Перспективы экологической устойчивости глобальных центров обработки данных
По оценкам, на мировой сектор центров обработки данных приходится около 416 тераватт, что эквивалентно примерно 3 процентам всего спроса на энергию. Юго-Восточная Азия пользуется высоким спросом, и потребности в энергии растут, поскольку страны региона добавляют новую инфраструктуру центров обработки данных.
Опасения по поводу воздействия центров обработки данных на окружающую среду побудили некоторые страны и города-государства вводить ограничения на строительство новых объектов. Например, Сингапур приостановил строительство новых центров обработки данных в 2019 году. Теперь мораторий закончился, но новые центры обработки данных могут быть построены только «с лучшей в своем классе эффективностью использования ресурсов».
Давление в отношении улучшения экологических показателей центров обработки данных исходит не только от правительств и регулирующих органов. Операторы гипермасштабных центров обработки данных, такие как Google (Alphabet), Apple, Facebook (Meta), Amazon и Microsoft (GAFAM), все активнее стремятся к улучшениям. В прошлом году Google Data Centers поставила цель к 2030 году круглосуточно обеспечивать все свои облачные центры обработки данных безуглеродной энергией.
Но что означает переход на более чистые и экологичные объекты для такого оборудования, как дизельные генераторы?
Следует отметить, что генераторы в центрах обработки данных не являются крупными источниками выбросов углерода, поскольку они используются нечасто и только в течение коротких периодов времени. Тем не менее, дизельные генераторы по-прежнему сохраняют перспективы улучшения экологических характеристик за счет оптимизации генератора, сокращения периодических полевых испытаний, а также добавления дополнительной очистки выхлопных газов и использования биотоплива.
Разработать дорожную карту устойчивого развития
В общих чертах, центры обработки данных в Юго-Восточной Азии включают три основные энергетические группы: локальную генерацию электроэнергии или коммунальные услуги; инженерные системы, такие как охлаждение и распределение электроэнергии; и ИТ-системы. Улучшения в каждой из этих областей могут существенно способствовать повышению устойчивости.
Генераторы относятся к первой группе и представляют собой критически важные локальные установки по производству электроэнергии, в основном работающие на дизельном топливе, но иногда и на природном газе. Операторы центров обработки данных первого уровня в таких странах, как Сингапур, Южная Корея и Япония, устанавливают требования к генераторам более высокой мощности, чтобы повысить эксплуатационную эффективность и сократить расходы.
Дизель-генераторная установка мощностью 4 МВт обеспечивает большую часть необходимого резервного питания. Они обеспечивают высоконадежную реакцию на сбои в электроснабжении местной сети. Более крупные силовые узлы обеспечивают высокую производительность при компактных размерах, что особенно важно в условиях ограниченного пространства. Кроме того, дизельное топливо распространено в большинстве регионов и может безопасно храниться на месте, а запчасти и ремонт генератора легко организовать.
Эта критически важная роль означает, что они редко задействуются, что ограничивает выбросы углекислого газа. При этом производители прекрасно осознают необходимость постоянного улучшения экологических показателей, тем самым существенно оптимизируя генераторы.
Например, генераторы Kohler спроектированы с учетом всех соответствующих стандартов выбросов в Юго-Восточной Азии и других важных регионах, включая Европу и США. Такого соответствия можно достичь за счет высокооптимизированной конструкции внутреннего генератора и последующей обработки.
Достижения в обслуживании генераторов
Многие операторы дизельных генераторов часто сталкиваются с «влажным накоплением», когда недогоревшие газы выводятся из выхлопной системы, что приводит к ухудшению работы генератора и резкому сокращению его срока службы, а также может привести к нарушению норм выбросов. Это в основном происходит, когда генераторы часто работают с небольшой нагрузкой или без нее, поскольку генераторы центра обработки данных не рассчитаны на требуемую мощность или поскольку во время работы не всегда доступна достаточная нагрузка.
Самый эффективный способ избежать мокрой трубы во время ежемесячных тренировок — запустить генератор на рекомендуемой минимальной нагрузке. Но поскольку операторы центров обработки данных не хотят переходить к наращиванию нагрузок, ежемесячная практика требует использования контейнеров для загрузки, которые могут использоваться для дополнения или выполнения мероприятий по обслуживанию нагрузки. Этот нагрузочный банк тест служит средством искусственного увеличения нагрузки на генератор с целью сжигания накопленной нагрузки.
