рамках программы Equinix Heat Export.

Как заявляют в Equinix, практически полезную передачу тепла возможно организовать только при сотрудничестве с операторами инфраструктуры, поставщиками энергии и местными властями — всё во имя блага людей и планеты, говорит компания. Впрочем, истинной причиной появления столь масштабной программы являются скорее законодательные инициативы в области экологии и устойчивого развития. К тому же ЦОД сейчас становятся всё более энергоёмкими и горячими из-за активного внедрения ИИ. Equinix заявила, что уже реализовала некоторые схожие проекты в области отопления во Франции, Финляндии, Германии, Ирландии, Швейцарии и Канаде.

Источник изображения: Equinix

Уже в следующем месяце Equinix начнёт экспортировать тепло из парижского ЦОД PA10, которое, в частности, направят в Олимпийский водный центр. В Канаде (Торонто) тепло ЦОД TR5 распределяется между многочисленными жилыми зданиями, а также ближайшей гостиницей, университетом и местным торговым центром. Кроме того, круглый год ЦОД обеспечивает многочисленные здания горячей водой при посредничестве партнёра Markham District Energy.

Системы рекуперации и утилизации избыточного тепла применяют atNorth, Google, Apple, Microsoft, Green Mountain, Amazon, JD.com, VodafoneZiggo, Penta Infra, nLighten, Digital Realty, Stack, Elisa и другие бизнесы, прямо или косвенно относящиеся к рынку дата-центров. Например, всё чаще тепло ЦОД используется для обогрева бассейнов, бань и даже аквапарков.

По данным Bloomberg, Google намерена потратить на расширение основного дата-центра в Финляндии €1 млрд ($1,1 млрд) — преимуществом ЦОД является его лёгкий доступ к «зелёной» энергии. Расширение позволит на четверть увеличить штат, наняв ещё 500 человек в этом и следующем годах.

ЦОД расположен в городе Хамина на южном побережье Финляндии. В регионе хорошо налажены поставки возобновляемой энергии, что вполне соответствует цели компании по полному переходу офисов и дата-центров на «зелёную» энергетику до конца текущего десятилетия.

IT-гигант развивает и сотрудничество с местной коммунальной компанией — тепло от работы ЦОД будет передаваться в местную систему отопления. Технология районного центрального отопления весьма популярна в этой части севера Европы. Если проект успешно реализуют, это будет способствовать и будущим инвестициям. По словам представителя Google, со временем новые площадки, возможно, будут строиться в местах, где легче использовать «мусорное» тепло дата-центров. В ходе пилотного проекта тепло коммунальной компании Haminan Energia Oy будет поставляться бесплатно.

Источник изображения: rivage/unsplash.com

Google — не первая технологическая компания, предлагающая тепло своих ЦОД местным поставщикам тепла в северных широтах. Например, Microsoft намерена обогреть теплом ЦОД в Дании до 6 тыс. домов. С той же целью тепло нескольких ЦОД применяется и в Стокгольме. При этом финский дата-центр Yandex почти восемь лет назад начал отапливать дома жителей Мянтсяля.

Кампус ЦОД ёмкостью 386 МВт и стоимостью около £3 млрд ($3,8 млрд), строительство которого планируется в графстве Линкольншир (Великобритания), должен стать источником тепла для не только для районной системы отопления, но и для подсобного тепличного хозяйства, передаёт Datacenter Dynamics.

Согласно заявке, строительство кампуса Humber Tech Park предполагается в поселении Южный Киллингхолм. Компания намерена получить разрешение на строительство объекта из трёх зданий общей площадью 278 тыс. м². ЦОД подойдёт для размещения ИИ-систем, хотя о том, какое именно оборудование будет использовано, пока не сообщается. На территории кампуса будет построена и новая электроподстанция для обеспечения потребностей оборудования и инфраструктуры в энергии.

Источник изображения: Markus Spiske/unsplash.com

Проект предполагает несколько вариантов утилизации «мусорного» тепла для повышения экологичности. Предложено уже традиционное подключение к локальной отопительной системе. Но план предусматривает и постройку комплекса теплиц площадью 27 тыс. м² для выращивания помидор. Ожидается, что подсобное хозяйство будет приносить до £3,5 млн ($4,43 млн) ежегодно. Тепло ЦОД в последние годы часто применяется для выращивания водорослей, овощей и рыбы, поэтому британский проект стал лишь одним из многих подобного типа.

