Системы энергоснабжения дата-центров во многом зависят от аккумуляторов в составе ИБП. Участники рынка ЦОД активно инвестируют в создание аккумуляторных систем — не так давно число используемых Li-Ion элементов в дата-центрах Google по всему миру достигло 100 млн шт., сообщает пресс-служба компании.

В Google используются системы электропитания с 48 В постоянного тока (48Vdc), причём ИБП интегрированы непосредственно в стойки. Такая распределённая архитектура обладает двумя ключевыми преимуществами: область возможного сбоя ИБП ограничивается одной стойкой; нет дополнительной точки отказа между ИБП и серверами. Такой подход снижает общую стоимость владения (TCO), поскольку ИБП масштабируется вместе с инфраструктурой, благодаря чему уменьшаются затраты на начальном этапе внедрения, говорит компания.

Размещение батарей на DC-шине вместе с серверами исключает потери энергии, связанные с промежуточными преобразованиями переменного тока (AC) в постоянный (DC), положительно влияя на общую эффективность системы. В 2016 году Google открыла спецификации своей системы электропитания стоек, включая спецификации для литий-ионных BBU, в рамках Open Compute Project (OCP). Кроме того, Li-Ion аккумуляторы вдвое долговечнее и вдвое мощнее свинцово-кислотных элементов, применявшихся ранее. Таким образом, переход с одних на другие означает, что теперь можно использовать меньше батарей, что также положительно влияет на экологичность ЦОД, говорит Google.

Источник изображений: Google/OCP

В Google отмечают, что развернуть 100 млн Li-Ion элементов можно только благодаря подходу «безопасность прежде всего», принятому в компании. Основным риском для такого типа элементов является возможность неуправляемого нагрева, т. н. «теплового разгона» в случае, если с ними некорректно обращаются, чрезмерно заряжают или не охлаждают должным образом. В результате могут случаться пожары, и хотя такое бывает редко, огонь очень трудно погасить из-за выделения большого количества тепла и риска «цепной реакции» воспламенения соседних элементов.

Для использования большого «парка» АКБ в Google применяют метод тестирования UL9540A (стандарт, разработанный для оценки безопасности энергосистем, включая аккумуляторы) и проводит строгие испытания литий-ионных блоков BBU. В результате Google успешно получила от регуляторов разрешения на использование BBU даже в Азиатско-Тихоокеанском регионе, где действуют самые жёсткие правила. Сейчас в Google изучают возможность использования больших энергохранилищ (BESS).

Безопасность аккумуляторов — не праздный вопрос. Пожары в дата-центрах вообще случаются не так уж редко, а во многих случаях причиной служат именно инциденты с аккумуляторами. За примерами не надо далеко ходить: один из крупнейших в мире сбоев ЦОД южнокорейской площадки Kakao произошёл именно из-за перегрева и возгорания литий-ионных аккумуляторов SK On, что привело к пожару. В сентябре 2024 года из-за возгорания Li-Ion элементов ИБП пострадал сингапурский ЦОД Digital Realty. В 2023 году эксперты Uptime Institute предупреждали о возможной опасности использования Li-Ion элементов в дата-центрах, поскольку они подвержены повышенному риску возгорания.

Китайский промышленный гигант BYD заключил сделку с Saudi Electricity Company, предполагающую строительство крупнейших в мире аккумуляторных энергохранилищ в Саудовской Аравии. Компания намерена объединить мощности на пяти площадках с общей ёмкостью 12,5 ГВт∙ч, сообщает Globe Newswire.

Вместе с уже реализованным ранее проектом на 2,6 ГВт∙ч общий объём сотрудничества теперь оценивается в 15,1 ГВт∙ч. Новый этап сотрудничества стал поворотным шагом на пути к развитию индустрии возобновляемой энергии Саудовской Аравии и соответствует инициативе модернизации Vision 2030. На фоне климатических изменений она намерена добиться использования 50 % возобновляемой энергии к 2030 году.

Системы хранения энергии BESS (Battery Energy Storage System) поставит BYD Energy Storage. Хранилища получат модули MC Cube-T ESS, использующие инновационную технологию CTS (Cell-to-System). Новые решения будут интегрированы в саудовскую электросеть и сыграют ключевую роль в борьбе с вызовами, связанными с ростом поставок возобновляемой энергии, которые не особенно стабильны. Кроме того, аккумуляторные хранилища помогают справиться с пиковыми нагрузками.

