Как использовать тепловую энергию ЦОД на благо общества

18 мая 2016 г. | Категория: Мир

Любой дата-центр – это устройство для преобразования энергии. Сначала они вбирают в себя электроэнергию, распыляют вокруг себя парочку электронов, выдают совсем немного полезной работы, а потом распространяют более 98% электричества в качестве не такой уж и нужной тепловой энергии. ЦОДы являются, по сути, противоположностью плотинам ГЭС и ветряным турбинам, которые трансформируют кинетическую энергию движущихся потоков в чистую, дешевую, транспортабельную электроэнергию для потребления в радиусе десятков тысяч километров.

Но возможно дата-центрам вовсе не нужно быть такой уж и полной противоположностью средствам для производства электроэнергии (объектам генерации – как вариант). Ведь трансформация энергии – это не так уж и плохо. Автор концепции Cradle-to-Cradle и идейный лидер Уильям Макдонах учит многие компании мыслить об этом иначе, чтобы технологические отходы были не утилизированы, а повторно и активно использованы. Этот же принцип мышления можно применить к проектированию ЦОД, чтобы такие объекты, генерирующие тепло, как дата-центры, могли бы быть связаны с районными энергосистемами, это тепло потребляющими. Таким образом можно создать цикличную систему без отходов.

На самом деле, эта тема не нова для дата-центров. Существуют дюжины примеров ЦОДов по всему миру, которые сотрудничают с предприятиями в области превращения переработанного тепла. Многие знают историю компании IBM в Швейцарии: они используют тепловую энергию дата-центра для обогрева местного бассейна. В Финляндии ЦОДы компаний «Яндекс» и «Academica» делятся энергией с местными жителями, отдавая порядка 500-1000 домам тепло от дата-центра, которое могло бы просто быть выброшено в атмосферу. Подобные дата-центры есть также в Канаде, Великобритании, даже в США. Большую узнаваемость благодаря подобной переработке получил такой гигант как «Amazon»: они преобразовывали энергию от ЦОД для проекта офиса в виде биосферы в деловом центре Сиэтла.

Прибавьте температуры

Повторное использование тепловой энергии от дата-центра приводит к следующим двум проблемам: относительно низким температурам и сложности в транспортировке тепла. На сегодняшний день многие программы по повторному потреблению использовали низко потенциальное выбрасываемое тепло сервера для применения в учреждениях, близким к ЦОД, будь то теплица или бассейн в соседнем здании. Это вполне разумно, учитывая относительно низкие температуры рециркулирующего воздуха (обычно между -28 и -35 градусами Цельсия), а также сложность перемещения тепла. Для транспортировки тепловой энергии чаще всего требуется система теплоизолированных воздуховодов и трубопроводов вместо таких удобных и дешевых электрокабелей. Рытье траншей и прокладка трубы с горячей водой от дата-центра к клиенту может стоить примерно 600 долларов за 0,3м. Даже просто прокладка трубы для отдачи тепла для объекта в 400 метрах от дата-центра может добавить еще порядка 750 000 долларов к сумме за строительство ЦОД. И на данный момент еще мало что можно сделать, чтобы эту цену снизить.

Операторы некоторых дата-центров начали использовать тепловые насосы для повышения температуры выходящего тепла, делая получаемую энергию более пригодной для повторного использования. Тепло, производимое от таких насосов при температуре от 55 до 70 градусов Цельсия, может быть переведено в состояние жидкости для более легкой транспортировки и далее использовано в системах центрального энергоснабжения, коммерческих прачечных, в промышленных тепловых процессах и многом другом. Существуют даже тепловые насосы для высоких и экстремально высоких температур, способные поднять температуру низко потенциального тепла ЦОД до 140 градусов Цельсия.

Тепловые насосы, подходящие для подобных работ, отличаются высокой эффективностью – с коэффициентом производительности (КП) от 3.0 до 6.0 –, а энергия, которую эти насосы используют, становится частью того потока тепловой энергии, что уходит конечному потребителю. Если ЦОД использует тепловые насосы с КП от 5.0, работающие на электричестве по цене 0,10 доллара за кВт/ч, на повышение температуры понадобится потратить всего лишь 0,0083 доллара за кВт/ч.

Вторичное тепло также может стать источником дохода для дата-центра. В Нью-Йорке «Con Edison» генерирует паровое отопление за 0,07 доллара за кВт/ч (0,06 евро за кВт/ч). Также есть примеры теплоэнергетических систем, которые продают отработанное тепло в теплосети по цене 0,1-0,3 евро кВт/ч. ЦОДы мощностью 1,2МВт, которые продают все свое вторичное тепло, могли бы таким образом зарабатывать более 350 тысяч долларов (300 тысяч евро) в год. Это может покрыть целых 14% от годового валового арендного дохода дата-центра таких размеров с немалой прибылью.

Замыкая ЦОД

Также существует возможность объединения дата-центров с электростанциями для повышения эффективности и повторного использования отработанного тепла. Строительство ЦОД в непосредственной близости к существующим электростанциям может быть эффективным в нескольких случаях. В США, к примеру, при передаче электричества типичны потери в 8-10% в сети. Во-первых, размещение дата-центров рядом со станциями могло бы исключить эти потери и капитальные затраты на транспортировку больших объемов энергии.

Во-вторых, электростанции работают при высоком напряжении, которое, для работы ЦОД, должно быть преобразовано в среднее, чтобы далее стать частью чьей-то обновляемой странички в Фейсбуке, графика изменения погоды или музыкального файла, прослушиваемого через Интернет. Какой смысл в транспортировке по электросети высокого напряжения до дата-центров для подобного преобразования?

В-третьих, размещенный рядом с электростанцией ЦОД может передавать тепловую энергию, увеличенную с помощью насоса, обратно на станцию для повторного использования для водонагревателя или ступеней турбины низкого давления, таким образом создавая четкую замкнутую систему.

Кроме того, наблюдаются преимущества по контролю выбросов СО₂ в дополнение к финансовой выгоде. Учитывая, что в США в среднем уровень выброса СО₂ составляет 0,55кг за кВт/ч, ЦОДы мощностью 1,2МВт могут сэкономить до 6 тысяч метрических тонн СО₂ в год за счет утилизации вторичного тепла.

Подобные предприятия уже начинают появляться в мелких и крупных проектах по всему миру. Цель заключается в том, чтобы найти учреждение, которому будет необходимо ежедневное потребление бросового тепла, использовать эффективные высокотемпературные тепловые насосы и найти способ для активного преобразования этого растрачиваемого ресурса в доход и сохранение окружающей среды.

Теги: США