Демонстрационная платформа на водородных топливных элементах, запущенаная в Остине (Техас), запитает ЦОД суперкомпьютерного центра Texas Advanced Computing Center (TACC). Проект стал частью инициативы H2@Scale и будет моделью для будущих масштабных водородных проектов, объединяющих производство, распределение, хранение и использование данного вида топлива, передаёт Datacenter Dynamics.

Объект, расположенный в одном из кампусов Техасского университета, представляет собой плод сотрудничества GTI Energy, её «дочки» Frontier Energy, университетского Центра электромеханики, а также пары десятков акционеров, представляющих промышленные предприятия. Площадка будет генерировать водород, путём электролиза, используя энергию солнца и ветра, а также переработку метана с хранилищ отходов. Полученный водород будет применяться в топливных ячейках и для заправки парка электромобилей Toyota Mirai и БПЛА, тоже применяющих водородные топливные элементы.

Техасский университет не первое десятилетие работает над соответствующими технологиями и намерен поставлять для проекта квалифицированные кадры и инженерные данные. Помимо текущего проекта, исследовательская площадка пригодится и для развития других решений в «зелёной» водородной индустрии. А основанный в 2001 году центр TACC стал пристанищем для нескольких суперкомпьютеров, включая Frontera, JetStream2, Lonestar6, Maverick2 и Stampede3. Не так давно анонсировано строительство кластера Vista на ускорителях NVIDIA.

Источник изображения: Техасский университет

Инициативу H2@Scale в Техасском университете начали реализовать в 2020 году. В задачи входит продвижение пилотных проектов, связанных с «возобновляемым» водородом в качестве экологически чистого и экономически эффективного источника топлива. В числе промышленных партнёров университета есть Air Liquide, CenterPoint Energy, Chart Industries, Chevron, ConocoPhillips, Hitachi Energy, Low-Carbon Resources Initiative, McDermott, Mitsubishi Heavy Industries America, OneH2, ONE Gas, ONEOK, Shell, SoCalGas, Texas Commission on Environmental Quality, Toyota и WM.

Государственно-частные проекты в рамках инициативы H2@Scale поддерживает Министерство энергетики США. Техасский университет отмечает, что штат имеет оптимальные условия для реализации водородных проектов, уже имея значительную водородную инфраструктуру, включая около 1500 км подходящих трубопроводов. Но эксперименты H2@Scale ведутся и в других местах. Так, в январе Caterpillar Electric Power и Microsoft объявили об успешном эксперименте, в ходе которого для питания дата-центра применялись исключительно водородные топливные ячейки в течение 48 часов.

Соединённые Штаты активно занялись созданием инфраструктуры для выпуска водородных топливных элементов. Datacenter Dynamics сообщает, что Министерство энергетики страны выделило $750 млн на 52 проекта соответствующей тематики в 24 штатах. Предполагается, что они смогут снизить себестоимость водорода и увеличить объёмы поставок.

Проекты выделены в рамках закона, подписанного в 2021 году и предполагавшего выделение на инфраструктурные проекты $1 трлн. Как сообщают в министерстве, новый план обеспечат США рост возможности производства водородных топливных ячеек в объёме до 14 ГВт/год, а также электролизеров на 10 ГВт ежегодно — этого будет достаточно для выпуска 1,3 млн тонн чистого водорода каждый год.

Источник изображения: akitada31/pixabay.com

Средства распределят по шести направлениям: производство электролизеров, цепочка поставок для электролизеров, компоненты электролизеров, выпуск топливных ячеек, цепочка поставок для топливных ячеек, утилизация. В числе прочих получателем средства стала Plug Power, выпускающая топливные элементы. Ранее компания заявляла, что гиперскейлеры начнут внедрять водородные элементы для ЦОД в конце 2025 года. Речь, вероятно, о Google, Amazon и Microsoft.

