Microsoft O pierwszym na świecie dużym eksperymencie wykorzystania ogniw paliwowych na wodór do zasilania serwerów w centrum danych.
Instalację o mocy 250 kW zrealizowała firma . W przyszłości podobna instalacja o mocy 3 megawatów zastąpi tradycyjne generatory diesla, które obecnie służą jako awaryjne źródło zasilania w DC.
Wodór jest postrzegany jako paliwo ekologiczne, ponieważ w wyniku jego spalania powstaje tylko woda.
Microsoft postawił sobie za cel .
Tak jak w innych DC, w centrach danych Azure generatory diesla są używane jako awaryjne źródła zasilania, gdy zabraknie prądu w głównym kanale. Sprzęt ten jest bezczynny 99% czasu, ale centrum danych utrzymuje go w dobrym stanie, aby działał bez zakłóceń w przypadku rzadkich awarii. W praktyce w Microsoftzie wykonują jedynie miesięczne przeglądy sprawności oraz coroczne testy obciążeniowe, podczas których na serwery rzeczywiście przekazywane jest obciążenie. Awaria głównego zasilania nie zdarza się co roku.
Jednak eksperci Microsoftu obliczyli, że najnowsze modele ogniw paliwowych na wodór są już bardziej opłacalne ekonomicznie niż generatory diesla.
Ponadto obecnie do zasilania awaryjnego (UPS) stosowane są baterie, które zapewniają moc w krótkim przedziale czasowym (od 30 sekund do 10 minut) pomiędzy wyłączeniem sieci a uruchomieniem generatorów diesla. Te ostatnie mogą działać nieprzerwanie, dopóki skończy się paliwo.
Ogniwo paliwowe na wodór zastępuje zarówno UPS, jak i generator diesla. Składa się z zbiorników do przechowywania wodoru oraz instalacji elektrolizy, która rozkłada cząsteczki wody na wodór i tlen. Oto jak wygląda w rzeczywistości model Power Innovations o mocy 250 kW:
Instalacja po prostu łączy się z istniejącą siecią elektryczną — i nie wymaga dostaw paliwa z zewnątrz, jak generator diesla. Może być integrowana z panelami słonecznymi lub farmami wiatrowymi, co pozwoli wytworzyć wystarczającą ilość wodoru do napełnienia zbiorników. W ten sposób wodór działa jako chemiczny akumulator energii elektrycznej dla stacji słonecznych i wiatrowych.
W 2018 roku badacze z Narodowego Laboratorium Energii Odnawialnej w Kolorado (USA) przeprowadzili pierwszy udany eksperyment z zasilaniem stojaków serwerowych z ogniw paliwowych na membranie wymiany protonowej (PEM), czyli na .
PEM to stosunkowo nowa technologia pozyskiwania wodoru. Obecnie takie instalacje stopniowo wypierają tradycyjną elektrolizę alkaliczną. Sercem systemu jest ogniwo elektrolityczne. Zawiera ono dwie elektrody, katodę i anodę. Pomiędzy nimi znajduje się stały elektrolit, którym jest właśnie membrana wymiany protonowej z wysokotkankowego polimeru.
Technologicznie protony stabilnie przepływają przez membranę, podczas gdy elektrony poruszają się w zewnętrznym obwodzie. Do anody doprowadzana jest woda dejonizowana, która rozkłada się na protony, elektrony i gazowy tlen. Protony przechodzą przez membranę, a elektrony poruszają się przez zewnętrzny obwód elektryczny. Na katodzie protony i elektrony łączą się, tworząc gazowy wodór (H2).
To wyjątkowo wydajny, niezawodny i ekonomiczny sposób pozyskiwania wodoru bezpośrednio w miejscu jego użycia. Następnie, w połączeniu wodoru z tlenem wytwarzane są pary wody i generowana jest energia elektryczna.
We wrześniu 2019 roku firma Power Innovations rozpoczęła eksperymenty z ogniwem paliwowym o mocy 250 kW, które zasila 10 pełnych stojaków serwerowych. W grudniu system przeszedł 24-godzinny test niezawodności, a w czerwcu 2020 roku — 48-godzinny.
Podczas ostatniego eksperymentu w automatycznym trybie pracowały cztery takie ogniwa paliwowe. :
- 48 godzin nieprzerwanej pracy
- Wygenerowano 10 560 kWh energii elektrycznej
- Zużyto 814 kg wodoru
- Wyprodukowano 7000 l wody
Teraz firma planuje skonstruować ogniwo paliwowe o mocy 3 MW opierając się na tej samej technologii. Już teraz będzie ono całkowicie porównywalne z generatorami diesla zainstalowanymi w centrach danych Azure.
Promowaniem wodoru jako paliwa zajmuje się międzynarodowa organizacja , która łączy producentów sprzętu, firmy transportowe i dużych klientów — Microsoft już wyznaczył swojego przedstawiciela w tej radzie. W zasadzie, wszystkie technologie potrzebne do produkcji wodoru i wytwarzania energii są już dostępne. Celem organizacji jest ich skalowanie. Jest jeszcze wiele do zrobienia.
Specjaliści dostrzegają dużą przyszłość w ogniwach paliwowych typu PEM. W ciągu ostatnich dwóch lat ich koszt spadł około czterokrotnie. Doskonale uzupełniają one instalacje fotowoltaiczne i wiatrowe, magazynując energię w okresach maksymalnej produkcji — i oddając ją do sieci w momentach szczytowego zapotrzebowania.
Ponownie, można je wykorzystać do brokerażu na energetycznej giełdzie, kiedy system kupuje energię w okresach minimalnych, a nawet — i oddaje ją w momentach maksymalnych kosztów. Takie systemy brokerskie mogą działać automatycznie, jak boty handlowe.
Reklama
Zapasowe źródła zasilania naszych centrów danych działają choć nie na wodórze, ale niezawodność jest na najwyższym poziomie! Nasze epickie serwery — to potężne , które wykorzystują nowoczesne procesory od AMD.
O tym, jak budowaliśmy klaster dla tej usługi w na Habrze.
Źródło: habr.com
