Оператор ЦОД Equinix внедрил в дублинском дата-центре IBX технологию резервного питания от водородных элементов ESB Hydrogen Fuel Cell в составе модулей GeoPura, передаёт Datacenter Dynamics. По словам Equinix, компания стремится к внедрению экоустойчивых инфраструктурных решений и работает с ESB и GeoPura над созданием современных генераторов с питанием от водорода. Детали проекта пока не разглашаются. Сейчас Equinix управляет четырьмя IBX-ЦОД (BD1-4) и одним xScale (DB5x) в ирландской столице.

Находящаяся в государственной собственности ирландская компания ESB активно инвестирует в производство и хранение водорода помимо создания собственно ячеек. А основанная в 2019 году GeoPura совместно с Siemens разрабатывает модули питания HPU на основе топливных элементов для замены дизельных генераторов. По некоторым данным, компания привлекла £92 млн ($118 млн) от UK Infrastructure Bank, Barclays Sustainable Impact Capital, GM Ventures, SWEN Capital Partners, Siemens Energy Ventures и др.

Решение GeoPura Hydrogen Power Unit (HPU) представляет собой стандартный 20″ контейнер, заполненный водородными топливными элементами. Он обеспечивает 250 кВт (электричество), 80 кВт (тепло) и имеет ёмкость 216 кВт∙ч. Мощность можно довести до 2 МВт путём объединения несколько контейнеров. Для снабжения HPU компания производит собственный «зелёный» водород. В GeoPurа заявили, что HPU уже используют британское Министерство обороны, Balfour Beatty, National Grid и BBC. К 2033 году компания намерена внедрить более 3600 HPU.

Источник изображения: ESB

Equinix впервые опробовала водородные топливные элементы во Франкфурте в 2013 году, а в 2017-м установили ячейки Bloom в 12 дата-центрах. Также ранее водородные элементы тестировались для питания ЦОД в Сингапуре. В той или иной степени используют водород в качестве источника энергии компании Microsoft, Amazon, Nxtra, NorthC. А Honda тестирует систем из б/у ячеек для резервного питания собственного ЦОД в Калифорнии.

Источник изображения: GeoPura

Однако именно в Ирландии остро требуется внедрение новых энергетических технологий после фактического моратория на большинство новых проектов в районе Дублина. Так, Amazon, Google и Microsoft готовы построить собственные линии электропередач, чтобы не нагружать уже существующие и не лишиться ЦОД в Дублине. Одним из примеров новаторства стала Bloom Energy. Компания построит первый в Европе дата-центр с питанием только от твердооксидных топливных ячеек, работающих на газе.

Компания Ippon представила однофазные онлайн-источники бесперебойного питания (ИБП) серии Innova RT II New мощностью 6 и 10 кВт. Новинки, по заявлениям разработчика, предназначены для использования в электрощитовых, серверных или промышленных помещениях.

Устройства выполнены по технологии двойного преобразования с чистым синусоидальным сигналом на выходе (On-line UPS). По данным Ippon, обеспечивается выходной коэффициент мощности 1.0 с идеальной синусоидой. Решения подходят для питания практически любого чувствительного оборудования.

Источник изображений: Ippon

ИБП заключены в металлический корпус. Допускается горизонтальное и вертикальное (с помощью подставки) размещение, а также монтаж в 19″ стойку, в которой изделия займут пять посадочных мест (5U). Схема параллельного резервирования N+X позволяет улучшать надёжность и гибкость — можно объединить до трёх ИБП. Допускается подключение дополнительных батарейных модулей (приобретаются отдельно).

В оснащение входит поворотный дисплей для отображения информации о режиме работы, состоянии нагрузки, событиях и пр. Подсветка экрана автоматически отключается через 10 минут бездействия. Устройства оснащены защитой от перегрузки в режиме работы от батареи и в режиме работы автоматического байпаса, а также защитой от высоковольтных выбросов. КПД в режиме ECO превышает 98 %. Допускается эксплуатация при температуре окружающей среды от 0 до +40 °C.