Источник изображения: BYD Energy

17 лет назад BYD поставила пилотную BESS-систему на литий-железо-фосфатных элементах (LFP) для оценки их эффективности. На текущий момент компания развернула в общей сложности более 75 ГВт∙ч в более чем 110 странах и регионах. Предполагается, что новый знаковый проект заставит пересмотреть ценность электрохимических энергохранилищ на мировом энергетическом рынке.

Востребованность BESS растёт. Например, ирландский регулятор предложил дата-центрам заняться самостоятельной постройкой электростанций и энергохранилищ на фоне острого дефицита энергии в районе Дублина — чтобы не потерять позиции лидера рынка ЦОД из-за нехватки развитой энергетической инфраструктуры на фоне спроса на ИИ.

Оператор Scandinavian Data Centers (SDC) запустил систему хранения энергии на основе АКБ (BESS) для подземного ЦОД ScandiDC I. Объект расположен в шведском Эскильстуне (Eskilstuna), причём речь идёт о реализации экосистемного проекта, сообщает Datacenter Dynamics.

Как сообщает пресс-служба компании, недавно она объявила о запуске первого «экосистемного» объекта ScandiDC I, который подразумевает создание ЦОД с энергохранилищем для стабилизации местной электросети, а также интеграцию с локальной системой отопления тепла дата-центра жилых домов. Как заявляют в SDC, она стремится максимизировать «общественную выгоду на мегаватт». С учётом растущих энергетических потребностей процесса цифровизации объект рассматривается в качестве модели того, как ИИ может использоваться для отопления, внося таким образом свой вклад в устойчивое развитие.

ЦОД расположен на территории бывшего военного завода, построенного в 1939 году. Последние 14 лет на объекте работал небольшой ЦОД одной из местных IT-компаний. Предполагается, что грядущее расширение позволит повысить ёмкость и гибкость ЦОД — будут доступны залы (шесть штук на первом этапе) как с воздушным охлаждением, так и с СЖО. Завершить работы планируется в 2026 году, инвестиции составят kr2 млрд ($186,8 млн).

Источник изображения: SDC

Тепло ЦОД будут передавать в систему центрального отопления Eskilstuna Energi & Miljö. Энергохранилище BESS, разработанное совместно с Ellevio Energy Solutions, будет резервным источником питания ЦОД. Глава SDC ранее был соучредителем Rockan Data Center, запустившей ЦОД в бывшем военном подземном объекте. В США и Евросоюзе активно используют бункеры времён холодной войны и другие бывшие военные объекты, иногда они применялись даже в нелегальных целях.

Власти Эскильстуны объявили, что инициатива укрепляет позиции муниципалитета как лучшего в экологическом отношении в Швеции, а также пионера в области устойчивого развития. Примечательно, что здесь же строит дата-центр и Amazon (AWS), его должны ввести в эксплуатацию в конце года.

Для бесперебойного снабжения электроэнергией американского суперпроекта Stargate, помимо подключения к энергосети, будут использоваться солнечная энергия, природный газ, аккумуляторные энергохранилища и дизель-генераторы, сообщает Datacenter Dynamics. Строительство первого ЦОД уже начато в Техасе.

По данным источников Bloomberg, знакомых с планами развития Stargate, часть энергии, вероятно, будет поступать от SB Energy, дочерней структуры компании SoftBank, предлагающей солнечные и аккумуляторные решения. SB Energy уже довольно давно планировала запитать ЦОД в Техасе. В прошлом году компания объявила о трёх соответствующих проектах для дата-центров Google. Речь идёт о «солнечном поясе» Orion Solar Belt — солнечных электростанциях Orion I, Orion II и Orion III суммарной мощностью почти 900 МВт (258 МВТ, 302 МВт и 315 МВт соответственно).

OpenAI сообщила журналистам, что рассматриваются различные варианты модернизации энергосистемы Соединённых Штатов с использованием самых разных технологий — от атомной энергетики до аккумуляторных энергохранилищ. Поскольку одной только солнечной энергии для Stargate вряд ли хватит, OpenAI будет использовать и другие источники. Подрядчики Stargate уже подали заявку на строительство электростанции на природном газе мощностью 360,5 МВт и стоимостью около $500 млн. Всего будет задействовано десять газовых турбин — по пять от GE Vernova и Solar Turbines («дочка» Caterpillar). Они напрямую будут питать дата-центр.

