Microsoft über das weltweit erste großangelegte Experiment mit Wasserstoffbrennstoffzellen zur Energieversorgung von Servern in einem Rechenzentrum.
Die 250 kW-Anlage wurde von der Firma installiert. Zukünftig wird eine derartige 3-Megawatt-Anlage die derzeit verwendeten Dieselgeneratoren als Notstromversorgung in Rechenzentren ersetzen.
Wasserstoff gilt als umweltfreundlicher Brennstoff, da bei seiner Verbrennung nur Wasser entsteht.
Microsoft hat sich zum Ziel gesetzt, .
Wie in anderen Rechenzentren werden auch in den Azure-Datenzentren Dieselgeneratoren als Backup-Stromquellen eingesetzt, wenn der Strom aus dem Hauptnetz ausfällt. Diese Ausrüstung ist 99% der Zeit inaktiv, dennoch hält das Rechenzentrum sie betriebsbereit, um bei seltenen Störungen reibungslos zu funktionieren. In der Praxis werden bei Microsoft diese Generatoren lediglich monatlich auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft und jährlich einem Lasttest unterzogen, bei dem die tatsächliche Last auf die Server übertragen wird. Hauptversorgungsstörungen treten nicht jedes Jahr auf.
Allerdings haben Microsoft-Experten festgestellt, dass die neuesten Wasserstoff-Brennstoffzellmodelle bereits wirtschaftlicher sind als Dieselgeneratoren.
Zusätzlich werden derzeit für die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) Batterien eingesetzt, die für einen kurzen Zeitraum (von 30 Sekunden bis 10 Minuten) zwischen dem Netzausfall und dem Start der Dieselgeneratoren Strom liefern. Letztere können kontinuierlich betrieben werden, bis der Kraftstoff aufgebraucht ist.
Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ersetzt sowohl die USV als auch den Dieselgenerator. Sie besteht aus Wasserstofftanks und einer Elektrolyse-Anlage, die Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff spaltet. So sieht das Power Innovations-Modell mit 250 kW in der Realität aus:
Die Anlage wird einfach an das vorhandene Stromnetz angeschlossen und benötigt keine externe Kraftstoffzufuhr wie ein Dieselgenerator. Sie kann mit Solarpanels oder Windkraftanlagen integriert werden, wodurch genug Wasserstoff für die Befüllung der Tanks erzeugt werden kann. So 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 durch, bei dem Server-Racks mit Wasserstoffbrennstoffzellen auf PEM-Basis (proton exchange membrane) betrieben wurden, das heißt mit .
PEM ist eine relativ neue Technologie zur Wasserstoffproduktion. Derzeit verdrängen solche Anlagen schrittweise die traditionelle alkalische Elektrolyse. Das Herzstück des Systems ist die Elektrolysezelle, die zwei Elektroden – Kathode und Anode – enthält. Zwischen diesen befindet sich ein fester Elektrolyt, das ist die Protonenaustauschmembran aus hochtechnologischem Polymer.
Technologisch fließen Protonen stabil durch die Membran, während die Elektronen über einen externen Kanal bewegt werden. An die Anode gelangt deionisiertes Wasser, das in Protonen, Elektronen und gasförmigen Sauerstoff zerlegt wird. Protonen passieren die Membran, während die Elektronen durch den externen Stromkreis fließen. An der Kathode vereinigen sich Protonen und Elektronen zu gasförmigem Wasserstoff (H2).
Dies ist ein äußerst leistungsfähiger, zuverlässiger und wirtschaftlicher Weg, Wasserstoff direkt am Verbrauchsort zu produzieren. Bei der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff entstehen Wasserdämpfe und es wird elektrische Energie erzeugt.
Im September 2019 begann das Unternehmen Power Innovations mit Experimenten an einer 250-kW-Brennstoffzelle, die 10 volle Server-Racks mit Energie versorgt. Im Dezember durchlief das System einen 24-Stunden-Zuverlässigkeitstest, und im Juni 2020 fand ein 48-Stunden-Test statt.
Während des letzten Experiments arbeiteten vier solcher Brennstoffzellen im automatischen Betrieb. :
- 48 Stunden ununterbrochener Betrieb
- 10.560 kWh Strom erzeugt
- 814 kg Wasserstoff verbraucht
- 7.000 Liter Wasser produziert
Jetzt plant das Unternehmen, eine 3-Megawatt-Brennstoffzelle nach derselben Technologie zu konstruieren. Damit wird sie in der Lage sein, die Dieselgeneratoren in den Azure-Rechenzentren vollständig zu ersetzen.
Die internationale Organisation, die sich für Wasserstoff als Kraftstoff einsetzt, ist der , die Hersteller, Transportunternehmen und große Kunden vereint – Microsoft hat bereits einen Vertreter in diesen Rat entsandt. Grundsätzlich sind alle Technologien zur Wasserstoffproduktion und Stromerzeugung bereits verfügbar. Die Aufgabe der Organisation besteht darin, diese Technologien zu skalieren. Hier gibt es noch viel zu tun.
Fachleute sehen eine große Zukunft für PEM-Brennstoffzellen. In den letzten zwei Jahren sank ihr Preis um etwa das Vierfache. Sie ergänzen sich hervorragend mit Photovoltaikanlagen und Windkraftwerken, indem sie Energie in Zeiten maximaler Erzeugung speichern und sie bei Spitzenlasten ins Netz einspeisen.
Außerdem können sie für das Brokerage an der Energiebörse verwendet werden, wenn das System Energie zu minimalen oder sogar kauft und sie in Zeiten maximaler Kosten wieder abgibt. Solche Broker-Systeme können automatisch arbeiten, wie Handelsbots.
Im Auftrag der Werbung
Die Notstromquellen unserer Rechenzentren funktionieren zwar nicht mit Wasserstoff, aber die Zuverlässigkeit ist hoch! Unsere epischen Server sind leistungsstarke , die moderne Prozessoren von AMD nutzen.
Wie wir den Cluster für diesen Dienst in auf Habr erstellt haben.
Quelle: habr.com