Для удалённого управления предусмотрены интерфейсные порты. Упомянуты «сухие контакты», RS-232 (COM), USB, слот для карт расширения. Реализована функция аварийного отключения питания EPO (Emergency Power Off). Возможно одновременное подключение до шести батарейных модулей (на втором изображении) к одному ИБП.

ИИ-системам требуются огромные объёмы электроэнергии, что резко повышает требования к системам резервного питания ЦОД на случай сбоев, пишет EE Times. По данным СМИ, глобальный спрос со стороны критических IT-инфраструктур вырастет с 49 ГВт в 2023 году до 96 ГВт к 2026 году, на ИИ придётся порядка 40 ГВт. При этом ёмкость ИИ ЦОД, как ожидается, будет составлять 100 МВт. А общее потребление дата-центров может вырасти до более 1000 ТВт∙ч в 2026 году.

Для ИИ ЦОД требуется доступность на уровне 99,99999 %, так что им нужно полномасштабное резервное энергоснабжение. Для этого обычно используются дизельные или газовые генераторы мощностью 1–2 МВт. Для защиты крупного ЦОД нужны десятки таких машин, готовых к пуску. Критически важной является скорость переключения на резервный источник питания — на старт генератора обычно требуется до нескольких минут, так что всё это время питание должно осуществляться от аккумуляторов. Кроме того, нужно распределительное устройство, а также система мониторинга и автоматизации, которая сделает для IT-нагрузки переход с одного источника на другой незаметным.

Источник изображения: Saif71.com / Unsplash

Однако рост ёмкости ЦОД резко усложняет и удорожает создание систем резервного питания. Генератор мегаваттного класса весит около 5 т (без топлива), занимает не так уж мало места (добавьте сюда топливный бак объём от 1 м³) и стоит порядка $1–$2 млн без учёта доставки и установки. При этом аккумуляторная система — это ещё один отдельный комплекс с собственными проблемами установки. Так что не исключено, что недавно запущенный ИИ-кластер xAI, который пока что вынужден питаться как раз от генераторов, даже после подключения к энергосети оставит эти генераторы на площадке.

Компания Vertiv подготовила обновлённую модульную систему ИБП Trinergy для дата-центров и других предприятий. По данным Datacenter Dynamics, новинка легко адаптируется к меняющимся нагрузкам ЦОД. Также представлено интегрированное решение PowerNexus, обеспечивающая экономию места — технология позволяет близко размещать собственно ИБП и распределительные устройства.

Модульный дизайн предусматривает использование физически разделённых «ядер» по 500 кВт, каждое с инвертором, выпрямителем, бустером/зарядным устройством и выделенным управлением. Это позволяет каждому модулю работать независимо. Предлагаются варианты на 1500, 2000 и 2500 кВА.

Как утверждают в компании, решение подходит для объектов, предусматривающих использование оборудования с большими нагрузками — вроде HPC- или ИИ-систем. При этом Trinergy может неограниченно долго работать при полной нагрузке и питании от DC-источника. Это особенно удобно при работе с источниками возобновляемой энергии вроде солнечных элементов питания — её можно будет накапливать без преобразования. Кроме того, некоторые ЦОД имеют выделенные DC-сети, что повышает эффективность технологии.

Источник изображения: Vertiv

Новая ИБП-система совместима с хранилищами Vertiv DynaFlex Battery Energy Storage System, способной использовать альтернативные источники энергии в качестве резервных или основных. Trinergy также поддерживает функцию Vertiv Dynamic Grid Support — благодаря этому можно участвовать в т.н. «управлении спросом» в совместимых электросетях, это особенно удобно для регулирования подачи энергии в энергосети общего назначения.

В Vertiv заявляют, что Trinergy превосходит требования Tier IV, для которых требуется работа без сбоев 99,9994 % времени. Trinergy обеспечивает доступность на уровне 99,99999998 %. Другими словами, допустимый простой для Trinergy составляет 30 секунд за 10 лет, а для стандарта Tier IV — 8 часов за тот же срок.

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.

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.