На многих объектах имеются резервы нагрузки, основанные на режимах технического обслуживания, созданных много лет назад. В современных конструкциях дизельных генераторов используются различные технологии для повышения эффективности работы и уменьшения зазора между поршнем и поршневыми кольцами, что позволяет выходить несгоревшему топливу. В сочетании с такими достижениями, как системы Common Rail, это достижение снижает нагрузки движения за счет включения газообразных продуктов сгорания и способствования формированию кумулятивных зарядов.
Экономия от перехода от ежемесячного нагрузочного тестирования к ежегодному нагрузочному тестированию значительна. Например, цикл работы блока нагрузки мощностью 3250 кВт в течение 30 минут в месяц сжигает около 660 галлонов дизельного топлива и выбрасывает 186 фунтов загрязняющих веществ в год. Для сравнения, при таком же ежемесячном холостом ходе расход топлива составляет менее 300 галлонов в год, что снижает общие выбросы загрязняющих веществ на фунт примерно на 82% в год.
Возобновляемое биотопливо входит в микс
Еще одной областью прогресса в области охраны окружающей среды является внедрение новейших видов возобновляемого топлива, таких как гидроочищенные растительные масла (ГРМ), которые часто включают парафиновые биотоплива, производимые из существующего сельскохозяйственного сырья, включая рапсовое, подсолнечное и соевое масла. Это линейные углеводороды, не содержащие ароматических соединений, кислорода и серы, которые могут обеспечивать высокие цетановые числа.
Важно отметить, что HVO представляет собой простое и эффективное решение в области возобновляемой энергии, обеспечивающее до 90% нулевого уровня выбросов углерода. Их легче хранить, чем биодизель, и они представляют собой «подключаемое» решение, которое можно использовать в обычных дизельных генераторах.
Его также можно смешивать с дизельным топливом для облегчения перехода. В результате многие промышленные дизельные генераторы Kohler уже совместимы с парафиновым синтетическим биотопливом HVO.
Аккумуляторы и топливные элементы
А как насчет пошаговых революционных решений, таких как батареи и топливные элементы?
Потенциальным решением могут стать промышленные аккумуляторные батареи, созданные на основе достижений литий-ионной технологии в сочетании с возобновляемыми источниками энергии. Некоторые гиперскейлеры работают над системами аккумуляторных батарей мегаваттного масштаба.
Интересно, что технологии возобновляемой энергии и ее накопления потенциально могут использоваться в приложениях по обслуживанию сетей: локальные аккумуляторные батареи на таких объектах, как центры обработки данных, могут использоваться для помощи коммунальным службам в управлении колебаниями сети. К проблемам, связанным с аккумуляторными системами, относятся надежность, качество и экономическая эффективность, однако для преодоления этих опасений проводятся исследования и разработки.
Водородные топливные элементы также представляют собой перспективную технологию как экологически чистое решение для резервного электропитания. Аналогичным образом операторы центров обработки данных и их промышленные партнеры внедряют экспериментальные топливные элементы с протонообменной мембраной, которые объединяют водород и кислород в процессе производства водяного пара и электроэнергии. В одном из экспериментов система топливных элементов мощностью 250 киловатт использовалась для непрерывного питания ряда серверов центра обработки данных в течение 48 часов.
Проблемы использования водорода обусловлены масштабируемостью и стоимостью. Подсчитано, что для работы ИТ-оборудования мощностью 30 МВт в течение 48 часов требуется 100 тонн водорода. Грузовик может перевозить 2 тонны водорода, поэтому двухдневное отключение потребует около 50 поставок водорода. Но водород по-прежнему остается захватывающей возможностью, и компания Kohler разрабатывает прототип генератора водорода мощностью 60 кВт с использованием технологии топливных элементов с полимерным электролитом и мембраной.
Центры обработки данных следующего поколения, расположенные в Юго-Восточной Азии, должны будут стать более экологичными и устойчивыми, чем когда-либо. Этот сдвиг может произойти в результате постоянного прогресса на нескольких фронтах — от новых стратегий технического обслуживания и внедрения возобновляемых видов топлива до использования современных топливных элементов и батарей, которые помогут обеспечить реальность более устойчивых центров обработки данных.
