Почему отрасль ЦОД никогда не откажется от дизель-генераторов?

Переход к выработке электричества с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ) помог сократить выбросы парниковых газов. Но, согласно мнению экспертов, как ВИЭ, так и центры обработки данных всегда будут нуждаться в резервных источниках электроэнергии.

Повторение энергетического кризиса с поправкой на новые реалии

В период с середины 1970-х по начало 1980-х гг. многие крупные промышленно развитые страны столкнулись с рекордным ростом цен на энергоносители − из-за перебоев с поставками нефти с Ближнего Востока и высокой инфляции.

В 2022 году разразился аналогичный кризис: из-за геополитических конфликтов ограничиваются поставки нефти и газа, а инфляция даже в наиболее развитых странах Запада впервые за десятилетия достигает двузначных цифр и продолжает расти.

Но текущая ситуация несколько отличается от предыдущего кризиса. Сегодня все более широкое применение находят многочисленные возобновляемые источники энергии, которые генерируют электричество в огромных масштабах и позволяют сократить углеродный след инфраструктуры и уменьшить зависимость от угля, газа и нефти.

Проверка электрораспределительной инфраструктуры на прочность

Одним из побочных эффектов этой эволюции способов выработки электроэнергии станет, как полагают некоторые аналитики, незапланированный эксперимент по проверке стабильности и надежности центральных электросетей в соответствующих странах. Многие электросети уже устарели и сегодня работают на пределе возможностей из-за новых электрических нагрузок и беспрецедентных погодных условий.

Да, изменение принципов выработки электричества на глобальном уровне через переход к ВИЭ вкупе с оптимизацией потребления электроэнергии, вероятно, поможет человечеству сократить выбросы парниковых газов (ПГ).

Но, несмотря на преимущества этой «зеленой революции», она несет не только положительные изменения. Следует помнить об определенных рисках, способных поставить под угрозу жизнь людей и существование многих предприятий в том случае, если не будут реализованы надлежащие временные меры поддержки.

Баланс между надежностью и рентабельностью

Когда речь идет о балансе между надежностью и рентабельностью эксплуатации критически важных объектов, включая больницы, водоочистные сооружения и центры обработки данных, дизельные генераторы по-прежнему являются лучшим способом снижения рисков перебоев в подаче электроэнергии.

Ведь ВИЭ вроде солнечных ферм и ветряных электростанций работают прерывисто, прекращая вырабатывать электричество ночью или в штиль соответственно. Для обслуживания критически важных нагрузок с помощью таких генерирующих мощностей необходимо развертывать их в тандеме с мощными системами хранения электроэнергии, позволяющими нивелировать недостатки, связанные с прерывистым характером работы ВИЭ.

Необходимость внедрения возобновляемых источников энергии неоспорима, поскольку это позволяет сократить выбросы парниковых газов и прочих загрязняющих веществ, которые наносят ущерб окружающей среде и здоровью живых существ. Главное − как именно реализуется это внедрение.

Пример Германии

Германия трансформирует свою электрическую сеть в рамках процесса, получившего название Energiewende («энергетический поворот»), в попытке заменить генерирующие мощности на угле и атомные электростанции ветряной, солнечной и гидроэнергетикой. В период с 1990 по 2014 гг. эта политика позволила сократить выбросы парниковых газов при производстве электроэнергии на 27%.

Но начиная с 2020 года стали перезапускаться ранее закрытые и вводиться в эксплуатацию новые электростанции на природном газе, чтобы компенсировать сильные колебания количества электроэнергии, вырабатываемой с помощью ветра и солнца. Это также помогло устранить дефицит электричества, вызванный закрытием атомных электростанций в связи с опасениями касательно экологических катастроф после аварии на АЭС в японской Фукусиме.

Текущая энергетическая стратегия Германии сочетает возобновляемые источники энергии с производством электричества за счет сжигания природного газа, что позволяет справиться с волатильностью спроса и предложения.

Смелое решение правительства Германии изменить государственную энергетическую стратегию может преподать миру ценный урок: производство электричества с применением возобновляемых источников энергии действительно позволяет значительно сократить выбросы парниковых газов, но не стоит забывать про резервные генерирующие мощности, обеспечивающие стопроцентную стабильность. Как известно, ветер дует и солнце светит не 24/7.

Экстремальные климатические явления – важный фактор, требующий внимания

И наоборот, иногда солнца и ветра в избытке, но пользы от этого немного. Операторы электрораспределительной инфраструктуры и энергетические компании ряда стран Западной и Центральной Европы, а также США столкнулись с серьезными проблемами из-за экстремальных погодных условий, наблюдавшихся в период с июня по сентябрь 2022 года.

Например, в Калифорнии фиксировалась рекордно высокая температура воздуха, вызвавшая не менее рекордный спрос на электричество из центральной сети из-за активного использования населением и предприятиями систем кондиционирования воздуха.

Некоторые местные центры обработки данных смогли задействовать свои системы резервного электроснабжения на основе дизельных генераторов, чтобы снять нагрузку с центральной электросети в пиковые часы. Кроме того, штат использовал две станции аварийного электроснабжения на природном газе, построенные всего годом ранее, и предоставил дополнительные 120 МВт генерирующих мощностей на случай пикового спроса в чрезвычайных ситуациях.