Финский оператор мобильной связи и телекоммуникационных сервисов Elisa получит от государства €3,9 млн на создание распределённого энергохранилища (Distributed Energy Storage, DES) в своей сети. Как сообщает DataCenter Dynamics, в случае необходимости энергия будет передаваться и местным электросетям. Выделенный финскими властями грант позволит создать крупнейшую в Европе «виртуальную электростанцию», позволяющую рационально расходовать энергию и управлять энергохранилищами. По данным оператора, это крупнейший проект такого рода в Европе.

Финансирование осуществляется в рамках финской программы продвижения проектов, связанных с «зелёной» энергетикой — Recovery and Resilience Plan. Elisa уже протестировала новое решение на 200 базовых станциях. По данным компании, использование DES поможет снизить расходы на электричество. Система уже получила предварительное одобрение финского оператора электросетей Fingrid. Грант позволит создать виртуальное энергохранилище ёмкостью до 150 МВт·ч, что является крупнейшим европейским проектом в области систем хранения энергии, даже в сравнении с проектами централизованных хранилищ.

Фото: Jonathan Borba / Pexels

DES использует ИИ и машинное обучение, позволяющие оптимизировать использование электроэнергии базовыми станциями и эффективно управлять циклами заряда/разрядки аккумуляторов таким образом, что это позволит превратить резервные источники питания сети базовых станций в «виртуальную электростанцию», способную делиться энергией с операторами местных сетей электропередач в случае непредвиденного повышения нагрузки.

Новое решение обеспечит в некоторых случаях альтернативу ископаемому топливу и поможет электросетям, нуждающимся в дополнительных источниках возобновляемой энергии. Считается, что система не только повысит устойчивость сетей связи, но и поможет сэкономить на электричестве, а также будет способствовать достижению нулевых выбросов парниковых газов, поощряя наполнение энергохранилищ из возобновляемых источников.

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).

Системы резервного питания ЦОД включают в себя не только дизель-генераторы, но и массивы резервных батарей достаточно серьёзной ёмкости (а иногда и только аккумуляторы), которые большую часть времени простаивают. Microsoft и Eaton считают, что такой подход нерационален, особенно в рамках курса на снижение углеродного следа и повышение эффективности энергосетей.

Компании объявили о сотрудничестве с целью постепенного оснащение ЦОД Microsoft нового поколения системами резервного питания, способными взаимодействовать с «умной» энергосетью и при некоторых условиях даже отдавать в неё запасённую в батареях энергию. В основе лежит разработанная Eaton технология EnergyAware UPS.

Контроллер Eaton EnergyAware. Источник: Eaton

Компании сотрудничают не первый год: ранее Eaton выбрала в качестве предпочитаемой облачной платформы Microsoft Azure, где развернула поддержку своих решений, включая мощные «умные» прерыватели питания. В прошлом году компании опубликовали исследование, в котором рассмотрена потенциальная роль ЦОД с интерактивными подсистемами питания в «зелёной энергетике». Теперь же от слов партнёры перешли к делу.

Между компаниями заключено стратегическое соглашение «о цифровой трансформации и переходе на возобновляемую энергетику» (digital transformation, sustainability and the energy transition), плодом которого станет оснащение центров обработки данных Microsoft соответствующими подсистемами питания, разработанными Eaton, и способными гибко взаимодействовать с внешней энергосетью, функционируя не только в качестве потребителя.

Источник: Eaton

В концепции композитной «умной» самобалансирующейся энергосети ЦОД, оснащённый оборудованием Eaton, сможет выступать в качестве полноправного участника, и при необходимости не только забирать из неё энергию, но и отдавать, компенсируя суточное или погодное падение выработки другими «зелёными» источниками, а заодно и получать от этого некоторую выгоду. Сама Eaton приводит некоторые цифры в описании технологии: нагруженный на 50% UPS EnergyAware мощностью 1 МВт может принести от $35 тыс. в год.

Это не единственный случай интеграции ИБП дата-центров в энергосети — аналогичные пилотные проекты есть у Google и Telia. Согласно исследованию Omdia, к внедрению такого подхода готово всё больше операторов ЦОД. Впрочем, есть и обратные примеры. Так, для изоляции собственного массива батарей Tesla MegaPack от местной энергосети оператору Switch в своё время пришлось получать специальное разрешение.