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.

Как сообщает Data Centre Dynamics (DCD), оператор ЦОД Digital Edge в отчете ESG за 2024 год анонсировал партнерское соглашение с южнокорейской компанией Donghwa ES о разработке так называемого «гибридного суперконденсатора» (HSC) в качестве нового типа источника питания для своих ИБП, который может заменить традиционные литий-ионные аккумуляторы.

Из приведённого компанией описания технологии HSC можно заключить, что она представляет собой некий гибрид двухслойного конденсатора и литий-ионной батареи. HSC, по утверждению компаний, в сравнении с другими технологиями позволяет снизить износ отрицательного электрода, обеспечить зарядку за «считанные минуты» и получить повышенные термостойкость (до +65 °С), срок службы (15 лет) и надёжность (более 100 тыс. циклов перезарядки).

Источник изображения: Donghwa ES

Donghwa ES создала оригинальную концепцию технологии, а Digital Edge предоставила экспертные знания в области систем бесперебойного питания. Donghwa ES намерена коммерциализировать HSC для более широкого использования в промышленности в течение 2024 года. По словам Digital Edge, первоначальные испытания «оказались успешными» и теперь компания приступает к развертыванию HSC «в небольших масштабах» в своих новых ЦОД и только для некритических нагрузок, но перевод на эти батареи существующих объектов пока не планируется.

Оператор дата-центров Digital Realty намерен реорганизовать систему питания своих ЦОД в Ирландии таким образом, чтобы та могла отдавать электричество в энергосети во время пиковых нагрузок. The Register сообщает, что это поможет сгладить нагрузки на энергосистемы, снизить выбросы углекислого газа и обеспечить операторам дополнительную выручку.

Один из крупнейших в мире операторов дата-центров работает с энергораспределяющей компанией Enel X, которая позволит сохранить стабильность сетей с помощью систем бесперебойного питания ЦОД. Это, например, даст возможность снизить зависимость от электростанций, работающих на ископаемом топливе в часы максимальных нагрузок. Digital Realty уже ранее реализовала подобный проект с помощью Enel X в Сиднее.

Только вокруг Дублина оператор ЦОД имеет девять объектов. Он утверждает, что аккумуляторы их ИБП прошли самые строгие проверки и одобрены для снабжения резервной энергией электросетей. Для начала в программе будут участвовать источники бесперебойного питания мощностью 6 МВт. Соглашение с Enel X позволит Digital Realty использовать по-новому использовать энергетические активы дата-центров, в числе прочего позволяя подключать к сети больше возобновляемых источниках энергии.

Источник изображения: israel palacio/unsplash.com

Ирландия уже получает 30–40 % энергии из возобновляемых источников, что имеет и негативные стороны. В частности, неизбежны перепады качества энергоснабжения из-за нестабильности работы ветряков и других подобных источников. В Digital Realty подчёркивают, что в таких ситуациях пригодится энергия ИБП дата-центров. В этом месяце оператор EirGrid объявил о снижении минимального числа больших генераторов на ископаемом топливе, которые должны работать в энергосети страны в любое время — с пяти до четырёх, в ответ на растущую доступность возобновляемой энергии.

Впрочем, Digital Realty не первой представляет подобную схему в Ирландии. Microsoft уже анонсировала внедрение интерактивной ИБП-технологии в собственном ЦОД в Дублине в середине 2022 года, она сотрудничает с Eaton и той же Enel X. Последняя служит агрегатором для объединения коммерческих источников энергии в «виртуальные электростанции». В прошлом году Microsoft объявила, что проект увенчался успехом и заявила о намерении масштабировать его на другие ЦОД по всей планете.

Энергия для ЦОД стала весьма обсуждаемой темой в последнее время, эксперты предупреждают, что рост ёмкости дата-центров на фоне взрывного спроса на ИИ-сервисы может привести к тому, что только в США ЦОД будет потребляться к 2030 году 20–25 % всей электроэнергии, а в Ирландии к 2026 году — около трети. Это уже привело к рационированию вычислительных ресурсов AWS.

Занимающаяся разработкой и выпуском солнечных элементов питания компания Exowatt получила финансирование от руководителя OpenAI Сэма Альтмана (Sam Altman), а также двух других инвесторов. The Register сообщает, что точных данных об объёмах инвестиций Альтмана нет, но вкладывает деньги не его компания, а он лично.

