По мере роста спроса на центры обработки данных гибридные энергетические системы становятся гибким решением, объединяющим несколько источников энергии для удовлетворения растущих потребностей и целей устойчивого развития.

Разработчики центров обработки данных изо всех сил пытаются найти мощность, необходимую для работы ресурсоемких приложений. Во многих случаях в сети ее либо нет, либо она не будет доступна достаточно быстро. В результате появляются гибридные схемы, в которых новые центры обработки данных питаются от набора источников.

На недавней конференции PowerGen International в Далласе обсуждалась концепция гибридных энергетических систем. Идея заключается в том, что каждый объект будет смешивать и сопоставлять источники энергии из электросети, локального питания, близлежащих ветровых и солнечных электростанций, накопителей энергии и, возможно, ядерной энергии.

Для каждого объекта гибридная схема энергоснабжения будет разной. Каждый новый центр обработки данных должен оценить, какие источники доступны и достаточно гибки, какие из них самые дешевые и какие из них помогают им достичь своих целей в области устойчивого развития. «Бум центров обработки данных требует более тесного сотрудничества между владельцами и разработчиками крупных центров обработки данных, коммунальными службами, правительством и другими заинтересованными сторонами, чтобы гарантировать, что мы сможем обеспечить потребности ИИ, сохраняя при этом надежную и доступную электроэнергию для всех клиентов», — сказал Дэвид Портер, вице-президент по электрификации и стратегии устойчивой энергетики в Научно-исследовательском институте электроэнергетики (EPRI).

Ненасытная потребность во власти

По данным EPRI, ожидается, что к 2030 году центры обработки данных будут потреблять 9% электроэнергии США, что выше, чем сегодняшние 2%. В прошлом крупному центру обработки данных могло потребоваться до 150 МВт. В настоящее время поступают запросы на 500 МВт, 1 ГВт и более, по словам Джошуа Брукса, проектировщика устойчивых энергетических систем в Siemens Energy.

« Во многих случаях быстрое строительство центра обработки данных имеет приоритет над затратами», — сказал Брукс во время сессии на конференции PowerGen в прошлом месяце.

Тем не менее, при строительстве необходимо учитывать множество факторов, включая эффективность завода, стоимость электроэнергии, время запуска резервной генерации, доступность сети, колебания цен на электроэнергию, поиск устойчивых источников энергии, ограничения по пространству, разрешения, социальное и общественное признание, углеродный след и достижение надежного и бесперебойного электроснабжения. Последний фактор особенно важен для центров обработки данных ИИ , но все элементы играют роль в проектировании энергетической системы (ESD).

«ESD — это оптимизация конструкции энергетической системы с учетом определенной цели при заданных ограничениях», — сказал Брукс.

Цели различаются. Некоторые объекты надеются минимизировать расходы, некоторые хотят как можно меньшего углеродного следа, а другие хотят, чтобы объект был запущен и работал быстро. Каждое потенциальное место представляет определенные ограничения. Это может быть дорогая электроэнергия, ограничения по выбросам, доступность земли и межсетевых соединений или использование налоговых льгот. Таким образом, каждый проект требует оценки для определения правильного сочетания технологий генерации энергии и хранения энергии для удовлетворения ожидаемой нагрузки.

«Вы решаете математическую задачу оптимизации, и решение зависит от разных приоритетов», — сказал Брукс.

Выбор правильной модели гибридной энергетики

Компании по проектированию инфраструктуры ЦОД используют моделирование, чтобы помочь тем, кто рассматривает возможность строительства нового ЦОД, выбрать наилучший путь вперед и правильный набор технологий для включения. Учитывая огромное количество переменных для каждой сборки, простого ответа нет. Входные данные, специфичные для площадки, могут изменить подход из-за профилей нагрузки, цен на сырьевые товары, доступности возобновляемой генерации, погодных данных или технологических предпочтений клиента.