Заявку подала компания, работающая в интересах Crusoe Energy, которая, в свою очередь, ещё летом начала строительство 205-МВт ИИ ЦОД для Oracle и OpenAI в техасском Абилине (Abilene), также известного как Project Ludicrous. Именно этот кампус, как ожидается, станет первой действующей площадкой Stargate. Кроме того, уже получено разрешение на установку резервных дизель-генераторов.

Источник изображения: Thomas Richter/unsplash.com

Дополнительно появилась информация о том, что OpenAI ищет для Stargate менеджера по закупкам, ответственного за оборудованиее и работу с поставщиками, и технического руководителя программ, отвечающий за инфраструктурную стратегию. Обе вакансии предполагают широкий круг обязанностей, от соискателей требуется не менее пяти лет опыта работы в крупных проектах. Не так давно OpenAI уже переманила из Meta✴ специалиста по цепочкам поставок для помощи в реализации проекта Stargate.

Часть авиабазы Naval Air Station Lemoore близ Фресно (Калифорния) ВМС США совместно с энергетической компанией Ameresco намерены превратить в комплекс из солнечной электростанции мощностью 425 МВт, энергохранилища и дата-центра — всё на площади около 370 га. Ameresco реализует проекты в области солнечной энергетики в США, Канаде и Европе. Авиабаза Naval Air Station Lemoore открыта в 1961 году и является крупнейшей авиабазой ВМС США.

После получения в распоряжение участка Ameresco построит солнечную электростанцию с аккумуляторным энергохранилищем, которые будут снабжать дата-центр общей площадью 56 тыс. м². ЦОД предполагается построить в пять этапов, на каждом из которых будет возведено 20–25 МВт, так что общая ёмкость объекта, вероятно, превысит 100 МВт. По информации СМИ, электростанция и хранилище также будет выступать резервным источником питания самой авиабазы, что обеспечит ей бесперебойное энергоснабжение. Предполагаются поставки энергии и другим клиентам в регионе.

Источник изображения: ВМС США

Это не единственный проект строительства солнечных электростанций для питания дата-центров, но один из самых масштабных. Так, индийская AmpIn Energy Transition (ранее Amp Energy India) ввела в эксплуатацию солнечную электростанцию, компенсирующую потребление ЦОД AWS. Проект имеет общую мощность 100 МВт (в пике до 135 МВт). А Microsoft в прошлом году анонсировала строительство в США солнечных электростанций суммарной мощностью 2,5 ГВт.

Швейцарский застройщик ERNE Gruppe совместно с FlexBase Group объявили о совместной реализации стратегического проекта по созданию гигантского аккумуляторного хранилища FlexBase Technology Center мощностью более 500 МВт. Ёмкость его не уточняется, но сообщается, что оно станет одним из крупнейших если не в мире, то в Европе. Как сообщается в материалах FlexBase, при нём введут в эксплуатацию и ЦОД, предназначенный для ИИ-вычислений.

По имеющимся данным объект разместится на площади 20 тыс. м² в Лауфенбурге в кантоне Аргау (Laufenburg, Aargau) — для реализации проекта перестроят уже имеющееся здание, ранее принадлежавшее Swissgrid, а новое здание напротив старого станет ядром технологического центра. Штаб-квартира Swissgrid переехала из Лауфенбурга в Аргау (адм. центр кантона) в 2018 году, перенеся на новое место всю IT-инфраструктуру и построив два новых ЦОД.

Источник изображения: ERNE Gruppe

Начало строительства запланировано на весну 2025 года. Общая площадь ЦОД составит 600 м², он получит систему жидкостного охлаждения и 8 тыс. м² солнечных панелей. Тепло дата-центра будет передаваться местной сети теплоснабжения. Предполагается, что новый проект позволит создать сотни рабочих мест в Лауфенбурге. В энергохранилище будут использоваться проточные редокс-аккумуляторы, считающиеся более эффективными и безопасными, чем традиционные решения. Проекты строительства энергохранилищ активно реализуются и в других странах Европы, но обычно их мощность несопоставима с предлагаемым в Швейцарии вариантом.