Тепло расположенного в Бохуме (Германия) ЦОД планируется хранить в заброшенной шахте и в дальнейшем использовать в районной системе отопления. По данным Datacenter Dynamics, проект местного Рурского университета призван продемонстрировать потенциал теплоаккумулятора Mine Thermal Energy Storage (MTES). Проект финансируется в рамках поддерживаемой Евросоюзом схемы PUSH-IT, рассматривающей подземные объекты в качестве экоустойчивых хранилищ энергии.

Университет управляет собственной теплоэлектростанцией с 2019 года. Станция имеет два комбинированных тепловых/электрических модуля общей мощностью 9 МВт и три газовых котла с общей теплоотдачей 105 МВт. ТЭС не только обогревает университетский кампус, но обеспечивает энергией 5 тыс. квартир, 760 частных домов и 115 промышленных зданий. Оператором выступает Unique Wärme — совместное предприятие университета и коммунальной компании Stadtwerke Bochum, частично принадлежащей местным властям.

Источник изображения: Robert Thiemann/unsplash.com

При этом энергомодули расположены непосредственно над шахтой Мансфельд (Mansfeld) глубиной до 120 м, которая была закрыта в 1963 году. MTES позволит летом отправлять избыточное тепло дата-центра и других технических объектов университета в подземные глубины с помощью тепловых насосов. Там оно будет храниться в скважинах, откуда его по мере необходимости можно возвращать в систему отопления, когда спрос особенно высок, т.е. зимой.

MTES, как ожидается, может увеличить использование источников возобновляемой энергии и сгладить пиковые нагрузки в системе отопления в зимние месяцы. Это, в частности, приведёт к снижению углеродных выбросов и стоимости эксплуатации. По данным координаторов PUSH-IT, MTES пока находится на стадии разработки, а создание экспериментальных скважин предусмотрено осенью.

Похожий проект разрабатывается в стенах Эдинбургского университета, где «мусорное» тепло суперкомпьютерного ЦОД также предлагается сохранять в старой шахте до того, как использовать его для отопления местных домов. Такая схема позволит обогревать не менее 5 тыс. домов, если расчёты учёных подтвердятся. Впрочем, воду из подземных выработок можно использовать и просто для охлаждения дата-центров.

Французский оператор дата-центров Data4 совместно с Университетом Париж-Сакле (University of Paris-Saclay) работает над созданием прототипа установки, позволяющей использовать «мусорное» тепло ЦОД для генерации возобновляемой энергии. По данным Computer Weekly, получать её будут не напрямую, а с соблюдением «зелёной» повестки — из выращиваемой биомассы.

В последнее время операторы нередко используют тепло ЦОД для обогрева бассейнов или теплиц и, например, разведения рыб и отопления домов. Но Data4 с партнёрами ищут альтернативу в формате «циркулярной экономики». Уже подписано соглашение о сотрудничестве, в рамках которого будут проводиться эксперименты с переработкой углекислого газа путём выращивания водорослей. Исследование показало, что захват CO₂ в этом случае может быть в 20 раз эффективнее, чем у деревьев.

Полученная биомасса будет применяться для источников «циркулярной» энергии, а также производства продуктов для различных отраслей промышленности. Новый проект, по словам организаторов, является ответом на необходимость утилизации тепла дата-центров. Прототип решения успешно функционирует, так что оператор намерен вывести его на индустриальный уровень. Проект, как ожидается, поможет улучшить продовольственную и энергетическую безопасность региона. Однако это потребует системного подхода и сотрудничества всех игроков в регионе Эссон, где действует Data4.

Источник изображения: Zach Dyson/unsplash.com

Попытки конвертировать отходы в топливо и полезные продукты предпринимаются регулярно. В декабре 2023 года появилась новость о намерении Microsoft обеспечить питание ЦОД в Сан-Хосе, используя биогаз.

«Мусорное» тепло нового дата-центра Microsoft, строящегося в Дании, будет использоваться для отопления до 6 тыс. домов. Datacenter Dynamics сообщает, что ЦОД возводится в муниципалитете Хойе Таструп, расположенном в 25 км от Копенгагена — это один из трёх объектов, строящихся для зоны Azure, анонсированной ещё в 2020 году. Он должен заработать осенью этого года. Ещё два ЦОД возводятся в Роскилле и Кёге.