Последняя уже внедрила водородную систему Plug Power мощностью 3 МВт в 2022 году. Ранее Microsoft заявила, что объединила усилия с Caterpillar, обеспечив питание ЦОД в течение 48 часов исключительно за счёт энергии, вырабатываемой ячейками производства Ballard Power Systems. Как Caterpillar, так и Ballard тоже стали получателями субсидий Министерства энергетики. Также деньги выделены 3M, General Motors, Nuvera и Robert Bosch.

Операторы ЦОД довольно давно присматриваются к топливным элементам, видя в них альтернативу дизельным электрогенераторам в качестве резервных источников питания. Не исключается, что такие ячейки в будущем могут стать и основными источниками питания.

Компания Plug Power, занимающаяся разработкой водородных топливных ячеек, готовится начать продажи своих элементов питания для ЦОД в конце 2025 года. По данным Datacenter Dynamics, она уже работает с крупнейшими гиперскейлерами, которые и будут тестировать новые продукты.

В 2022 году Plug Power уже построила для Microsoft водородную систему, почти одновременно заключив схожее соглашение и с подразделением Amazon, отвечающим за электронную коммерцию — в рамках сделки IT-гигант согласился инвестировать в соответствующий бизнес более семи лет. Летом того же года компания совместно с Microsoft успешно испытали водородные элементы для электропитания дата-центра. Впрочем, для облачного гиганта Plug Power не является единственным партнёром в этой сфере. Для Amazon компания построила электролизную систему добычи «зелёного» водорода.

Источник изображения: Plug Power

Plug Power планирует, что клиенты будут использовать её решения не только в качестве резервных систем питания, но и продавать излишки энергии, когда спрос на неё особенно высок. Такая комбинация, вероятно, поможет рынку водородных решений вырасти. В своё время Plug Power столкнулась с финансовыми проблемами в результате перебоев со снабжением водородом в Северной Америке, что поставило под угрозу её деятельность в 2023 году, но компания выжила.

В прошлом месяце сообщалось о соглашении с Министерством энергетики США о предоставлении бизнесу займа в размере $1,6 млрд. Средства пойдут на разработку новых решений и расширение производства «зелёного» водорода в США. Похожие системы тестируют и другие компании. Так, Honda и Mitsubishi намерены испытать ЦОД, работающий на бывших в употреблении водородных ячейках электромобилей.

Caterpillar Electric Power и Microsoft объявили об успешном эксперименте, в ходе которого для питания дата-центра применялись исключительно водородные топливные ячейки. Как сообщает пресс-служба Caterpillar, они обеспечивали электричеством ЦОД Microsoft в течение 48 часов.

Партнёры привлекли к сотрудничеству разработчика топливных ячеек — компанию Ballard Power Systems. Использовались крупноформатный водородный элемент для энергоснабжения дата-центра Microsoft в Шайенне (штат Вайоминг). Эксперимент имеет вполне прикладное значение — резервные источники питания на водородном топливе в последнее время всё чаще рассматриваются как альтернатива дизельным, но жизнеспособность технологии до сих пор под вопросом.

Компании провели демонстрацию с использованием водородных источников питания на высоте 1855 м над уровнем моря при температуре ниже нуля. Топливные ячейки интегрировали в подстанцию дата-центра. Caterpillar выступила координатором проекта. Помимо водородной батареи Ballard мощностью 1,5 МВт применялась аккумуляторная система Cat Power Grid Stabilization (PGS) 1260 и контроллер Caterpillar.

Изображение: Ballard Power Systems

Microsoft, пообещавшая добиться статуса «углеродно-отрицательной» компании к 2030 году, внимательно следит за потенциалом водородных топливных элементов. В 2020 году она провела эксперимент по питанию серверов с помощью элементов мощностью 250 кВт в течении 48 часов. В 2021 году был задуман новый, более масштабный проект в рамках инициативы H2@Scale Министерства энергетики США. Нынешняя демонстрация как раз и является итогом данного проекта. А в 2022 году Microsoft и Plug Power успешно протестировали 3-МВт водородную батарею для резервного питания ЦОД.