10 сентября 2024 года в сингапурском дата-центре Digital Realty SIN11 произошёл пожар, последствия которого ещё предстоит оценить. По информации Datacenter Dynamics, больше всех пострадало облако Alibaba Cloud, одна из зон доступности (Singapore Availability Zone C) которого была развёрнута на базе этого ЦОД. Также пострадали Lazada, ByteDance, Digital Ocean, Coolify и Cloudflare.

Пожар начался во вторник в 7:45 по местному времени. В течение получаса весь персонал был эвакуирован. Причиной пожара предварительно названо возгорание литий-ионных аккумуляторов в ИБП на третьем этаже четырёхэтажного здания. Силы гражданской обороны Сингапура (Singapore Civil Defence Force, SCDF) даже применили автономного робота в попытке охладить аккумуляторные блоки, однако в результате в отсеке и соседних помещениях стала накапливаться вода, из-за чего возник риск коротких замыканий.

В итоге пришлось экстренно отключать питание одного из зданий, что также привели к проблемам с сетевым подключением в соседних зданиях. Работы по тушению и устранению рисков заняли более суток. К вечеру среду пожарные службы всё ещё не пускали в пострадавшие помещения инженеров ЦОД и его клиентов. По словам Digital Realty, сейчас ситуация стабилизировалась, а надёжность конструкций самого здания в результате пожара не пострадала.

Источник изображения: Digital Realty

ЦОД SIN11 Digital Loyang 1 включает четыре здания общей площадью 17 тыс. м². Он был введён в эксплуатацию в 2016 году. Стандарты SCDF требуют, чтобы все системы хранения энергии (Energy Storage Systems, ESS) находились на первом этаже. При этом Digital Realty отметила, что новые правила ввели в действие с 2020 года, через четыре года после запуска SIN11.

Ранее от грандиозного пожара пострадал оператор ЦОД OVHCloud, который долго время разбирался многочисленными претензиями клиентов. Крупнейший в мире инцидент с южнокорейском ЦОД Kakao тоже произошёл из-за Li-Ion аккумуляторов. Весной 2023 года пожар в ЦОД LAX12 той же Digital Realty привёл к приостановке обслуживания части клиентов. А в самом Сингапуре после масштабного сбоя дата-центра Equinix власти пообещали жёстко отрегулировать деятельность ЦОД и облаков.

Американское министерство энергетики (DOE) намерено инвестировать $100 млн в проекты, предусматривающие применение батарей без использования лития. По данным Datacenter Dynamics, оно уже выпустило т.н. «уведомление о намерениях», предусматривающих финансирование нескольких демонстрационных энергопроектов, акцентирующих внимание на «нелитиевых» технологиях, решениях со временем разрядки 10+ часов и стационарных энергохранилищах.

Подобные системы могут стать важным элементом перехода на возобновляемые источники энергии для дата-центров и сетевых поставщиков электроэнергии, поскольку смогут помогать захватывать и сохранять солнечную или ветряную энергию и отдавать её по мере необходимости, в том числе ночью или в штиль. Кроме того, подобные технологии можно будет использовать для подпитки энергосетей в случае экстренной необходимости.

В DOE считают, что США понадобится ещё 700–900 «зелёных» ГВт для того, чтобы страна добилась нулевых выбросов к 2050 году. При этом нынешние сети уже включают кратковременные хранилища энергии, но рост мощностей возобновляемых источников может привести к ужесточению требований к системам хранения. Системы длительного хранения энергии (LDES), по мнению чиновников, должны сыграть ключевую роль в создании энергетических резервов, необходимых для обеспечения стабильности работы энергосетей.

Источник изображения: Federico Beccari/unsplash.com

За финансирование отвечает Управление по демонстрации экологически чистой энергии (Office of Clean Energy Demonstrations, OCED). Предполагается поддержать от 3 до 15 проектов, которые получат $5–20 млн. Но должны найтись и частные соинвесторы, готовые вложить в каждый выбранный проект аналогичную сумму. Предполагается, что гранты помогут в развитии технологий, позволят довести опытные разработки до промышленной реализации, поспособствуют проведению практических испытаний и развитию цепочек поставок. При этом отобраны будут проекты, которые наиболее близки к стадии коммерциализации.