Тёплая вода от систем охлаждения дата-центра будет использоваться компанией VEKS, строящей районные системы отопления в окрестностях Копенгагена совместно с Høje Taastrup Fjernvarme (HTF). В VEKS и Microsoft рассчитывают, что первые «партии» тепла ЦОД смогут попасть к жителям во время отопительного сезона 2025–2026 гг. Дополнительно Microsoft пообещала создать парк отдыха.

Источник изображения: K B/unsplash.com

Строительство ЦОД в Хойе Таструпе Microsoft анонсировала и одобрила ещё в 2022 году, причём с самого начала планировалось использовать тепло, генерируемое ЦОД в качестве «побочного продукта». Правда, ЦОД обеспечивает лишь подачу тёплой воды температурой 20–30 °С, но HTF будет дешевле использовать тепловые насосы для её подогрева, чем нагревать изначально холодную воду. По данным VEKS, в т.н. «Большом Копенгагене» есть немалый потенциал для использования тепла ЦОД.

Занимающаяся пост-продакшном видео компания Dirty Looks перенесёт все вычисления в облако оператора Deep Green, чей микро-ЦОД занимается обогревом бассейна. Datacenter Dynamics сообщает, что речь идёт о водном парке развлечений в британском графстве Девон. Компания намерена в ближайшие пять лет охватить 1,5 тыс. бассейнов в Великобритании и довести суммарную мощность своих ЦОД до 300 МВт.

Deep Green известна передачей «мусорного» тепла HPC-серверов пользователям — компания бесплатно отдаёт его плавательным бассейнам, а вычислительные ресурсы продаёт по облачной модели при посредничестве сервис-провайдера Civo, который также сотрудничает с похожим на Deep Green стартапом Heata, предлагающим отапливать дома с помощью серверов.

Источник изображения: Thomas Park/unsplash.com

В Deep Green утверждают, что серверы дают 60 % необходимого бассейну тепла в городе Эксмут. Благодаря тому, что теперь можно надолго отключать бойлеры, работающие на ископаемом топливе, спортивный объект ежегодно будет экономить до £20 тыс., а заодно снизит углеродные выбросы на 28,5 т. Опробовав сервис, Dirty Looks подписала соглашение Deep Green на 18 месяцев. Заявляется, что аналогичные договоры смогут заключить и другие компании, ответственные за создание медиаконтента.

Источник изображения: Deep Green (via The Next Web)

Работа с видео всегда потребляет немало энергии, но не требует низкого уровня задержки, который нужен традиционным облачным сервисам, что позволяет использовать удалённые ЦОД. При этом в Deep Green заявляют, что обработка контента возможна и в реальном времени. А в Dirty Looks отметили экологичность подхода Deep Green.

Электричество, которое в противном случае всё равно применялось бы для нагревателей, можно использовать для вычислений, поэтому утилизация тепла ЦОД стала одной из ключевых элементов стратегий по обеспечению экобезопасности ряда стран. В частности, речь идёт о германском Законе об энергоэффективности (Energy Efficiency Act), а в Евросоюзе в целом — о Директиве по энергоэффективности (Energy Efficiency Directive). При этом на практике такие решения дороги, а то и бессмысленны.

Использование «мусорного» тепла ЦОД в сетях отопления, возможно, имеет смысл с точки зрения защиты окружающей среды, но, по мнению ассоциации цифровой торговли TechUK, при внедрении подобных технологий предстоит решить ряд важных сопутствующих вопросов.

Ассоциация опубликовала доклад, посвящённый использованию ЦОД в качестве части отопительной инфраструктуры. В британском правительстве намерены интегрировать дата-центры в новые сети отопления. Потенциальные преимущества включают как снижение стоимости обогрева зданий, так и сокращение углеродных выбросов. А операторы ЦОД благодаря таким технологиям смогут экономить на электричестве и воде для своих систем охлаждения и даже, возможно, зарабатывать.

Источник изображения: David Monaghan/unsplash.com

При этом TechUK предупреждает, что необходимо соблюсти баланс интересов. Не так давно в Германии появились правила, требующие от всех дата-центров, потребляющих более 2,5 ГВт∙ч энергии ежегодно, или утилизировать «мусорное» тепло, или передавать его заинтересованным сторонам. Новые меры раскритиковали, поскольку для реализации плана требуется создание сложной и дорогой инфраструктуры, причём такое тепло по факту мало кому нужно.

