Дизель-генератор — неотъемлемая часть подсистемы резервного питания любого серьёзного ЦОД, но по природе своей он не может похвастаться нейтральностью выхлопа. Многие ищут традиционным генераторам замену, и в их числе Microsoft. На днях компания сообщила, что ей удалось достичь важной вехи в освоении водородных топливных элементов, которые, по замыслу Microsoft, и должны заменить традиционные дизель-генераторы в принадлежащих ей центрах обработки данных.

Компания начала тестирование новой генераторной станции мощностью 3 МВт, построенной на базе топливных ячеек с протонообменной мембраной (PEM). Она способна обеспечивать питание 10 тыс. серверов. С топливными элементами компания экспериментирует давно, ещё с 2013 года, но более ранние разработки использовали природный газ и не по факту не являлись такими уж экологичными.

Тестовая станция мощностью 3 мВт. Источник: Microsoft/John Brecher

Разработать водородные PEM-ячейки компании удалось в сотрудничестве с Plug Power. В течение нескольких недель июня компании совместно протестировали прототип генератора нового поколения. Новая система, выбрасывающая в атмосферу лишь нагретый водяной пар, сработала успешно, так что Plug Power уже работает над созданием коммерческой версии системы.

Протонообменная мембрана: конструкция и принцип действия. Источник: Encyclopedia Britannica

Первый же экземпляр будет установлен научно-исследовательском центре Microsoft, но пока конкретных сроков пока озвучено не было. У IT-гиганта большие надежды на подобные технологии: к 2030 году компания планирует обновить системы резервного питания во всех своих ЦОД.

В работе система выделяет только горячий водяной пар. Источник: Microsoft/John Brecher

Правда, в полной экологичности водородных топливных элементов есть сомнения: работают они без вредных выбросов, но само их производство может оказаться далеко не таким чистым, как эксплуатация. Тем не менее, администрация США одобрила план стоимостью $8 млрд по развитию производства водорода в рамках программы альтернатив ископаемому топливу. В Европе есть аналогичные инициативы — как совсем скромные (€2,5 млн), так и весьма крупные (€1 млрд).

Исследование, проведённое аналитической компаний Omdia, показало, что в следующие четыре года операторы ЦОД начнут использовать на своих площадках источники бесперебойного питания (ИБП), способные не только поддерживать энергообеспечение дата-центров, но и в случае необходимости отдавать избытки электроэнергии в общую сеть.

Интеграция разнообразных источников возобновляемой энергии в «динамические» энергосети постепенно становится трендом, а в некоторых регионах в ближайшей перспективе и техническим требованием к сетям электроснабжения. ЦОД находятся в уникальном положении — будучи крупными потребителями энергии, они способны повысить надёжность электросетей, позволяя последним получить доступ к запасённой ИБП энергии.

«Умные» энергосети способны динамически отслеживать потребность в энергии и быстро подключать резервные хранилища, что помогает компенсировать непредсказуемость поставок энергии от возобновляемых источников, обеспечить баланс и сократить инвестиции в электрическую инфраструктуру. Eaton, Schneider Electric и Vertiv уже предлагают клиентам «умные» ИБП, способные интегрироваться в такие энергосети.

Источник изображения: Omdia

Omdia опросила почти 380 представителей операторов дата-центров, технических специалистов, консалтинговых компаний и поставщиков энергии в Северной Америке, Европе и Австралии. Результат опроса показал, что главным стимулом для внедрения совместимых с «умными» энергосетями ИБП стала возможность реализовать инициативы по энергосбережению. Другими стимулами стали стремление к инновациям, репутационные выгоды, а также получение конкурентных преимуществ.

Примечательно, что большинство опрошенных уверены, что использование интеграция ЦОД с «умными» энергосетями не поставит под угрозу выполнение критически важных рабочих нагрузок. Почти половина респондентов ответила, что главными, хотя и далеко не единственными, выгодоприобретателями подобных решений станут облачные. В числе регионов, где наиболее развито внедрение «умных» ИБП названы Скандинавия, Великобритания и Ирландия.

Около 80 % опрошенных считают, что от 10 до 50 % ёмкости аккумуляторов в современных ИБП дата-центров уже сегодня может использоваться для поддержки работы публичных энергосетей без угрозы собственным системам ЦОД. Такой подход поможет эффективно интегрировать в энергосети возобновляемые источники энергии вроде солнечных и ветряных электростанций с нерегулярной генерацией — в периоды избыточной поставки энергии её можно запасать в ИБП, а потом отдавать в час пик.

Государственный ирландский оператор электрической инфраструктуры EirGrid заявил, что больше не будет принимать заявки на энергоснабжение новых ЦОД на территории Дублина и его пригородов. Компания сообщила, что не будет подключать дата-центры «в обозримом будущем», возможно — до 2028 года. Оператор не только ограничит приём заявок в столичном регионе, но и будет рассматривать возможности подключения в других частях страны на индивидуальной основе.