Промышленные аккумуляторы без лития, которые подходят для резервного питания крупных объектов, уже существуют. Недавно американский стартап Unigrid привлёк $12 млн для разработки найтрий-ионных АКБ. А ZincFive и FDK создают никель-цинковые батареи.

Поставщик никель-цинковых аккумуляторов ZincFive сообщил, что суммарная мощность отгруженных и заказанных АКБ превысила 1 ГВт (ёмкость батарей не указывается). Компания также объявила, что увеличила инвестиции в США и планирует расширить там как разработку, так и производство новых продуктов. Масштабирование бизнеса подогревается ростом спроса на ИИ-инфраструктуру.

В компании в очередной раз подчеркнули, что её решения безопаснее, надёжнее и экологичнее других распространённых типов аккумуляторов. По словам ZincFive, обеспечению экоустойчивости теперь уделяется повышенное внимание — как сама компания, так и её клиенты намерены снижать углеродные выбросы.

Источник изображения: ZincFive

Вендор продвигает никель-цинковые аккумуляторы более 10 лет. Литий-ионные варианты критикуют за неконтролируемый нагрев, часто приводящий к серьёзным пожарам, включая самый масштабный в мире сбой ЦОД Kakao. Утверждается, что никель-цинковые батареи требуют минимального обслуживания, не перегреваются, при этом чрезвычайно надёжны в качестве резервных источников питания для ЦОД.

Оператор дата-центров Corscale использует аккумуляторы ZincFive в кампусе Gainesville Crossing в Северной Вирджинии с 2022 года, применение АКБ компании в своих ИБП одобрила ABB. У компании есть и конкуренты. В конце прошлого года сообщалось, что Ni-Zn аккумуляторы японской компании FDK готовы к использованию в дата-центрах.

Молодая компания Unigrid, по сообщению TechCrunch, провела раунд финансирования Series A, в ходе которого привлечено $12 млн. Деньги пойдут на дальнейшую разработку натрий-ионных аккумуляторов, которые, как ожидается, станут менее дорогой альтернативой традиционным литий-ионным батареям.

Несмотря на широкую распространённость, литий-ионные источники питания стоят весьма дорого — около $140 в расчёте на 1 кВт·ч. В то же время натрий-ионные изделия при производстве в сопоставимых масштабах обещают значительное снижение цены благодаря более доступному сырью.

Источник изображения: Unigrid

Однако имеются сложности. Дело в том, что существующие технологии не позволяют создавать натрий-ионные батареи с такой же высокой плотностью, как у литий-ионных. А это значит, что при аналогичной ёмкости натрий-ионные изделия будут значительно крупнее и тяжелее. Еще одна трудность заключается в том, что из-за разных характеристик заряда и разряда требуется другая управляющая электроника. Unigrid утверждает, что смогла решить обе проблемы.

В частности, повысить ёмкость удалось благодаря новому химическому составу. В одной части источника питания применяется хромат натрия, а в другой — олово. Батареи Unigrid занимают не больше места, чем литий-железо-фосфатные элементы, а иногда и меньше. Плюс к этому энергетические характеристики новых аккумуляторов схожи с параметрами литий-ионных источников, что позволяет использовать существующую управляющую электронику.

Деньги в рамках раунда финансирования Series A стартапу Unigrid предоставили Transition VC, Ritz Venture Capital, Union Square Ventures и Foothill Ventures. Производство новых батарей компания намерена организовать на мощностях сторонних предприятий.

Предполагается, что натрий-ионные аккумуляторы найдут применение в различных областях, в том числе в ИБП для дата-центров, медицинских учреждений и пр. Ещё одним преимуществом таких батарей перед литий-ионными изделиями является высокая температура возгорания — несколько сотен градусов Цельсия. Таким образом, повышается безопасность при эксплуатации.

Между тем оператор ЦОД Digital Edge планирует заменить литий-ионные аккумуляторы на своих площадках на «гибридные суперконденсаторы» Donghwa ES. Компания Kinetic Solutions получит для своего ЦОД в Аризоне (США) альтернативу резервными литий-ионным аккумуляторам — ванадиевые проточные редокс-батареи, разработанные британской Invinity Energy Systems. А FDK и ZincFive предлагают никель-цинковые аккумуляторы.