Специфика индустрии ЦОД

По мере исчерпания ресурсов центральной электросети из-за экстремальных температур и новых нагрузок (электромобили и т.д.) энергетическим компаниям приходится внедрять больше сложных механизмов для снижения нагрузки, что, вероятно, приведет к дальнейшему удорожанию электричества.

В этой ситуации крупные потребители электроэнергии, включая центры обработки данных, получат больше возможностей для извлечения выгоды из развертывания собственных генерирующих мощностей на базе возобновляемых источников энергии и повышения автономности относительно центральной электросети – за счет льготных тарифов на электроэнергию для потребителей, которых можно отключать при пиковой нагрузке на электрораспределительную инфраструктуру; когенерации и так далее .

Однако чтобы задействовать эти механизмы, нужно соответствующим образом структурировать системы резервного электропитания.

Водород как более экологичная альтернатива дизтопливу

Большинство центров обработки данных используют центральную электросеть в качестве основного источника электропитания, а генераторы на базе дизельного топлива – в качестве резервного. Система ИБП служит связующим звеном между двумя источниками электричества, принимая на себя нагрузку на считанные секунды, необходимые для запуска генераторов.

Тем не менее, некоторые владельцы и операторы ЦОД считают, что данная парадигма вскоре может измениться таким образом, что местные генерирующие мощности станут основным источником электроэнергии, а центральная сеть — резервным.

Наиболее реалистичным способом изменить традиционную парадигму эксперты считают использование локальной микросети, сочетающей газовую турбину на водороде (более экологичный вариант) или природном газе в качестве основного источника электроэнергии, а также солнечную или ветряную электростанцию, переход между которыми будет осуществляться с применением ИБП с увеличенным временем работы или аккумуляторных систем накопления электроэнергии.

Однако сегодня практически нигде нет достаточно обширной трубопроводной инфраструктуры для распределения водородного топлива, а хранение такого топлива рядом с ЦОД сопряжено со значительными рисками, к тому же такие хранилища занимают много места.

Да, инфраструктура для транспортировки природного газа уже достаточно хорошо развита, но время от времени ее работоспособность может нарушаться (из-за стихийных бедствий, терактов и т.д.), в результате чего многочисленные домохозяйства и предприятия остаются без электричества на несколько дней или недель. Операторы дата-центров не готовы так рисковать, стремясь к аптайму на уровне более 99%, что означает полную уверенность в системах резервного электропитания.

Снижение вредных выбросов при эксплуатации дизель-генераторов как наиболее реалистичный сценарий

Современные дизельные генераторы предлагают множество различных способов снижения выбросов парниковых газов. Гидроочищенное растительное масло, также называемое возобновляемым дизельным топливом, является сегодня одним из наиболее актуальных решений подобного плана на рынке.

Этот вид топлива обладает превосходными характеристиками с точки зрения хранения, более широким диапазоном рабочих температур, отличной совместимостью с большинством дизельных двигателей, представленных сегодня на рынке, а также снижает уровень вредных выбросов.

В частности, поставщики гидроочищенного растительного масла заявляют о колоссальном снижении выбросов CO₂: на 90% по сравнению со стандартным дизтопливом. Столь существенное сокращение выбросов CO₂ связано с тем, что топливо получают из растительных материалов, которые уже изолировали двуокись углерода из атмосферы.

Иными словами, растения, используемые для производства данного топлива, извлекают углерод из атмосферы, в то время как при изготовлении стандартного дизельного топлива со сверхнизким содержанием серы (ультранизкосернистое дизельное топливо) этого не происходит.

К сожалению, гидроочищенное растительное масло доступно не так широко, как ультранизкосернистое дизельное топливо, но в ближайшие годы ситуация может измениться. Способствовать этому должно ужесточение природоохранных регулирующих норм.

Наконец, системы доочистки выбросов (системы дополнительной очистки отработавших газов), включая устройства для селективной каталитической обработки хвостовых газов, катализаторы окисления дизельного топлива и дизельные сажевые фильтры, позволяют значительно сокращать выбросы загрязняющих веществ при эксплуатации дизельных электрогенераторов.

Многие владельцы и операторы дата-центров видят, что регулирующие органы рассматривают возможность дальнейшего ограничения выбросов, и проектируют свои системы резервного электроснабжения таким образом, чтобы в будущем дизельные генераторы можно было модернизировать с помощью систем доочистки выбросов и тем самым достичь соответствия наиболее жестким природоохранным требованиям.

Вместо заключения

Вычислительные ресурсы продолжают перемещаться в облако, потому что компании и частные пользователи стремятся передать на аутсорсинг ответственность за управление своей инфраструктурой хранения и обработки данных.

Операторы облачных вычислительных платформ, в свою очередь, сегодня передают на аутсорсинг производство электроэнергии, но они никогда не смогут передать на аутсорсинг резервное электропитание и при этом поддерживать аптайм выше заветных 99%.

Другими словами, владельцам и операторам ЦОД придется всегда размещать инфраструктуру резервного электропитания локально. И прямо сейчас самым доступным, надежным и недорогим решением является дизельный генератор. К тому же технологии, лежащие в основе подобных устройств, продолжают совершенствоваться, делая ДГУ более экологичными.