Брукс привел в пример предлагаемый центр обработки данных мощностью 500 МВт на западе США. Оператор уже инвестировал в ветроэнергетику и хотел извлечь выгоду из этих инвестиций, достигнув при этом 99,99% доступности центра обработки данных. Моделирование выявило различные сценарии и различные энергетические комбинации, чтобы увидеть, какие из них представляют самую низкую стоимость энергии (COE) для объекта.

Варианты включали ветряную, солнечную, газовую генерацию, водород и гибридную схему. Моделирование сравнивало интенсивность выбросов углекислого газа и COE для различных сценариев. Самой дешевой была установка комбинированного цикла на природном газе по цене 40,1 долл. США за мегаватт-час (МВт·ч), но она также имела самую высокую интенсивность выбросов углерода. Безуглеродная альтернатива включала газовые турбины, работающие на водороде, а также использование ветра, солнца и аккумуляторной энергии. Однако это стоило бы 93,9 долл. США за МВт·ч. Компромисс обеспечивал на 65% меньше выбросов углекислого газа, чем недорогой вариант по цене 43,8 долл. США за МВт·ч. Он включал около 75% ветровой энергии, а остальная часть покупалась из сети.

Гибридные энергетические системы представляют собой тонкое взаимодействие между возобновляемыми источниками и электросетью. Изображение: Alamy

«Существует количественный компромисс между дешевой и низкоуглеродной электроэнергией», — сказал Брукс.

Также был смоделирован центр обработки данных мощностью 1 ГВт. При использовании исключительно водорода для достижения нулевой интенсивности выбросов углерода стоимость составила бы $78,5 МВт·ч. Подход, использующий только природный газ, снизил бы стоимость до $42,9 МВт·ч, но интенсивность выбросов углекислого газа возросла бы до 103 фунтов/МВт·ч. Более сложная гибридная система с ветром, солнцем и аккумуляторами оказалась оптимальной. Она обеспечивала ценовые преимущества за счет переключения с одного источника на другой в разное время и использования турбинной генерации на природном газе только тогда, когда другие источники были недоступны или дороги.  

«Самая экономичная система должна превосходить альтернативы с точки зрения капитальных затрат, эксплуатационных и эксплуатационных расходов, эффективности и требуемой земли», — сказал Брукс. «Лучшая энергетическая система для данного центра обработки данных должна хорошо работать с учетом углеродного следа, сроков приобретения, сложности, водоемкости и стоимости».

Гибкость топлива

Для тех, кто рассматривает возможность использования водорода или других зеленых альтернатив, Брукс рекомендовал гибкость топлива в приобретенном оборудовании, чтобы оно могло работать на любом источнике энергии, который есть в наличии сегодня, и переключиться на более устойчивое топливо, когда оно станет доступным. Руководитель Siemens также предостерег тех, кто проектирует, указывает или выбирает оборудование для центров обработки данных и типы генерации, чтобы они уделяли пристальное внимание высокой доступности и качеству электроэнергии.

«Генерирующие активы должны быть спроектированы для удовлетворения быстро меняющихся, высокодинамичных нагрузок, требуемых центрами обработки данных», — сказал он. «Гибридные системы генерации, как правило, охватывают все требования. Формулирование гибридных проектов требует системного инженерного подхода и тщательного анализа на самых ранних этапах разработки проекта.

Будущее гибридной энергетики

Многие центры обработки данных ищут зеленые решения для соответствия директивам по устойчивому развитию. Однако Крис Кросби, генеральный директор Compass Datacenters, считает, что это лишь одна часть головоломки и не всегда может быть лучшим подходом.

Например, в некоторых районах может не быть ветровой и солнечной энергии, они могут быть ограничены в передаче или могут слишком сильно увеличить расходы. Поиск наилучшего подхода для каждого участка, скорее всего, потребует решений с несколькими поколениями, особенно тех, которые могут уложиться в сроки проекта. В конце концов, спрос находится на беспрецедентном уровне. Любой, кто строит новый центр обработки данных, может иметь ограниченный выбор.

«Центры обработки данных могут преобразовать сети в лучшую сторону, несмотря на проблемы с потреблением», — сказал Кросби. «Но в настоящее время мы не можем поспевать за спросом».