Хотя водородные технологии продолжают развиваться, до массового внедрения в ЦОД пройдёт ещё немало времени. Во-первых, этот газ по-прежнему значительно дороже дизеля, хотя его стоимость продолжает падать, во-вторых, он весьма взрывоопасен, поэтому требует сложных и дорогих систем хранения и транспортировки. Впрочем, в Microsoft заявили, что демонстрация результатов исследования и открытия в сфере водородных топливных решений поможет компании стать «углеродно-негативной» в объявленные ранее сроки.

Концерны Honda и Mitsubishi намерены протестировать работу небольшого дата-центра, функционирующего на водороде. Как сообщает Datacenter Dynamics, газ будет получаться методом электролиза на заводе, оператором которого выступает Tokuyama Corporation.

На этом заводе водород является побочным продуктом, в основном предприятие ориентировано на получение гипохлорита натрия и хлора. Сейчас водород отдаётся местной электростанции. Honda будет б/у водородные топливные ячейки, ранее использовавшиеся в электромобилях, а Mitsubishi — применять полученную от них энергию для питания ЦОД.

Электромобили на водородных топливных ячейках позиционируются, как альтернатива аккумуляторным вариантам, но пока не получили широкого распространения из-за относительно низкого суммарного КПД. Впрочем, не исключается использование «водородных» грузовиков благодаря относительно быстрому процессу заправки баков — это гораздо быстрее, чем зарядка больших аккумуляторов.

Калифорнийский вариант. Источник изображения: Honda

Компании не уточняют, насколько большим будет новый дата-центр, но уже продемонстрировали объект размером с грузовой контейнер. Ранее Honda тестировала водородные топливные ячейки в своей американской штаб-квартире в Калифорнии, где их применяли в качестве резервного источника питания для ЦОД. Новый совместный проект поддержан японской Организацией по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO).

Пилотное тестирование будет проводиться до 31 марта 2026. Партнёры ожидают, что б/у ячейки позволят возводить недорогие стационарные водородные электростанции, что будет способствовать декарбонизации. Также будет оцениваться сама идея водородного энергообеспечения строящихся в регионе дата-центров.

Япония стала одной из немногих стран с довольно большим парком авто на водородных топливных элементах, поэтому недостатка в соответствующих ячейках не предвидится. Впрочем, и других решений на водороде предлагается немало. Например, с собственным проектом выступала Rolls-Royce, а ECL привлекла первые средства на создание автономных модульных ЦОД на водородном топливе.

Компания EdgeCloudLink (ECL) привлекла средства для производства своих первых модульных, безопасных и автономных дата-центров, передаёт Network World. Основным источником питания таких ЦОД станут водородные топливные элементы, что, по словам создателей, обеспечит не только нулевой углеродный выброс, но и бесперебойную работу 99,9999 % времени. Разработчик, наконец, привлёк необходимые для старта средства.

Компания привлекла $7 млн в ходе стартового финансирования, возглавленного Molex Ventures и Hyperwise Ventures. Предполагается, что средства используют для расширения присутствия на рынке и строительства первого ЦОД при штаб-квартире ECL в Маунтин-Вью (Калифорния).

Модульные ЦОД компании представляют собой напечатанные на 3D-принтере 1-МВт «кирпичики», которые позволяют легко масштабировать ёмкость. ECL планирует работать по модели ЦОД-как-сервис и ориентирована на операторов среднего размера, а также корпоративных заказчиков. В ECL утверждают, что TCO её дата-центров составляет ⅔ от совокупной стоимости владения в случае использования колокации на промежутке в пять лет. Заявленный уровень PUE составляет всего 1,05, а плотность размещения достигает 50 кВт на стойку.