В TechUK считают, что Великобритания должна учиться на чужом опыте. С низкотемпературным теплом дата-центров могут работать новейшие отопительные сети пятого поколения, но большинство сетей в Великобритании сегодня принадлежат к третьему, имеющему значительно худшую энергоэффективность. Есть и другая сторона — дата-центры вводятся в эксплуатацию поэтапно, поэтому на старте загрузка будет минимальной. Другими словами, первое время он станет экспортировать совсем мало тепла, поэтому для акционеров интеграция с отопительной инфраструктурой выглядят крайне сомнительно.

Источник изображения: TechUK

С учётом того, как совершенствуются системы охлаждения, в долгосрочной перспективе вовсе не гарантируется, что ЦОД будут генерировать достаточно тепла для того, чтобы проект окупался, даже с учётом роста энергопотребления ИИ- и HPC-решениями. Летом такое тепло может оказаться и вовсе ненужным. Важную роль играет и расстояние от ЦОД до магистральной сети отопления. Небольшие дата-центры обычно расположены недалеко от объектов, которые необходимо обогревать, а вот ЦОД гиперскейлеров часто находятся далеко от поселений, так что организовать передачу тепла без потерь будет технически сложно. Наконец, коммунальные службы должны иметь беспрепятственный доступ в ЦОД, информационная неприкосновенность которых в результате может оказаться под угрозой.

Источник изображения: TechUK

В TechUK предупреждают, что для успешного использования тепла ЦОД потребуется закладывать подобные возможности ещё на стадии проектирования как самих вычислительных мощностей, так и отопительной инфраструктуры, а модернизация старых объектов может быть сложной и дорогостоящей. В целом, как отмечается, регуляторам стоит дать операторам достаточно времени на разработку новых вариантов интеграции ЦОД в отопительную инфраструктуру.

В любом случае отраслевые эксперты называют доклад TechUK важным «звоночком» для IT-индустрии. Долгое время последняя медлила с обеспечением экоустойчивости своих ЦОД, оказавшись теперь под давлением регуляторов. Эксперты уверены, что соблюдение баланса правительственных инициатив с интересами бизнеса поможет достичь успеха, причём у Великобритании есть потенциал для того, чтобы стать лидером в сфере сотрудничества ЦОД и коммунальных служб.

Европейская организация по ядерным исследованиям (CERN) объявила об открытии в Превессене во Франции нового ЦОД, который займётся обработкой информации, поступающей от Большого адронного коллайдера (БАК). Объект построен в рекордные сроки — менее чем за два года.

Общая площадь дата-центра превышает 6000 м². Предусмотрены шесть залов для размещения оборудования, каждый из которых рассчитан на мощность в 2 МВт и может вместить до 78 стоек. В ЦОД в основном будут размещены серверы на базе CPU для обработки данных экспериментов, а также небольшое количество систем и хранилищ для обеспечения непрерывности операций и аварийного восстановления. Ожидается, что на полное оснащение площадки оборудованием потребуется около десяти лет.

Источник изображения: CERN

Отмечается, что новый объект соответствует строгим техническим требованиям, обеспечивающим экологическую устойчивость. Развёрнута эффективная система рекуперации тепла, которое будет использоваться для отопления зданий на территории Превессена. Целевой коэффициент PUE составляет 1,1, а показатель эффективности использования воды (WUE) — 0,379 л/кВт·ч. Система охлаждения будет автоматически включаться, когда наружная температура достигнет 20 °C. При этом температура в самих помещениях дата-центра ни при каких условиях не должна превышать 32 °C.

БАК в настоящее время генерирует около 45 Пбайт информации в неделю, но ожидается, что этот объём удвоится после модернизации комплекса. Данные экспериментов передаются в глобальную вычислительную сеть Worldwide LHC Computing Grid (WLCG), объединяющую около 170 дата-центров, расположенных в более чем 40 странах. Общая ёмкость хранилищ составляет примерно 3 Эбайт, а для обработки данных задействован примерно 1 млн процессорных ядер. Существующий дата-центр CERN на площадке в Мерене (Швейцария) по-прежнему является основным для организации.