По оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), в 2022 году энергопотребление корпоративных и коммерческих дата-центров по всему миру достигло 460 тераватт*часов (ТВт*ч). В МЭА ожидают, что к 2026 году годовое энергопотребление ЦОД превысит 1000 ТВт*ч. Это примерно эквивалентно количеству электроэнергии, потребляемой Японией. Поэтому вопрос снижения нагрузки на силовую инфраструктуру со стороны ЦОД выходит на первый план среди не только непосредственно владельцев и операторов дата-центров, но и целых правительств наиболее развитых и прогрессивных стран с точки зрения цифровой инфраструктуры.
Мощным подспорьем в решении этого вопроса выступает постоянная модернизация силового оборудования в ЦОД. Благо, многочисленные вендоры активно выводят на рынок передовые продукты и периодически модернизируют представленные ранее решения. Именно им и посвящен настоящий дайджест.
Международная торговая палата Таиланда призвала правительство азиатской страны рассмотреть возможность поддержки инициатив по строительству малых модульных атомных электростанций для поддержки местной отрасли ЦОД. Операторы тайских дата-центров сталкиваются с критикой, поскольку в стране наблюдается рост цен на электроэнергию, в котором часто обвиняют быстро расширяющийся рынок корпоративных и коммерческих дата-центров.
Председатель палаты Монтри Махаплеркпонг (на фото выше) заявил о необходимости пересмотра энергетической стратегии Таиланда с целью снижения цен на электричество и продвижения страны в качестве наиболее предпочтительной площадки для размещения корпоративных и коммерческих дата-центров в регионе АСЕАН (Ассоциация государств Юго-Восточной Азии).
Махаплеркпонг и его коллеги ожидают, что потребление электроэнергии в “стране улыбок” в будущем увеличится в 3 раза из-за дата-центров. По его оценкам, стоимость строительства малой модульной атомной электростанции не выше, чем цена строительства ГЭС. При этом при переходе на “мирный атом” цена на электроэнергию может снизиться на 1,5–2 бата за 1 кВт*ч.
Команда стартапа Infrgy, базирующегося в Индии, представила технологию, которая позволяет преобразовывать радиочастотные (РЧ) сигналы в электричество. Эта технология может принести пользу проектировщикам и производителям автономных силовых устройств, включая датчики для ЦОД и даже целые микро-дата-центры в удаленных от цивилизации локациях.
Прототип устройства способен улавливать энергию, используемую для передачи радиочастотных сигналов, и усиливать ее электромагнитной энергией, полученной из окружающей среды. В результате устройство генерирует больше электричества, чем на него подается. Прототип был протестирован Институтом технологий Кашмирского университета в Индии. Результаты теста были официально задокументированы и опубликованы в открытом доступе.
Один из компонентов устройства Infrgy передает сверхвысокочастотный радиочастотный сигнал, который преобразуется в постоянный ток. Одновременно прототип улавливает электромагнитную энергию, присутствующую в окружающей среде, и также преобразует ее в постоянный ток. Объединенный поток электронов затем может использоваться для запитки нагрузки или преобразовываться в переменный ток. Команда стартапа готова продемонстрировать технологию всем заинтересованным сторонам, включая представителей академических кругов и потенциальных бизнес партнеров, а также клиентов.
Ранее участники сразу нескольких исследовательских проектов объявляли о намерении использовать потенциал преобразования радиоволн в электричество. Эти проекты завершались с переменным успехом. Например, в 2022 году ученые из Университета Южной Флориды (США) заявили о разработке антенны, способной преобразовывать радиоволны в энергию, которая, в свою очередь, может применяться для электропитания элементов интернета вещей. В качестве примера приводились датчики в периферийных ЦОД. Была надежда, что это поможет сократить количество и емкость батарей, используемых в таких дата-центрах.
Японско-финская исследовательская группа оценила перспективы использования солнечных ферм для электроснабжения дата-центров в холодном климате и обнаружила, что электроэнергия от солнечных панелей может быть значительно дешевле поступающего из центральной электросети. Даже с учетом необходимости использования аккумуляторных батарей. Международная исследовательская группа также проанализировала использование излишков тепла, генерируемого дата-центрами.
Исследователи смоделировали в MATLAB несколько сценариев для ЦОД, расположенных на юге Финляндии (в Хельсинки) и в северном японском городе Саппоро. Они рассмотрели цены на энергоносители в 2019 году, до пандемии COVID-19 и до энергетического кризиса в Европе, а также тарифы, актуальные на 2023 год.
Для каждой локации ученые моделировали как ЦОД среднего размера с нагрузкой 2,5 МВт, так и гипермасштабный ЦОД с нагрузкой 25 МВт. В случае Хельсинки они рассматривали использование солнечных ферм мощностью 0,96 МВт и 9,6 МВт, соответственно, расположенных на крыше ЦОД.