При этом указано, что уже поданные в столице заявки будут выполняться по мере возможности. Новые заявки будут рассматриваться в соответствии с критериями, выработанными Комиссией по регулированию коммунальных услуг (CRU) и с учётом доступных энергетических мощностей. Кроме того, CRU может ввести ограничения на размещение ЦОД в отдельных районах, а также принять ряд мер по предотвращению отключений во время пиковых нагрузок.

Источник: rolandmey/pixabay.com

В последние месяцы ЦОД привлекли пристальное внимание политиков и защитников окружающей среды в Ирландии — предстоит оценить, насколько их энергопотребление соответствует заявленным страной целям защиты экологии. В минувшие несколько месяцев EirGrid уже выпустила несколько предупреждений в связи с проблемами с энергообеспечением.

Источник: tstokes/pixabay.com

Активисты и политики призывают ввести мораторий на строительство новых ЦОД, поскольку по данным EirGrid уже существующие потребляют более 10 % всей электроэнергии, используемой в стране, а к 2030 году этот показатель может вырасти до 30 % и потенциально станет причиной систематических блэкаутов. Кроме того, страна не сможет выполнить цели по декарбонизации — ранее предполагалось, что к 2030 году 80 % электроэнергии страны должно поступать из возобновляемых источников.

Формально мораторий объявлен не был, но де-факто для Дублина и окрестностей он уже введён, согласно комментарию CRU для DataCenter Dynamics. При этом ряд государственных ведомств в обращении к EirGrid акцентировал внимание на том, что дата-центры приносят в страну инвестиции, новые возможности для экспорта и другие преимущества, а Агентство по промышленному развитию и вовсе заявило, что ЦОД просто делают «козлами отпущения» за уже существующий в Ирландии энергетический кризис.

Microsoft объединила усилия с Caterpillar и Ballard Power Systems для тестирования резервных генераторов на водородных топливных элементах в своём дата-центре в Куинси (штат Вашингтон). Проект рассчитан на три года и нацелен на изучение возможности использования водородных топливных элементов в масштабе ЦОД. Проект частично финансируется Министерством энергетики США (DOE) в рамках инициативы H2@Scale.

Caterpillar станет генеральным подрядчиком, обеспечивающим общую интеграцию всех систем, работу силовой электроники и средств управления. Ballard предоставит водородный электрогенератор на топливных элементах ClearGen-II мощностью 1,5 МВт, а Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) выполнит анализ его безопасности, экологичности и технико-экономических аспектов эксплуатации.

Источник изображения: Microsoft

Для успешной реализации проекта необходимо решить ряд проблем. Чтобы топливные элементы обеспечивали мощность 3 МВт в течение 48 часов, требуется около 68 м³ жидкого водорода, для хранения которого требуется намного больше места, чем для дизельного топлива. Для избегания утечек требуются специальные трубопроводы, а сам водород надо хранить при температуре ниже -253 °C. Ранее Microsoft успешно испытала водородные топливные ячейки мощностью 250 кВт от Power Innovations.

К моменту ввода в эксплуатацию в 2023 году суперкомпьютер El Capitan на базе AMD EPYC Zen4 и Radeon Instinct, как ожидается, будет иметь самую высокую в мире производительность — более 2 Эфлопс. А это означает, что ему потребуются гигантские мощности для питания и охлаждения. Ливерморская национальная лаборатория (LLNL), в которой и будет работать El Capitan, поделилась подробностями о масштабном проекте, призванном обеспечить HPC-центр необходимой инфраструктурой.

В основе плана модернизации лежит проект Exascale Computing Facility Modernization (ECFM) стоимостью около $100 млн. В его рамках будет обновлена уже существующая в LLNL инфраструктура. Для реализации проекта необходимо получить очень много разрешений от местных регуляторов и очень тесно взаимодействовать с местными поставщиками электроэнергии. Тем не менее, LLNL заявляет, что проект «почти готов», по некоторым оценкам — на 93%. Функционировать новая инфраструктура должна с мая 2022 года (с опережением графика).

Сам проект стартовал ещё в 2019 году и, согласно планам, должен быть полностью завершён в июле 2022 года. В его рамках модернизируют территорию центра, введённого в эксплуатацию в 2004 году, общей площадью около 1,4 га. Если раньше центр, в котором работали системы вроде лучшего для 2012 года суперкомпьютера Sequoia (ныне выведенного из эксплуатации), обеспечивал подачу до 45 МВт, то теперь инфраструктура рассчитана уже на 85 МВт.

Конечно, даже для El Capitan такие мощности будут избыточны — ожидается, что суперкомпьютер будет потреблять порядка 30-35 МВт. Однако LLNL заранее думает о «жизнеобеспечении» преемника El Capitan. Следующий суперкомпьютер планируется ввести в эксплуатацию до того, как его предшественник будет отключён в 2029 году. Кроме того, для новой системы потребуется установка нескольких 3000-тонных охладителей. Если раньше общая ёмкость системы охлаждения составляла 10 000 т воды, то теперь она вырастет до 28 000 т.