Дата-центры будущего смогут не только хранить и обрабатывать информацию, но и производить электроэнергию, полагает американский инженер, автор издания Scientific American Дэвид Воган.
Дата-центрам, обеспечивающим показ потокового видео, хостинг веб-страниц и социальных сетей, требуется огромное количество электроэнергии. Например, по данным The New York Times, в США в 2010 году на долю дата-центров пришлось около 2% от общего объема потребления электричества в стране – им потребовались 76 млрд кВт/ч. Для сравнения, крупнейший потребитель электроэнергии в России – РЖД – обходится лишь 40 млрд кВт/ч в год. Поэтому перед владельцами дата-центров остро стоит вопрос энергосбережения.
Так, группа исследователей из Microsoft работает над проектом превращения дата-центров в электростанции с помощью технологии топливных элементов (fuel cells). «У нас нестандартный подход: мы хотим полностью обеспечить дата-центр электричеством за счет топливных элементов, которые встроены прямо в серверные стойки. Электростанция оказывается внутри дата-центра, что позволяет обойтись без потерь электроэнергии, неизбежных при транспортировке энергии по сетям. Тем самым, эффективность традиционных дата-центров удваивается», — написал недавно в своем блоге Шон Джеймс, старший менеджер по исследовательским программам в Global Foundation Services, группе, которая управляет дата-центрами Microsoft.
Откуда дата-центры получают электроэнергию сейчас? Как правило, это обычные электростанции, которые используют технологию горения – там сжигают топливо, чтобы заставить крутиться турбину генератора. Затем по проводам полученная электроэнергия достигает дата-центра. Эта технология не очень эффективна: всего лишь 20% электроэнергии, производимой таким способом, достигают дата-центров, остальные 80% теряются «по дороге». Потери появляются каждый раз, когда энергии приходится менять форму, например, когда из химической энергии сжигаемого топлива образуется тепловая энергия пара, затем механическая энергия турбины и так далее.
По расчетам Джеймса и его исследовательской группы, сократив число таких преобразований энергии, можно повысить эффективность производства электроэнергии на 40%.
Технология топливных элементов (fuel cells) основана на идее разделения протонов и электронов в топливной молекуле, например, водорода. Специальная мембрана пропускает только протоны, а электроны направляются во внешнюю цепь, создавая электричество. Существует несколько типов топливных элементов, из которых группа Джеймса выбрала два, подходящих для использования в дата-центрах – твердооксидный (solid oxide) и с расплавленным карбонатом (molten carbonate). Оба топливных элемента могут перерабатывать углеводороды, например, метан, без использования дорогостоящего оборудования.
Размещение и мощность топливных элементов будут зависеть от конкретных потребностей операторов дата-центров, но Джеймс предпочитает идею объединения серверных стоек с топливными элементам мощностью в несколько киловатт. В этом случае не придется тянуть электропровода по дата-центру. Вместо них появятся трубы с топливом. При таком подходе в случае энергосбоя пострадают лишь несколько серверов, а не весь дата-центр. Пока что группа Джеймса все еще работает над поиском оптимального баланса между надежность, эффективность и стоимостью. «Это как в сказке про трех медведей – надо выбрать то, что тебе подходит. Не должно быть слишком жарко, слишком холодно, нельзя вешать слишком много серверов на одну топливную ячейку из-за риска сбоя, но нельзя и слишком мельчить, потому что это дорого», — сообщил Джеймс изданию Plugged In в электронном письме.
Главная проблема – приспособить топливные элементы к специфике режима энергопотребления дата-центров. Потребление может резко подскочить в течение миллисекунд, а топливные элементы слишком медлительны, им необходимо несколько секунд на адаптацию. Также как энергокомпании заняты балансировкой производства энергии, приспосабливаясь к пикам потребления, также и дата-центрам придется задуматься над управлением собственной энергогенерацией в зависимости от нагрузки на серверы.
«Топливным элементам необходимо время, чтобы скорректировать объем перерабатываемого газа в случае резкого скачка энергопотребления. В целом, нагрузка на дата-центры более или менее стабильна, если сравнивать с другими крупными потребителями электроэнергии. Но в то же время изменения нагрузки здесь происходят намного динамичней и зависят от активности пользователей», — полагает Джеймс.
Дата-центр, который сам полностью обеспечивает себя электроэнергией, мы не увидим еще несколько лет. И все же, по мере роста значения дата-центров по всему миру, идея обеспечить их чистой и надежной энергией становится все более важной.
Автор - Дэвид Воган, американский инженер, автор издания Scientific American.
