Комбинированное производство холода и энергии для Дата-центров сокращает затраты и выбросы углерода

Центры обработки данных являются крупными потребителями энергии, используя значительное количество электроэнергии для своей работы и параллельно требуя охлаждения для обеспечения оптимальной производительности. Высокое потребление энергии также означает, что они потенциально могут иметь высокий уровень выбросов углерода. Эти факторы делают центры обработки данных интересным новым рубежом для комбинированных теплоэнергетических технологий. Или, если существует насущная потребность в охлаждении, а не в обогреве — для комбинированных технологий производства холода и энергии (combined cooling and power, CCP) — с использованием абсорбционных чиллеров для преобразования избыточного тепла в холодную воду, которая может быть использована в рабочих процессах.

Центры обработки данных в последние десятилетия значительно эволюционировали. В соответствии с законом Мура, количество транзисторов удваивается примерно каждые два года. Однако, поскольку глобальный трафик данных и количество людей, подключенных к всемирной паутине, постоянно увеличивается, емкость центров обработки данных соответственно растет. В зависимости от ожидаемого трафика данных и количества оборудования для выполнения определенных требований по безотказной работе, центры обработки данных могут занимать от одной комнаты до целого здания, причем количество серверов может составлять до 25000, а потребляемая электрическая мощность - десятки мегаватт.

Центры обработки данных являются крупными потребителями электрической энергии, что приводит к очень высоким затратам на электроэнергию. Они требуют энергию высокого качества с точки зрения надежности для обеспечения бесперебойной работы. Будущими задачами для центров обработки данных являются уплотнение электрической нагрузки и увеличение рассеяния тепла серверами. Таким образом, оценка потребления энергии и энергоэффективность имеет решающее значение и достигается путем измерения таких показателей, как эффективность использования мощности (power usage efficiency, PUE), что означает отношение суммарной мощности объекта к мощности ИТ-оборудования, а также эффективности использования воды (water usage effectiveness, WUE). PUE и WUE особенно важны, так как производительность центров обработки данных, как правило, ограничена производительностью системы охлаждения и общей стоимостью электроэнергии, а не производительностью процессора.

Центры обработки данных отличаются доступностью, классифицируемой по уровням: чем выше уровень, тем более надежной и непрерывной является работа центра обработки данных. Требования к безотказной работе возрастают с 99.671% (Уровень 1) до 99,995% (Уровень 4). Для достижения более высокого уровня требуется более высокая степень резервирования установленных компонентов. Глобальный объем созданной цифровой информации удваивается каждые два года, что предполагает, по крайней мере такое же увеличение необходимой инфраструктуры центра обработки данных. Таким образом, для центров обработки данных обязательным является требование быть наиболее гибкими с точки зрения расширения и модернизации аппаратного обеспечения. В связи с грядущими зелеными энергетическими инициативами, высокая эффективность и надежная, модульная инфраструктура являются неизбежными характеристиками современных центров обработки данных.

 

Потребление энергии Дата-центрами

Было подсчитано, что отрасль центров обработки данных Великобритании требует примерно 3 ГВт энергии каждый год, что делает ее одним из крупнейших потребителей энергии в экономике. Банковский и финансовый сектора в настоящее время составляют наибольшую процентную долю от общего потребления энергии центрами обработки данных в Великобритании, за ними следуют сектора ИТ-услуг, медиа и телекоммуникаций. Великобритания является третьим по величине потребителем энергии в мире после США и Японии, расходуемой на центры обработки данных.

По данным National Grid, опубликованным в конце февраля, еще одним важным фактором для центров обработки данных является снижение в Великобритании запасных резервных мощностей, которое, по прогнозам, подтолкнет запас электрических мощностей в минус. Британия будет вынуждена полагаться на импорт и дорогостоящие чрезвычайные меры по предотвращению отключений. Это несоответствие может привести к решению проблемы путем создания в National Grid коротко срочного оперативного резерва (short term operating reserve, STOR) или дополнительного балансировочного резерва. Эта ситуация будет продолжаться в среднесрочной перспективе с образованием рынка мощностей. Последствиями для центров обработки данных станет то, что National Grid становится менее надежной и возможность отключений более вероятной. Поэтому для предотвращения от перебоев в поставках самостоятельное производство электроэнергии и холода на местах становится все более привлекательным делом.

 

Первый проект с CCP для Дата-центра в Великобритании

В октябре 2014 Citibank разработал проект CCP для Дата-центра в Лондоне, первый в Великобритании, использующий технологию газовых двигателей для предоставления CCP станции для Дата-центра. Эти новаторские меры по повышению энергоэффективности означают, что потребление энергии центрами обработки данных может быть снижено на 10%. CCP станция, в настоящее время установленная и укомплектованная, способна обеспечить потребность центра обработки данных в электроэнергии на 71%.

Этот широкомасштабный проект был поддержан Фондом устойчивого развития капитала (SDCL) Green Investment Bank — ключевое признание важности этой технологии в снижении выбросов углерода центрами обработки данных.

Главный исполнительный директор британского Green Investment Bank прокомментировал: «IT-отрасль является одной из наиболее энергоемких отраслей во всем мире, уступая только авиации. Энергия может составлять до 80% от стоимости работы центра обработки данных, поэтому они обеспечивают важную возможность для мер по повышению энергоэффективности».

С общим инвестиционным уровнем в 5.2 миллионов фунтов этот 2.8 MВт проект CCP развертывает целый ряд энергоэффективных технологий, поставляемых под ключ Кларк Энерджи, включая абсорбционные холодильные машины и два газовых двигателя J420 Jenbacher от GE. 

В итоге центры обработки данных понимают потенциальные выгоды от внедрения в Великобритании станций комбинированного производства охлаждения и электроэнергии. Эта технология позволяет ЦОД-ам снизить эксплуатационные расходы, выбросы углекислого газа и параллельно обеспечивать стабильные и надежные поставки электроэнергии.

По материалам Кларк Энерджи

ООО «ПТР», Системы абсорбционного охлаждения 2014 - 2019