Доля вложений Альтмана в Exowatt неизвестна, но есть данные, что двумя другими инвесторами выступили Andreessen Horowitz и Atomic. Общий объём инвестиций составляет $20 млн. В Exowatt рассчитывают генерировать экобезопасное электричество, стоимость которого со временем упадёт до $0,01/кВт·ч. Серьёзные проекты начнут реализовать уже в 2024 году.

Exowatt разрабатывает солнечные панели, сохраняющие энергию в виде тепла, которое конвертируется в электричество. Интеграция довольно больших «тепловых аккумуляторов» с собственно солнечными линзами в одном блоке, как заявляют в компании, и является ключевым отличием от других решений. Утверждается, что новое солнечное решение для питания ИИ и дата-центров будущего обеспечит меньшую стоимость энергии, чем у электростанций на ископаемом топливе.

Источник изображения: Exowatt

Высокие энергетические показатели чрезвычайно важны, когда речь идёт о дата-центрах, не говоря о ЦОД для ИИ-систем — дефицит электричества является серьёзной проблемой для гиперскейлеров вроде AWS, Microsoft или Google. Сам Альтман ещё в январе 2024 года говорил о проблемах с электроснабжением и подчёркивал, что для развития ИИ потребуется «прорыв» в энергетических технологиях.

Считается, что причиной инвестиций Альтмана отчасти стала дружба с главой Atomic Джеком Абрахамом (Jack Abraham), хотя глава OpenAI не впервые вкладывает деньги в энергетические проекты. Например, он поддерживает «атомные» стартапы Helion и Oklo. Примечательно, что первым потенциальным клиентом Helion является Microsoft, имеющая тесные связи с OpenAI — компания намерена получить доступ к электричеству, полученному за счёт термоядерного синтеза, уже в 2028 году.

Впрочем, в краткосрочной перспективе будут применяться более привычные источники электричества — солнечная и атомная энергии. Exowatt и другие экзотические энергетические компании всё ещё находятся на стадии стартапов. В то же время Amazon, например, использует традиционную АЭС для питания недавно купленного кампуса ЦОД.

Оператор Vodacom, действующий на территории Южной Африки, наметил планы борьбы с участившимися кражами аккумуляторов, питающих базовые станции и иные инфраструктурные объекты. По данным DataCenter Dynamics, ежемесячно в регионе регистрируется 15–28 инцидентов вандализма, связанных с мобильной инфраструктурой, АКБ крадут по 18–30 раз в месяц.

В ЮАР у Vodacom есть 45 млн абонентов, и после каждого инцидента без коммуникаций остаются тысячи человек, а стоимость восстановления связи обходится в лучшем случае в несколько тысяч долларов. Проблема тесно связана с перебоями в электросетях страны и только усугубляет ситуацию — Vodacom Central Region стала использовать резервные источники питания и генераторы для подстраховки, после чего преступники стали красть аккумуляторы, генераторы, кабели и другое вспомогательное оборудование.

Только в мае государственная энергоснабжающая компания Eskom предупреждала, что, возможно, число перебоев с подачей энергии вырастет этой зимой (с июня по август) до беспрецедентного уровня, поскольку в Южной Африке продолжается энергетический кризис. В Eskom предупреждали, что отключения за 32-часовой цикл могут достигнуть 16 часов. В Vodacom уже объявили, что усилили меры безопасности на площадках с базовыми станциями, установив камеры видеонаблюдения. Кроме того, начался монтаж станций в антивандальных контейнерах с сигнализаций.

Источник изображения: Sergio-sq/pixabay.com

Также указывается, что некоторые преступники уже предстали перед судом и приговоры за порчу инфраструктуры весьма жёсткие. Например, в мае 2022 года за кражу аккумуляторов базовых станций трое преступников приговорены к 15 годам тюрьмы за каждый эпизод, каждый получил по 30 лет заключения. Аналогичные приговоры выносятся и за кражу генераторов — ущерб для оператора в таких случаях иногда составляет десятки тысяч долларов.

Это не единственная проблема телеком-корпораций в Африке и далеко за её пределами. Так, в Ботсване оператор Botswana Telecommunications Corporation (BTC) наметил планы отказа от медных компонентов в своём оборудовании из-за участившихся краж. Проблема коснулась даже относительно благополучных стран вроде Великобритании — в прошлом месяце преступники оставили без интернета Оксфордшир, украв 500 м медного кабеля, причём это далеко не первый случай.

