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).

Microsoft объединила усилия с Caterpillar и Ballard Power Systems для тестирования резервных генераторов на водородных топливных элементах в своём дата-центре в Куинси (штат Вашингтон). Проект рассчитан на три года и нацелен на изучение возможности использования водородных топливных элементов в масштабе ЦОД. Проект частично финансируется Министерством энергетики США (DOE) в рамках инициативы H2@Scale.

Caterpillar станет генеральным подрядчиком, обеспечивающим общую интеграцию всех систем, работу силовой электроники и средств управления. Ballard предоставит водородный электрогенератор на топливных элементах ClearGen-II мощностью 1,5 МВт, а Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) выполнит анализ его безопасности, экологичности и технико-экономических аспектов эксплуатации.

Источник изображения: Microsoft

Для успешной реализации проекта необходимо решить ряд проблем. Чтобы топливные элементы обеспечивали мощность 3 МВт в течение 48 часов, требуется около 68 м³ жидкого водорода, для хранения которого требуется намного больше места, чем для дизельного топлива. Для избегания утечек требуются специальные трубопроводы, а сам водород надо хранить при температуре ниже -253 °C. Ранее Microsoft успешно испытала водородные топливные ячейки мощностью 250 кВт от Power Innovations.

Microsoft сообщила, что успешно протестировала использование водородных топливных элементов для резервного питания своих серверов в центрах обработки данных. Это первый шаг к внедрению новых технологий, исключающих использование дизельного топлива в системах аварийного питания.

Водород хранился в резервуарах на трейлерах, припаркованных возле лаборатории в Солт-Лейк-Сити, штат Юта. Такой вариант хранения водорода был продемонстрирован в ходе эксперимента, но в дальнейшем планируется использовать стационарные резервуары. Microsoft намерена прекратить использование дизельного топлива к 2030 году в рамках своих инициатив по снижению вредных выбросов.

В эксперименте использовалась нагрузка в виде 10 стоек облачных серверов Microsoft Azure: в течение 48 часов использовалась 250-КВт система на топливных элементах. Такое время работы от топливных элементов выбрано не случайно, поскольку большинство перебоев в подаче электроэнергии длятся менее 48 часов.

Ранее для подобной задачи использовались шесть дизель-генераторов. Следующим шагом Microsoft планирует испытать систему резервного питания на топливных элементах мощностью 3 МВт, чтобы продемонстрировать как масштабируется система для больших дата-центров.

Дизельные генераторы на данный момент являются оптимальным выбором для большинства ЦОД, однако Microsoft стремится к сокращению выбросов углекислого газа и хочет полностью отказаться от дизельного топлива к 2030 году. Цель амбициозная, но достижимая. Пока основным препятствием к ее осуществлению является цена. Водород сам по себе до сих пор остается дорогим топливом, а его транспортировка и хранения обходятся еще дороже.

Следует также учесть, что водород более взрывоопасен, чем дизельное топливо, поэтому его хранение может стать большой проблемой для дата-центров, расположенных в крупных городах. Кроме радикальных мер по переводу аварийного питания дата-центров на водород, Microsoft рассматривает и более реальные альтернативы в виде питания генераторов от природного газа, который дает намного меньше выбросов, по сравнению с дизельным топливом, также рассматривается синтетическое дизельное топливо, которое при сгорании выделяет меньше углерода.

Проектами по созданию более экологичных источников питания занимаются и другие компании: Rolls-Royce и Daimler Truck AG разработают топливные элементы для ЦОД, а Keppel и Mitsubishi намереваются создать водородную электростанцию. Ещё одной альтернативой могут стать ёмкие аккумуляторы — оператор Switch для своего дата-центра в Неваде построит комплекс из солнечной электростанции мощностью 127 МВт и модулей Tesla MegaPack суммарной ёмкостью 240 МВт∙ч