Водородные топливные элементы появились в ЦОД

Сегодня дата-центры стали ключевыми элементами ИТ-инфраструктур крупных компаний, поэтому именно на них в первую очередь нацеливаются передовые разработки, которые позволяют повысить энергоэффективность. Одна из них – водородные топливные элементы – уже проходит испытания в крупном ЦОДе Microsoft.

Разработанная Power Innovations 250-киловаттная система водородных топливных элементов прошла испытания в ЦОД Microsoft

Казалось бы, зачем что-то менять в уже хорошо отработанных решениях, к числу которых относятся и дизель-генераторы для обеспечения резервного энергоснабжения? Тем не менее, исследователи не сидят на месте, и сегодня стоимость альтернативных средств, таких как водородные топливные элементы значительно снизилась и стала конкурентной дизельным системам. Мало того, человечество стало серьезно задумываться о снижении отрицательного воздействия на Природу нашей планеты. Поэтому на первый план стал выходить и такие факторы, как экологичность и снижение выбросов углекислого газа. Совокупность этих причин и дала старт работе конструкторов по замене резервных дизельных электрогенераторов на водородные топливные элементы.

История этой разработки началась весной 2018 года, когда исследователи Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии в Голдене (штат Колорадо) провели демонстрацию, в которой для энергоснабжения стойки с компьютерами был использован водородный топливный элемент с протонообменной мембраной, или PEM.  Коротко суть его работы заключается в том, что в процессе соединения водорода и кислорода в топливных PEM-элементах генерируется ток и выделяется водяной пар. Поэтому не наблюдается никаких вредных воздействий на окружающую среду. Стоит отметить, что подобные топливные элементы также нацеливаются на сферу автотранспорта.

Как признался Марк Монро, главный инфраструктурный инженер в команде передовых разработок Microsoft для центров обработки данных, который возглавляет проект по изучению потенциала водородных топливных элементов для питания резервных генераторов в центрах обработки данных, эта демонстрация вдохновила его приступить к работе по масштабированию этой технологии для энергоснабжения целой площадки. Поэтому была закуплена 250-киловаттная система топливных элементов, мощности которой достаточно для питания полного ряда (порядка 10 стоек) серверов ЦОД. Испытания начались в компании Power Innovations, разработчике системы, за пределами Солт-Лейк-Сити в сентябре 2019 года. И в декабре прошлого года система прошла 24-часовой тест на надежность, а в июне нынешнего – уже 48-часовой тест. 

Следующим шагом для команды является приобретение и испытание 3-мегаваттной системы на топливных элементах, которая по своим размерам не уступает дизельным резервным генераторам в центрах обработки данных Azure.

На этом, вроде бы, можно было поставить многоточие или задать риторический вопрос о том,  как скоро можно ожидать подобные коммерческие решения для использования в массовом рынке. Но меня в этой истории приятно удивила масштабность замысла применения водорода, как средства энергосбережения. Стоит еще коротко остановиться на, так называемой, водородной экономике.

По замыслу Microsoft, водородная экономика включает в себя инфраструктуру для закупки, хранения и поддержания достаточного количества экологически безопасного водорода для питания резервных генераторов в течение 12-48 часов, что является стандартным в отрасли для обеспечения «пяти девяток» в показателе доступности услуг.

Например, для 48 часов резервного электроснабжения каждому центру обработки данных потребуется до 100 000 килограммов водорода для заправки резервных генераторов в случае длительного перебоя в электроснабжении, как пояснил Марк Монро.

«Дальнейшие разговоры в компании о том, как обеспечить безопасность этой инфраструктуры, привели к обсуждению роли Microsoft в стимулировании водородной экономики», – отметил Брайан Дженус, генеральный менеджер команды Microsoft по стратегии энергосбережения и устойчивого развития центров обработки данных. «Что если бы вы могли взять все эти активы, имеющиеся в центре обработки данных, и интегрировать их в сеть таким образом, чтобы еще больше ускорить декарбонизацию сети в более широком смысле, а не просто в качестве точечного решения для самого центра обработки данных. Вот где, я думаю, кроются настоящие открытия».

Microsoft использовала водород, хранящийся в резервуарах на прицепах, припаркованных возле лаборатории недалеко от Солт-Лейк-Сити (штат Юта), для заправки водородных топливных элементов, которые питают ряд серверов центра обработки данных в течение 48 часов подряд

Так дата-центр Azure, оснащенный топливными элементами, резервуаром для хранения водорода и электролизером, преобразующим молекулы воды в водород и кислород, может быть интегрирован с электроэнергетической системой для предоставления услуг по балансировке нагрузки. Например, электролизер может быть включен в периоды избыточного производства энергии ветра или солнца для хранения возобновляемой энергии в виде водорода. Затем в периоды повышенного спроса Microsoft могла бы запускать водородные топливные элементы для выработки электроэнергии для сети. Водородные транспортные средства дальнего следования могли бы подтягиваться к центрам обработки данных для заправки своих резервуаров.

Возможно, это кажется картинкой отдаленного будущего, но как показала история развития ИТ, в этой сфере все развивается так быстро, что мечты совершенно внезапно становятся реальностью. Так почему бы ни помечтать!