Microsoft про перший у світі великомасштабний експеримент з використання водневих паливних осередків для енергоживлення серверів у дата-центрі.
Установку 250 кВт зробила компанія . У майбутньому подібна 3-мегаватна установка замінить традиційні дизель-генератори, які зараз використовуються як резервне джерело живлення у ЦОД.
Водень розглядається як екологічно чисте паливо, тому що внаслідок його згоряння утворюється лише вода.
Microsoft поставила завдання .
Як і в інших ЦОД, в дата-центри Azure дизель-генератори використовуються як резервні джерела живлення, коли зникає електрика по основному каналу. Це обладнання простоює 99% часу, але все одно ЦОД підтримує його у робочому стані, щоб воно безперебійно працювало у разі рідкісних збоїв. На практиці у тієї ж Microsoft вони проходять лише щомісячну перевірку працездатності та щорічне тестування навантаження, коли навантаження з них реально поставляється на сервери. Збої основного харчування відбуваються не щороку.
Проте фахівці Microsoft підрахували, що останні моделі паливних осередків на водні вже економічно вигідніші, ніж дизель-генератори.
Крім того, зараз для резервного живлення (UPS) використовуються батареї, які дають потужність у невеликий інтервал (від 30 секунд до 10 хвилин) між вимкненням мережі та підняттям дизель-генераторів. Останні здатні працювати безперервно, доки не скінчиться бензин.
Паливна комірка на водні замінює і UPS, і дизель-генератор. Вона складається з цистерн зберігання водню та установки електролізу, що розщеплює молекули води на водень та кисень. Ось як виглядає насправді модель Power Innovations на 250 кВт:
Установка просто підключається до існуючої електричної мережі і не вимагає підвезення палива ззовні, як дизель-генератор. Її можна інтегрувати із сонячними панелями чи вітряними станціями, що дозволить згенерувати достатньо водню для наповнення цистерн. Таким чином, водень використовується як хімічний акумулятор електроенергії для сонячних та вітрових станцій.
У 2018 році дослідники з Національної лабораторії з відновлюваної енергії в Колорадо (США) провели перший успішний експеримент із запитування стійки серверів від паливних осередків на PEM (proton exchange membrane), тобто на .
PEM – це порівняно нова технологія отримання водню. Нині такі установки поступово витісняють традиційний лужний електроліз. Серцем системи є електролізний осередок. У ній є два електроди, катод та анод. Між ними розташований твердий електроліт, і є протонообмінна мембрана з високотехнологічного полімеру.
Технологічно протони стабільно протікають усередині мембрани, тоді як електрони рухаються зовнішнім каналом. На анод надходить деіонізована вода, де розщеплюється на протони, електрони та газоподібний кисень. Протони проходять через мембрану, а як електрони рухаються через зовнішній електричний ланцюг. На катоді протони та електрони возз'єднуються, утворюючи газоподібний водень (H2).
Це виключно високопродуктивний, надійний, економічно ефективний спосіб одержання водню безпосередньо на місці його споживання. Потім при з'єднанні водню та кисню утворюються пари води та генерується електрика.
У вересні 2019 року компанія Power Innovations почала експериментувати з 250-кіловатним паливним осередком, який забезпечує енергією 10 повних серверних стійок. У грудні система пройшла 24-годинний тест надійності, а у червні 2020 року – 48-годинний.
Під час останнього експерименту в автоматичному режимі працювали чотири такі паливні осередки. :
- 48 годин безперервної роботи
- Згенеровано 10 кВт · год електрики
- Використано 814 кг водню
- Вироблено 7000 л води
Тепер компанія планує за тією ж технологією сконструювати паливний осередок на 3 мегавати. Ось уже вона за потужністю повністю відповідатиме дизель-генераторам, встановленим у дата-центрах Azure.
Просуванням водню як паливо займається міжнародна організація , яка об'єднує виробників обладнання, транспортні компанії та великих клієнтів - Microsoft вже призначила свого представника у цій раді. У принципі, всі технології для виробництва водню та вироблення електроенергії вже доступні. Завдання організації - масштабувати їх. Тут ще багато роботи.
Фахівці бачать велике майбутнє за паливними осередками типу PEM. За два останні роки їхня вартість знизилася приблизно в чотири рази. Вони чудово доповнюють фотоелектричні та вітряні станції, накопичуючи енергію в періоди максимальної генерації – і віддаючи її у мережу в моменти пікового навантаження.
Знову ж таки, їх можна використовувати для брокериджу на енергетичній біржі, коли система закуповує енергію в періоди мінімальних або навіть - І віддає її в моменти максимальної вартості. Такі брокерні системи можуть працювати автоматично, як торгові роботи.
На правах реклами
Резервні джерела живлення наших дата-центрів працюють хоч і не на водні, але надійність на висоті! Наші епічні сервери - це потужні які використовують сучасні процесори від AMD.
Про те, як ми будували кластер для даної послуги на Хабрі.
Джерело: habr.com