В Японии мощность моделируемых СЭС составляла 0,48 МВт и 4,8 МВт, соответственно. Кроме того, в обеих локациях малые ЦОД также получали электричество от обычной солнечной фермы мощностью 5 МВт (расположенной на земле), а гипермасштабные ЦОД — от СЭС мощностью 50 МВт. Малые ЦОД имели хранилища электричества на базе литий-ионных батарей емкостью 10 МВт*ч, а более крупные – 100 МВт*ч.
В сценариях для Хельсинки излишки тепла ЦОД использовались для централизованного теплоснабжения в регионе Хельсинки, тогда как в случае Японии оценивалась возможность использования тепла для удаления снега в регионе Саппоро путем его нагревания и превращения в воду. Город Саппоро тратит на это более 150 миллионов евро (163 миллиона долларов США) в год.
Стоимость солнечной фермы на крыше ЦОД мощностью 2,5 МВт и 25 МВт составила около 1,3 млн евро/МВт как в Финляндии, так и в Японии, тогда как более крупная СЭС, позволяющая продавать излишки электроэнергии в центральную сеть, стоила от 0,96 млн евро/МВт до 1,21 млн евро/МВт в течение своего жизненного цикла в Финляндии и от 1,03 млн евро/МВт до 1,12 млн евро/МВт в Японии.
Стоимость электроэнергии для солнечной фермы на крыше в Финляндии составила €89,1 /МВт*ч. Для сравнения: стоимость электричества из центральной сети в скандинавской стране – €59,7 /МВт*ч в 2019 году и €171 /МВт*ч в 2022 году. В случае более крупной СЭС цена варьировалась от €74,8 /МВт*ч до €94,9 /МВт*ч . В Японии цена электричества с СЭС составила от €62,9/МВт*ч до €70,1/МВт*ч. Электричество из центральной сети там стоило €126,8/МВт*ч в 2019 году и €223,2/МВт*ч в 2023 году.
Продажа излишков электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, в сеть и использование излишков тепла ЦОД для передачи в местную сеть центрального теплоснабжения оказались наиболее эффективным сценарием для Финляндии. Для ЦОД на севере Японии лучше подходят хранение излишков электричества, генерируемого СЭС, в аккумуляторных батареях и использование их для растапливания снега.
Ученые отмечают, что местное производство электричества из возобновляемых источников энергии и механизмы рекуперации излишков тепла по-прежнему редко используются в ЦОД. Но повышение цен на электроэнергию значительно увеличило интерес к этим технологиям со стороны владельцев и операторов корпоративных и коммерческих дата-центров.
Многие интернет-корпорации давно выбирают страны с холодным климатом для размещения новых серверных ферм, используя низкие температуры окружающей среды для более экономичного охлаждения IT-оборудования. Это привело к росту на таких рынках как Норвегия и Исландия. Финляндия также начинает становиться популярным направлением. Например, в декабре 2023 года компания atNorth объявила о планах по строительству кампуса ЦОД мощностью 600 МВт в городе Коувала к северо-востоку от столицы Хельсинки. Свежее исследование показало, что размещение СЭС в таких ЦОД может сделать их еще более экологичными и экономичными.
Базирующаяся в Финляндии технологическая группа Wärtsilä и британская компания AVK-SEG, занимающаяся энергетическими решениями, подписали соглашение о сотрудничестве. Цель – обеспечение автономной работы дата-центров за счет развертывания локальных электрогенерирующих мощностей.
Объединяя 30-летний опыт AVK в проектировании систем электропитания для дата-центров и передовые наработки Wärtsilä в области производства высокоэффективных среднеоборотных двигателей, партнеры пообещали корпоративным клиентам из сектора ЦОД надежное электроснабжение критически важных объектов.
В соответствии с условиями соглашения, AVK будет выполнять проектирование и установку локальных систем генерации электроэнергии, которые будут использоваться в качестве основного источника электропитания ЦОД. Wärtsilä предоставит инженерное оборудование и поддержку, концентрируясь на техническом обслуживании. Основное внимание партнеры планируют уделять растущему европейскому рынку, включая континентальную Европу и Великобританию.
Отрасль ЦОД бурно развивается во многих странах. Например, в США. Но далеко не все члены американского общества воспринимают этот тренд в позитивном ключе, сетуя на чрезмерную нагрузку на и без того перегруженную центральную электросеть, а также на экологические аспекты эксплуатации дата-центров. В частности, критику вызывает необходимость наращивания сжигания ископаемых углеводородов, чтобы удовлетворить потребности новых и модернизируемых ЦОД в электричестве.
