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.

Дата-центр Microsoft в Сан-Хосе (Калифорния) намерен использовать резервный ИБП с довольно необычным пока топливом. Как сообщает Datacenter Dynamics, поставщик топливных ячеек Enchanted Rock намерен приобретать возобновляемый природный газ (RNG) для выработки электричества.

Ожидается, что представленная в июле прошлого года микросеть будет использовать энергию, получаемую за счёт использования биогаза, приобретать который Enchanted Rock намерена у поставщика US Energy, работающего с альтернативными видами топлива и «кредитами» на возобновляемую энергию. Микросеть призвана не только питать дата-центр в случаях неожиданного отключения энергии, но и в случаях, когда отключить централизованное питание предписывается магистральным поставщиком в соответствии с протоколом Base Interruptible Power (BIP). Поставщик может запрашивать у потребителей отключение в часы пиковых нагрузок, если это оговорено специальным соглашением и соответствует возможностям потребителя.

Топливные ячейки ИБП на природном газе не могут обеспечить полное отсутствие выбросов, но использование биогаза позволяет уменьшить объём вредных веществ, поступающих в атмосферу. Сообщается, что на площадке в Сан-Хосе будет применяться смесь, состоящая из биогаза и природного газа в равных долях. По условиям соглашения Enchanted Rock с Microsoft микросеть обеспечит нулевой углеродный выброс. Компании-партнёры подчёркивают, что топливные ячейки на природном газе имеют на 80 % меньший выброс, чем дизельные генераторы, работающие в соответствии с американскими стандартами, а в некоторых случаях они ещё эффективнее.

Источник изображения: Enchanted Rock

Enchanted Rock заявила, что несколько лет назад дата-центрам в регионе требовалась общая мощность 50-60 МВт, но теперь она выросла на порядок. В компании считают, что во многом рост потребностей в альтернативной энергетике связан со сложностями получения электричества из магистральных сетей и сложностями с получением разрешений на применение дизель-генераторов. В компании подчёркивают, что в Калифорнии очень строгие экологические нормы, но Enchanted Rock удаётся соответствовать всем необходимым стандартам.

После анонса нового решения в 2021 году и конкретного проекта для ЦОД Microsoft в 2022, сделан ещё один важнейший шаг по её внедрению. В Enchanted Rock планируют начать закупки RNG-топлива у US Energy уже с начала 2026 года. Сама Microsoft активно участвует в проектах по развитию «зелёной» энергетики. Ранее Microsoft успешно протестировала водородные топливные элементы для резервного питания ЦОД.

В Ирландии намерены реализовать проект, предусматривающий строительство дата-центра, получающего электропитание исключительно от твёрдооксидных топливных ячеек. Как сообщает The Register, речь идёт о соглашении местной компании и подразделения южнокорейского техногиганта SK Group.

SK Ecoplant уже сообщила о подписании меморандума о взаимопонимании с ирландской Lumcloon Energy, работающей над энергетическими проектами к западу от Дублина. Приблизительно в том же районе будет реализован новый проект — в 80 км от ирландской столицы в городке Касллост.

Как сообщают в ирландском Министерстве предпринимательства, торговли и занятости, сделка имеет огромное стратегическое значение для модернизации системы энергоснабжения ЦОД и позволит снизить выбросы углерода в атмосферу. Как первый в Европе ЦОД на топливных элементах объект может послужить «шаблоном» для многих других проектов в будущем.

SK Ecoplant будет поставлять топливные элементы Bloom Energy из США, а также займётся выполнением других функций, взяв на себя в проекте «всеобъемлющую роль». Bloom Energy уже сообщала в августе, что завершила первую фазу проекта по созданию 10-МВт генератора на топливных ячейках для тайваньского производителя печатных плат Unimicron Technology.

Источник изображения: Bloom Energy

Власти Ирландии заявляют, что спрос на энергию со стороны дата-центров создаёт большую нагрузку на местные энергосети и в последние годы на эту тему ведутся нескончаемые политические дебаты. Так, в прошлом году сообщалось, что потребление ЦОД Ирландии превысило потребление электричества всеми домами в сельской местности, а в Дублине уже пытались ввести мораторий на строительство новых ЦОД в пределах города. Сегодня в Ирландии с населением всего чуть более 5 млн человек действует 82 дата-центра, из которых 77 сосредоточены в районе Дублина.

Пока неизвестно, какие масштабы приобретёт новый проект и будет ли он реализован вообще. Топливные ячейки преобразуют химическое топливо и окислитель в электричество, обычно речь идёт о водороде и кислороде соответственно. Тем не менее, сообщалось, что изначально новый ЦОД, возможно, будет работать на природном газе, а водородные технологии будут внедрять позже.

В прошлом году нидерландский оператор ЦОД NorthC уже заявил, что внедрял модули на основе водородных топливных элементах на замену дизель-генераторам. Аналогичную технологию тестировала и Microsoft, а Equinix заявила, что тестировала технологию в качестве основного источника энергии в Сингапуре. Ранее в этом году Amazon заявила, что намерена перевести некоторые из своих ЦОД в Орегоне (США) на топливные элементы, работающие на природном газе — тоже в качестве приоритетного источника электричества.

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.

Компания Amazon, по сообщению The Register, планирует перевести некоторые из своих американских дата-центров в Орегоне на топливные элементы, работающие на природном газе. Это позволит частично решить энергетические проблемы, с которыми облачный провайдер столкнулся в этом регионе.

Отмечается, что у Amazon в Орегоне возник конфликт с землевладельцами, которые возражали против того, чтобы высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП) пересекали их территории. Кроме того, в начале текущего года сообщалось, что этот штат намерен резко ужесточить требования по выбросам CO₂ для ЦОД. Причём считается, что именно Amazon является одним из главных источников парниковых газов.

Как теперь стало известно, Amazon планирует установить топливные элементы мощностью около 75 МВт в трёх ЦОД (3×24,3 МВт) с возможностью расширения до четырёх дополнительных площадок в будущем. Такие системы позволят генерировать энергию на месте, что избавит Amazon от необходимости прокладки ЛЭП, и будут использоваться в качестве основного источника энергии. Однако при использовании природного газа побочным продуктом по-прежнему останется CO₂, что может вызвать недовольство властей. Впрочем, в перспективе установки могут быть переведены, например, на биогазы, получаемые от сельского хозяйства.

Источник изображения: Amazon

Согласно отчёту об устойчивом развитии Amazon, в 2021 году выбросы CO₂ компании поднялись на 18 %. В 2022 году Amazon анонсировала в 11 странах 133 новых проекта по выработке возобновляемой энергии суммарной мощностью 8,3 ГВт, поставивив очередной рекорд. Всего у компании есть 401 такой проект, из которых 164 приходится на солнечные и ветряные электростанции, а ещё 237 касаются размещения солнечных панелей на крышах. Amazon намерена получать от них до 56,881 ГВт·ч ежегодно. Компания рассчитывает стать углеродно-нейтральной к 2040 году, а полностью перейти на обеспечение своих потребностей в энергии из возобновляемых источников к 2025 году.

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.

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).