Эксперты Uptime Institute, по сообщению NetworkWorld, предупреждают о возможной опасности использования литий-ионных батарей в ЦОД. По мнению экспертов, такие накопители энергии повышают риск возгорания.

В течение последнего времени сразу несколько крупных дата-центров пережили масштабные пожары. Так, в марте 2021 года огонь уничтожил ЦОД французской компании OVHcloud в Страсбурге. Возгорание также произошло на площадке иранской Telecommunication Infrastructure Company (TIC). Кроме того, пожар привёл к самому масштабному в мире сбою ЦОД Kakao: этот инцидент был вызван воспламенением аккумуляторов. Возгорание батарей спровоцировало проблемы в дата-центре Cyxtera и в ЦОД Maxnod.

Изображение: SK On

Как отмечает консалтинговая фирма Frost & Sullivan, в настоящее время Li-Ion аккумуляторы широко используются в источниках бесперебойного питания. Ожидается, что к 2025 году на них будет приходиться 38,5 % рынка батарей для ЦОД против 15 % в 2020-м. Такие накопители энергии обладают рядом преимуществ по сравнению со свинцово-кислотными батареями — они компактнее, проще в обслуживании и имеют более продолжительный срок эксплуатации. Обратной стороной медали является повышенная вероятность воспламенения.

Источник: Uptime Institute

По оценкам Uptime Institute, примерно 7 % сбоев в ЦОД происходит в связи с пожарами. Причём Li-Ion аккумуляторы крайне плохо поддаются тушению традиционными средствами. Они горят интенсивнее, дольше и при более высокой температуре, нежели свинцово-кислотные изделия. Поэтому такие элементы в случае возгорания могут нанести ЦОД колоссальный ущерб.

Отмечается, что даже если оборудование в дата-центре не пострадает непосредственно от огня, дым и продукты горения, попавшие в серверы, в перспективе могут спровоцировать преждевременные отказы. Поэтому, считают специалисты, операторам ЦОД следует сопоставлять выигрыш в энергоэффективности от внедрения литий-ионных батарей с рисками возгорания и сопутствующими убытками.

Компания Microsoft намерена распространить успешный опыт по интеграции энергохранилища дата-центра в Дублине с местными энергосетями на свои ЦОД во всём мире. Как сообщает DataCenter Dynamics, ещё в 2022 году свою эффективность доказала схема, объединяющая систему литий-ионных аккумуляторов (BESS) и интерактивные ИБП компании Eaton, которая позволяет делиться энергией с ирландской электросетью в случае необходимости. Подобные пилотные проекты уже реализуют многие операторы ЦОД вроде Google и Telia, а также операторы Deutsche Telecom и Elisa.

К 2030 году Ирландия намерена использовать в своих сетях не менее 70 % возобновляемой энергии, уже сейчас на долю ЦОД приходится порядка 10 % всего энергопотребления страны. По прогнозам экспертов, меньше, чем через 10 лет этот показатель вырастет до 30 %, что приведёт к замедлению роста рынка ЦОД в Ирландии и даже уходу некоторых игроков из-за внедрения новых правил. Применяемая Microsoft система уже сегодня особенно востребована именно здесь, где активное строительство ЦОД привело к нехватке энергетических мощностей.

Источник изображения: Jan Huber/unsplash.com

Такие «виртуальные электростанции» (Microsoft в этом деле помогала Enel X) могут эффективно использоваться в любой точке мира. Считается, что такое решение будет способствовать декарбонизации электросетей. Дело в том, что нестабильные поставки из возобновляемых источников увеличивают потребность в формировании именно аккумуляторных хранилищ. Кроме того, становится доступна и более эффективная и быстрая балансировка сетей — для передачи энергии на краткосрочный период аккумуляторные резервы намного эффективнее.

Пока неизвестно, сколько компания готова отдавать в ирландскую энергосеть. В дублинском кампусе ёмкостью 255 МВт Microsoft намерена построить дополнительные мощности — благодаря тому, что компания успела получить разрешение на строительство до введения в Дублине временных лимитов на создание ЦОД. Ожидается, что следующей на очереди станет Великобритания, где будет использовано аналогичное решение. Впрочем, есть и альтернативный подход — AWS приняла решение закупить более сотни дизель-генераторов для своих ирландских ЦОД.