Один из выходов – развертывание дополнительных возобновляемых источников энергии в тандеме с системами хранения электричества. В них будут поступать излишки вырабатываемой СЭС, ГЭС, ГеоЭС и ВЭС электроэнергии в периоды минимальной активности конечных потребителей.
Чтобы поддержать эту инициативу, Министерство энергетики США объявило о намерении вложить $100 млн в проекты по созданию массивов нелитиевых батарей для долгосрочного хранения электроэнергии. Ведомство опубликовала уведомление о намерении профинансировать пилотные демонстрационные проекты по созданию стационарных систем хранения энергии с длительным сроком разряда (более 10 часов).
Власти готовы поддержать финансово от 3 до 15 проектов грантами в размере от $5 до $20 млн, которые должны быть подкреплены частными инвестициями. Финансирование будет охватывать проектирование, разработку пилотной системы, изготовление и установку, эксплуатационные испытания и валидацию, а также проектирование систем коммерческого масштаба.
Исследователи по всему миру не первый год ищут альтернативы литиевым аккумуляторам. В июне 2024 года ученые из Университета Саутгемптона в Великобритании разработали аккумулятор с электролитом на водной основе, пригодный для крупномасштабного хранения энергии. Американский стартап Unigrid недавно привлек $12 млн на разработку аккумуляторной батареи, в основе которой лежит новый натрий-ионный состав.
Базирующееся в Австралии Агентство научных и прикладных исследований Содружества Наций (англ.: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO) объявило о сотрудничестве с командой одного из подразделений корпорации Alphabet (ранее – Google), специализирующегося на экспериментальных проектах.
Цель партнеров – разработка инвертора нового типа, который можно использовать в ЦОД. Этот “умный” инвертор позволит более эффективно управлять генерирующими мощностями на базе возобновляемых источников энергии, подключенным к ЦОД (основной потребитель) и центральной электросети (получает излишки сгенерированного электричества).
В рамках этого проекта организация CSIRO сотрудничает с подразделением Tapestry, которое является частью лаборатории Alphabet X-lab Moonshot (ранее известной как Google X). Инженеры уже представили прототип инвертора, который дополняется рядом инновационных датчиков и специальным комплектом программного обеспечения.
Инвертор может взаимодействовать с другими устройствами в сети, включая солнечные панели или аккумуляторные батареи. Это взаимодействие позволяет уравновесить спрос и предложение электроэнергии в условиях колебания количества генерируемого и потребляемого электричества.
Инвертор оснащен аппаратурой для измерения и фильтрации сигналов, а также программным обеспечением для формирования микросетей. Прототип проходит испытания в на площадке организации CSIRO, расположенной в Ньюкасле. Первые результаты были описаны как «многообещающие». Отмечается, что новый прототип компактнее традиционных моделей. По размерам он сравним со средним ноутбуком.
Устройство обеспечивает впечатляющую выходную мощность в 300 кВт. Это соответствует мощности 164 стандартных инверторов, доступных в настоящее время на рынке. В прототипе использованы компоненты из карбида кремния.
Подразделение Tapestry, запущенное в 2021 году, работает над набором инструментов для анализа, планирования, эксплуатации и модернизации электрораспределительной сети GridAware. Этот продукт позволяет коммунальным предприятиям автоматизировать процесс проверки активов. Команда Tapestry также разработала инструмент моделирования сети Grid Planning Tool, ускоряющий процессы планирования и прогнозирования. Кром того, подразделение сотрудничает с энергетическими компаниями AES и Consumers Energy (США), CEN (Чили), Distributed Power Africa (ЮАР) и Vector (Новая Зеландия).
Поставщик никель-цинковых аккумуляторов ZincFive объявил о достижении знакового рубежа. Совокупная мощность аккумуляторов, проданных операторам ЦОД и другим клиентам, превысила 1 ГВт. Компания, базирующаяся в Орегоне (США), отмечает, что ее запатентованные никель-цинковые батареи обеспечивают более высокую безопасность, надежность и устойчивость по сравнению со свинцово-кислотными и литий-ионными аналогами.
Компания ZincFive также объявила об увеличении инвестиций в производственные мощности на территории Соединенных Штатов Америки. Помимо расширения производства аккумуляторов, вендор вкладывает значительные суммы в разработку новой продукции. Расширение бизнеса обусловлено растущим спросом со стороны владельцев и операторов дата-центров, которые наращивают вычислительные мощности на фоне развития искусственного интеллекта.
Компания ZincFive занимается продвижением никель-цинковых аккумуляторов уже более десяти лет. Их литий-ионные аналоги, которые более распространены, все чаще подвергаются критике за потенциальную опасность вследствие т.н. теплового разгона. Этот феномен стал причиной ряда серьезных пожаров в ЦОД, включая сбой в декабре 2022 года, выведший из строя южнокорейское приложение Kakao Talk. Утверждается, что никель-цинковые аккумуляторы требуют минимального обслуживания и не представляют опасности из-за теплового разгона, обеспечивая при этом высокую надежность, что важно для ЦОД.
