Microsoft объявила о первом в мире крупномасштабном эксперименте по использованию водородных топливных ячеек для энергопитания серверов в дата-центре.
Установку 250 кВт произвела компания Power Innovations. В будущем подобная 3-мегаваттная установка заменит традиционные дизель-генераторы, которые сейчас используются как резервный источник питания в ЦОД.
Водород рассматривается как экологически чистое топливо, потому что в результате его сгорания образуется только вода.
Microsoft поставила задачу полностью заменить все дизель-генераторы в своих дата-центрах к 2030 году.
Как и в других ЦОД, в дата-центры Azure дизель-генераторы используются в качестве резервных источников питания, когда пропадает электричество по основному каналу. Это оборудование простаивает 99% времени, но всё равно ЦОД поддерживает его в рабочем состоянии, чтобы оно бесперебойно работало в случае редких сбоев. На практике у той же Microsoft они проходят только ежемесячную проверку работоспособности и ежегодное нагрузочное тестирование, когда нагрузка с них реально поставляется на серверы. Сбои основного питания происходят не каждый год.
Однако специалисты Microsoft подсчитали, что последние модели топливных ячеек на водороде уже экономически выгоднее, чем дизель-генераторы.
Кроме того, сейчас для резервного питания (UPS) используются батареи, которые дают мощность в небольшой интервал (от 30 секунд до 10 минут) между отключением сети и поднятием дизель-генераторов. Последние способны работать непрерывно, пока не кончится бензин.
Топливная ячейка на водороде заменяет и UPS, и дизель-генератор. Она состоит из цистерн хранения водорода и установки электролиза, которая расщепляет молекулы воды на водород и кислород. Вот как выглядит в реальности модель Power Innovations на 250кВт:
Установка просто подключается к существующей электрической сети и не требует подвоза топлива извне, как дизель-генератор. Её можно интегрировать с солнечными панелями или ветряными станциями, что позволит сгенерировать достаточно водорода для наполнения цистерн. Таким образом, водород используется как химический аккумулятор электроэнергии для солнечных и ветровых станций.
В 2018 году исследователи из Национальной лаборатории по возобновляемой энергии в Колорадо (США) провели первый успешный эксперимент по запитыванию стойки серверов от топливных ячеек на PEM (proton exchange membrane), то есть на протонообменных мембранах.
PEM это сравнительно новая технология получения водорода. Сейчас такие установки постепенно вытесняют традиционный щелочной электролиз. Сердцем системы является электролизная ячейка. В ней имеется два электрода, катод и анод. Между ними расположен твёрдый электролит, это и есть протонообменная мембрана из высокотехнологичного полимера.
Технологически протоны стабильно протекают внутри мембраны, тогда как электроны движутся по внешнему каналу. На анод поступает деионизированная вода, где расщепляется на протоны, электроны и газообразный кислород. Протоны проходят через мембрану, а как электроны движутся через внешнюю электрическую цепь. На катоде протоны и электроны воссоединяются, образуя газообразный водород (H2).
Это исключительно высокопроизводительный, надёжный, экономически эффективный способ получения водорода непосредственно на месте его потребления. Затем при соединении водорода и кислорода образуются пары воды и генерируется электричество.
В сентябре 2019 года компания Power Innovations начала экспериментировать с 250-киловаттной топливной ячейкой, которая снабжает энергией 10 полных серверных стоек. В декабре система прошла 24-часовой тест надёжности, а в июне 2020 года 48-часовой.
Во время последнего эксперимента в автоматическом режиме работали четыре таких топливных ячейки. Зафиксированные показатели рекорда:
- 48 часов непрерывной работы
- Сгенерировано 10560 кВтч электричества
- Использовано 814 кг водорода
- Произведено 7000 л воды
Теперь компания планирует по той же технологии сконструировать топливную ячейку на 3 мегаватта. Вот уже она по мощности будет полностью соответствовать дизель-генераторам, установленным в дата-центрах Azure.
Продвижением водорода в качестве топлива занимается международная организация Hydrogen Council, которая объединяет производителей оборудования, транспортные компании и крупных клиентов Microsoft уже назначила своего представителя в этом совете. В принципе, все технологии для производства водорода и выработки электроэнергии уже доступны. Задача организации масштабировать их. Здесь ещё много работы.
Специалисты видят большое будущее за топливным ячейками типа PEM. За два последних года их стоимость снизилась примерно в четыре раза. Они отлично дополняют фотоэлектрические и ветряные станции, накапливая энергию в периоды максимальной генерации и отдавая её в сеть в моменты пиковой нагрузки.
Опять же, их можно использовать для брокериджа на энергетической бирже, когда система закупает энергию в периоды минимальных или даже отрицательных цен и отдаёт её в моменты максимальной стоимости. Такие брокерные системы могут работать автоматически, как торговые боты.
На правах рекламы
Резервные источники питания наших дата-центров работают хоть и не на водороде, но надёжность на высоте! Наши эпичные серверы это мощные VDS в Москве, которые используют современные процессоры от AMD.
О том, как мы строили кластер для данной услуги в этой статье на Хабре.
