Server im Microsoft-Rechenzentrum haben zwei Tage lang mit Wasserstoff betrieben.

von Microsoft kündigte an über das erste groß angelegte Experiment der Welt zur Nutzung von Wasserstoff-Brennstoffzellen zur Energieversorgung von Servern in Rechenzentren.

Die 250 kW-Anlage wurde von der Firma Power Innovationshergestellt. In Zukunft wird eine solche 3-Megawatt-Anlage die derzeit verwendeten Dieselmotoren ersetzen, die als Backup-Stromquelle in Rechenzentren genutzt werden.

Wasserstoff wird als umweltfreundlicher Brennstoff betrachtet, da bei seiner Verbrennung nur Wasser entsteht.

Microsoft hat sich das Ziel gesetzt, bis 2030 alle Dieselgeneratoren in seinen Rechenzentren vollständig zu ersetzen..

Wie in anderen Rechenzentren werden in den Azure-Rechenzentren Dieselgeneratoren als Backup-Stromquelle genutzt, wenn der Strom aus der Hauptversorgung ausfällt. Diese Anlagen sind 99 % der Zeit inaktiv, dennoch hält das Rechenzentrum sie funktionsfähig, damit sie im Falle seltener Ausfälle zuverlässig arbeiten. Praktisch gesehen führt Microsoft lediglich monatliche Funktionsprüfungen und jährliche Lasttests durch, bei denen die Last tatsächlich auf die Server übertragen wird. Störungen der Hauptstromversorgung treten nicht jedes Jahr auf.

Allerdings haben Microsoft-Spezialisten berechnet, dass die neuesten Modelle von Wasserstoff-Brennstoffzellen bereits wirtschaftlicher sind als Dieselgeneratoren.

Darüber hinaus werden derzeit für die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) Batterien verwendet, die eine Leistung für einen kurzen Zeitraum (von 30 Sekunden bis 10 Minuten) zwischen dem Ausfall des Stromnetzes und dem Start der Dieselgeneratoren bereitstellen. Letztere können ununterbrochen arbeiten, solange der Kraftstoff reicht.

Die Wasserstoff-Brennstoffzelle ersetzt sowohl die USV als auch den Dieselgenerator. Sie besteht aus Wasserstofftanks und einer Elektrolyseanlage, die Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt. So sieht das tatsächliche Modell von Power Innovations mit 250 kW aus:

Die Anlage wird einfach an das bestehende Stromnetz angeschlossen—und benötigt keine externe Kraftstoffversorgung wie ein Dieselgenerator. Sie kann mit Solarpanels oder Windkraftanlagen integriert werden, was es ermöglicht, ausreichend Wasserstoff zur Befüllung der Tanks zu erzeugen. Somit wird Wasserstoff als chemischer Energiespeicher für Solar- und Windkraftanlagen genutzt.

Im Jahr 2018 führten Forscher des National Renewable Energy Laboratory in Colorado (USA) das erste erfolgreiche Experiment zur Energieversorgung von Server-Racks mit PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane) durch, das heißt mit Protonenaustauschmembranen.

PEM ist eine vergleichsweise neue Technologie zur Wasserstoffproduktion. Derzeit ersetzen solche Systeme allmählich die traditionelle alkalische Elektrolyse. Das Herzstück des Systems ist die Elektrolysezelle. Diese enthält zwei Elektroden, eine Kathode und eine Anode. Zwischen ihnen befindet sich der feste Elektrolyt, das ist die Protonenaustauschmembran aus hochentwickeltem Polymer.

Technologisch fließen Protonen stabil innerhalb der Membran, während die Elektronen durch den externen Kanal bewegt werden. An der Anode gelangt deionisiertes Wasser, wo es in Protonen, Elektronen und gasförmigen Sauerstoff aufgespalten wird. Protonen passieren die Membran, während die Elektronen durch den externen Stromkreis fließen. An der Kathode verbinden sich Protonen und Elektronen zu gasförmigem Wasserstoff (H2).

Dies ist ein äußerst leistungsstarker, zuverlässiger und wirtschaftlich effizienter Weg, Wasserstoff direkt am Ort seines Verbrauchs zu erzeugen. Bei der Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff entstehen Wasserdämpfe und Elektrizität wird erzeugt.

Im September 2019 begann das Unternehmen Power Innovations mit der Experimentierung mit einer 250-kW-Brennstoffzelle, die 10 vollständige Server-Racks mit Energie versorgt. Im Dezember bestand das System einen 24-Stunden-Zuverlässigkeitstest, und im Juni 2020 einen 48-Stunden-Test.

Während des letzten Experiments arbeiteten automatisch vier solcher Brennstoffzellen. Aufgezeichnete Rekorddaten:

• 48 Stunden ununterbrochener Betrieb
• Generiert 10.560 kWh Elektrizität
• Verwendet 814 kg Wasserstoff
• Produziert 7000 l Wasser

Jetzt plant das Unternehmen, eine 3-Megawatt-Brennstoffzelle nach derselben Technologie zu konstruieren. Diese wird bereits in der Leistung vollständig mit den in den Azure-Rechenzentren installierten Dieselgeneratoren übereinstimmen.

Die Förderung von Wasserstoff als Kraftstoff wird durch die internationale Organisation Hydrogen Council, die Hersteller von Geräten, Transportunternehmen und große Kunden verbindet – Microsoft hat bereits seinen Vertreter in diesem Rat ernannt. Prinzipiell sind alle Technologien zur Wasserstoffproduktion und zur Energieerzeugung bereits verfügbar. Die Aufgabe der Organisation besteht darin, diese zu skalieren. Hier gibt es noch viel zu tun.

Fachleute sehen eine große Zukunft für Brennstoffzellen vom Typ PEM. In den letzten zwei Jahren ist ihr Preis um etwa das Vierfache gesunken. Sie ergänzen sich hervorragend mit Photovoltaikanlagen und Windkraftwerken, indem sie in Zeiten maximaler Erzeugung Energie speichern – und sie bei Spitzenlast ins Netz einspeisen.

Auch können sie für das Brokering an der Energiemarkt genutzt werden, wenn das System Energie zu minimalen oder sogar negativen Preisen kauft – und sie in Zeiten maximaler Kosten abgibt. Solche Brokersysteme können automatisch arbeiten, wie Handelsbots.

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Die Backup-Stromquellen unserer Rechenzentren laufen zwar nicht mit Wasserstoff, doch die Zuverlässigkeit ist hoch! Unsere epischen Server sind leistungsstarke VDS in Moskau, die moderne Prozessoren von AMD verwenden.
Wie wir den Cluster für diesen Dienst in diesem Artikel auf Habré.

Quelle: habr.com