Поставщик стационарного силового оборудования, включая зарядные устройства для электромобилей, ABM приобрел поставщика инжиниринговых услуг с акцентом на системы бесперебойного питания Quality Uptime Services. В ассортимент последней входят предложения для ЦОД. Цена сделки – $119 млн.
Компания ABM заявила, что приобретение Quality Uptime Services позволит ей расширить предложения в сфере ЦОД. Приобретенный вендор, ранее входивший в группу компаний UPS, на первоначальном этапе после поглощения продолжит работу под собственным брендом. В будущем без малого полторы сотни сотрудников Quality Uptime Services станут частью отдела Mission Critical Solutions компании ABM. Подразделение Mission Critical Solutions будет предлагать критически важные инфраструктурные решения для ЦОД, оборудование для силовых испытаний, обслуживания электрораспределительных устройств и ИБП.
Компания Infineon Technologies AG представила программный пакет для моделирования энергосистемы дата-центра, который позволяет оценить ее надежность и помогает устранять предпосылки для сбоев в электроснабжении критически важного серверного оборудования, а также телекоммуникационной инфраструктуры.
Разработки продукта, ссылаясь на результаты исследования организаций Uptime Institute, отмечают, что в 39% случаях причиной простоя инфраструктуры ЦОД выступает отключение электроэнергии. При этом средняя стоимость простоя составляет $687 700. Это обуславливает потребность в инструментах, позволяющих гарантировать бесперебойную работу инфраструктуры дата-центра, тем самым минимизируя финансовый ущерб от возможных сбоев.
Программный пакет для моделирования энергосистемы дата-центра интегрируется с решениями Infineon для мониторинга системы электропитания. Это позволяет повысить эксплуатационную устойчивость, сократить “углеродный след” и добиться существенной экономии средств.
Операторам и владельцам ЦОД, заказывающим системы ИБП у компании Vertiv, теперь доступны не только устройства со свинцово-кислотными или литий-ионными батареями. Вендор предоставил корпоративным клиентам возможность выбрать никель-цинковые (NiZn) батареи производства ZincFive. В частности, клиентам доступны батарейные шкафы серии ZincFive BC UPS. Обещана полная совместимость с большими и средними системами ИБП Vertiv, включая сравнительно свежее предложение в лице линейки Trinergy (см. ниже).
Шкафы ZincFive BC UPS имеют обратную и прямую совместимость с инверторами ИБП мегаваттного класса. Их производитель обещает сравнительно малые габариты, минимальное техобслуживание и высокую надежность. Ранее компания ABB добавила батареи ZincFive в свой ассортимент систем ИБП, включая решения для дата-центров.
Упомянутая выше новая система ИБП Trinergy для дата-центров от компания Vertiv имеет модульную конструкцию. Каждый ее базовый блок мощностью 500 кВт оснащен инвертором, выпрямителем и элементами управления. Она совместим с системой хранения энергии DynaFlex Battery Energy Storage System от Vertiv, которая может использовать альтернативные источники энергии для организации резервного или основного электропитания инфраструктуры ЦОД.
Система также может использовать функцию Vertiv Dynamic Grid Support для передачи излишков электричества в центральную электросеть. Она была представлена вместе с интегрированным решением PowerNexus, обеспечивающим эффективное соединение между ИБП и распредустройствами.
Компания Vertiv также заключила партнерское соглашение с производителем топливных элементов Ballard Power Systems с целью интеграции этих устройств в собственные системы бесперебойного питания для дата-центров. Обещана возможность масштабирования от 200 кВт до нескольких мегаватт.
Инженеры Vertiv уже интегрировали силовые модули на водородных топливных элементах Ballard с ИБП Vertiv Liebert EXL S1 в рамках пилотного проекта. Поимо топливных элементов Ballard PowerGen мощностью 200 кВт, которые питают резервную систему, в решение Vertiv Power Module H2, которое использовалось в ходе тестов, интегрированы солнечные батареи мощностью 1 МВт и система хранения энергии Vertiv DynaFlex Battery Energy Storage System (BESS). Первоначальные проверки и испытания прошли успешно.
Компания Ballard, основанная в 1979 году, предлагает топливные элементы на базе технологии протонообменной мембраны. Они применяются для генерации электроэнергии и резервного электропитания. Флагманский продукт вендора FCwave базируется на модулях мощностью 200 кВт. Доступно масштабирование до 1,2 МВт (6 модулей). Оборудование размещается в контейнере. Оно интегрировано с аккумуляторами, использующими 5,5 кв.м. полезной площади.