Источник изображения: La-Rel Easter/unsplash.com

Одним из главных преимуществ ЦОД ECL является их безопасность и необременительность для регионов, в которых они будут размещены. Такие объекты не потребляют местную энергию и воду, не имеют вредных выбросов и работают почти бесшумно. Более того, получаемая в ходе работы вода тоже попадает в систему охлаждения ЦОД. В результате модульные ЦОД идеально подходят, например, для размещения в отдалённых от энергетических магистралей и другой инфраструктуры местах. ECL также утверждает, что её решение сокращает сроки планирования и возведения ЦОД с полутора-двух лет до 6–9 мес.

Американская Green Energy Partners (GEP), специализирующаяся на ЦОД и энергетике, как сообщает DataCenter Dynamics, намерена возвести сразу 30 новых ЦОД по соседству с АЭС. Впоследствии компания планирует построить новые источники энергии для основного и резервного питания этих дата-центров. Причём речь идёт об атомной и водородной энергетике.

Строительство предполагается вести на участке рядом с 1,6-ГВт АЭС Surry Nuclear Power Plant, принадлежащей оператору Dominion Energy — здесь GEP приобрела участок площадью около 260 га. Два реактора станции (PWR) будут эксплуатироваться минимум до 2052–2053 гг. Они обеспечат новые ЦОД энергией на первое время, а когда дата-центры начнут приносить существенную прибыль, рядом будут построены и малые модульные реакторы (SMR).

Первый этап возведения кампусов начнётся в 2024 году. Они будут расположены между «долиной дата-центров» в Северной Вирджинии (преимущественно в округе Лаудон) и наземной станцией подключения подводных ВОЛС в Вирджиния-Бич. Это позволит разгрузить север региона, например — в округе Лаудон ЦОД потребляют около 20 % всей электроэнергии, из-за чего дальнейшее развитие индустрии ЦОД здесь затруднено из-за нехватки электричества и даже недостатка ЛЭП.

Источник изображения: NuScale

Изначально ЦОД будут питаться от уже существующей электросети, но позже будет организовано строительство 250-МВт SMR. Более того, в ближайшие 10–15 лет они будут не только давать «безуглеродную» энергию для ЦОД, но и станут использоваться для производства «зелёного» водорода для резервных генераторов всё тех же ЦОД и продажи сторонним заказчикам, в том числе для подачи по существующим газопроводам в смеси с природным газом. Ожидается, что реакторы займут площадь 14 га, а ещё 8 га — мощности для производства водорода.

Предполагается, что на площадке будут использоваться реакторы Voygr компании NuScale, уже сотрудничающей с Shell в деле изучения возможностей SMR для электролиза. Главная проблема в том, что энергия именно такого реактора на данный момент стоит $90 за МВт·ч — это не только дороже электричества из обычных источников, но даже и энергии из возобновляемых источников, солнечных или ветряных электростанций. В остальном проект представляет собой почти идеальную комбинацию, обеспечивающую производство и потребление зелёной энергии вблизи готовой кабельной инфраструктуры.

Возведение ЦОД рядом с прицелом на использование атомной энергии — уже не уникальный случай. Так, в конце января Talen Energy завершила строительство первой очереди ЦОД при АЭС в Пенсильвании, а Bahnhof собирается построить в Стокгольме реактор для питания своего дата-центра. При этом Вирджиния обгоняет по ёмкости сверхкрупных дата-центров и Европу, и Китай, поэтому малые модульные реакторы могут стать именно тем решением, которое позволит разгрузить местную энергетическую инфраструктуру.

Стартап EdgeCloudLink (ECL), предлагающий услуги ЦОД-как-сервис, намерен освоить рынок модульных экобезопасных дата-центров. С этой целью компания анонсировала начало строительства 1-МВт микро-ЦОД, питаемых водородным топливом, причём сами модули будут печататься на строительных 3D-принтерах. Как сообщает DataCenter Dynamics, на первом этапе проекту выделят $7 млн компании Molex и Hyperwise. Первый ЦОД стартап намерен разместить у собственной штаб-квартиры в Калифорнии.

ЗD-печатью здания займётся партнёр из числа местных строительных компаний, водород будет поставляться тоже из местных источников. Пилотный проект компания реализует уже во II квартале 2023 года, в будущем каждый модуль будет включать набор серверных стоек на 5‒75 кВт каждая. Будут применяться теплообменники на дверях стоек, воздушное охлаждение и СЖО для чипов. Чёткое разделение на холодные и горячие зоны не предусмотрено, как и модное погружное охлаждение, признанное разработчиками чересчур сложным в обслуживании. Ожидаемый уровень PUE — 1,05.

Изображение: ECL

По словам представителей компании, речь идёт о дата-центре, не только не использующем водных ресурсов окрестностей и обеспечивающем нулевые выбросы, но и, возможно, способном вносить свой вклад в жизнеобеспечение местных сообществ. Предлагаемая модель позволяет быстро возводить малые ЦОД. Каждый 1-МВт модуль будет печататься по запросу на строительном 3D-принтере с использованием экобезопасных материалов. Энергоснабжение будет обеспечиваться с помощью водородных топливных ячеек, а каждый модуль получит собственные резервуар для топлива и ячейки. Резервные дизельные генераторы не предусмотрены вовсе, вместо них будут использоваться аккумуляторы.

Изображение: ECL

Сообщается, что если сегодня строительство каждого дата-центра обходится примерно в $12‒15 млн/МВт, то новое решение будет вдвое дешевле. Там, где это приемлемо, будет осуществляться дополнительное подключение к местным сетям питания. В случае необходимости создания большого ЦОД будет использоваться центральный блок, вокруг которого будут возводиться отдельные модули. Их автономность позволит повысить работоспособность даже в случае отказа систем в одном из модулей. Оператором может выступать как заказчик, так и сама ECL, но возможно создание совместных предприятий.

Местные партнёры помогут компании пройти процедуры зонирования и проверки на сейсмоустойчивость. После постройки первого здания EdgeCloudLink намерена приобрести собственные 3D-принтеры и обучить сотрудников работе с ними. Это будет довольно просто, поскольку один такой принтер управляется всего тремя людьми. Простаивающие принтеры будут отдаваться на местные нужды для строительства обычных домов и зданий.

Компания Rolls-Royce готовится представить экологически безопасные электрогенераторы, работающие на чистом водороде. Как сообщает DataCenter Dynamics, с 2024 года планируются поставки моделей мощностью 1 МВт, созданных на основе метановых генераторов, уже выпускаемых под брендом mtu. Rolls-Royce также разрабатывает топливные элементы для ЦОД. В перспективе предполагается использование только «зелёного» водорода, получаемого с помощью электролиза из воды за счёт энергии солнечных элементов и ветряных электростанций.

Известно, что пока речь идёт о штучном товаре — два генератора будут доставлены в январе 2024 года в Германию. Это доработка уже существующей модели, работающей на метане — mtu Series 4000 L64. Новый вариант предназначен для использования с чистым водородом. Важно, что метан и водород имеют большую разницу в физико-химических свойствах, поэтому для создания действительно надёжного водородного генератора Rolls-Royce пришлось серьёзно поработать. Ожидается, что от тестовой эксплуатации к «серьёзному» применению компания перейдёт в 2026 году, именно тогда новые решения станут доступны широкому кругу клиентов.

Источник изображения: mtu

Уже имеющиеся в эксплуатации газовые системы пока не могут работать на чистом водороде, поэтому потребовалась глубокая переработка технологий. Так, Rolls-Royce изменила систему впрыска топлива, систему управления поршнями и т.д. Акцент в тестах делался на стабильности работы и снижение вредных выбросов — доказано, что Rolls-Royce уже может использовать многие комплектующие, выпускаемые для генераторов mtu, причём новые тестовые версии двигателей для генераторов с запасом соответствуют строгим требованиям ЕС, а обработка выхлопов просто не нужна.

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).