Смогут ли ЦОДы в ближайшее время отказаться от ДГУ?

Дизель-генераторные установки долгое время оставались незаменимым элементом оснащения дата-центров. Вместе с ИБП они отвечают за электроснабжение ИТ-оборудования и бесперебойную работу ЦОДа.

ДГУ делятся на две группы: используемые в качестве основного источника электроснабжения и как резервный компонент. Первые востребованы на объектах, не имеющих доступа к центральной электросети. Вторые выступают альтернативным источником энергии и включаются в работу в случае планового отключения электроэнергии или при аварийных ситуациях.

Чаще всего в дата-центрах востребованы дизель-генераторы второй группы. При сбое в электросети ИБП переключаются на автономное питание от аккумуляторных батарей, а спустя несколько секунд-минуту подается сигнал на запуск ДГУ. Задержка нужна, чтобы избежать ложной тревоги, если электричество просто «моргнуло».

В ЦОДах устанавливаются мощные ДГУ, которые кроме ИТ-оборудования смогут питать энергоемкие инженерные системы: кондиционирование и вентиляцию

При работе дизельные установки выделяют много углекислого газа, а также вредные твердые частицы. Естественно, их использование не лучшим образом сказывается на окружающей среде. Первая и основная причина, почему владельцы дата-центров хотят отойти от применения ДГУ, – экологическая. Но есть и вторая: установки простаивают большую часть времени и при этом создают накладные расходы, связанные с тестированием на соответствие нормативным требованиям, управлением рабочим процессом, снабжением топливом.

Наряду с тем, что ДГУ надежны и проверены временем, легко подключаются и обеспечивают практически неограниченную подачу энергии, они являются внушительной статьей капитальных затрат, вместе с топливохранилищем занимают много места и работают «грязно».

Восемь лет назад компания Microsoft сообщила о намерении отказаться от использования дизель-генераторов в своих дата-центрах в Куинси. Однако спустя 6 лет снова запросила разрешение на установку более 70 ДГУ со сроком эксплуатации 10 лет. Это говорит о том, что найти достойную альтернативу оказалось не так-то просто.

ДГУ очень важны, особенно для ЦОДов средних и крупных размеров. Представить их стабильную работу без этого оборудования довольно сложно.

Несмотря на все минусы дизель-генераторов пока им нет достойной замены. Но в последние годы активно ведется работа, направленная на поиск более экологичных технологий резервного питания. Некоторые разработки весьма перспективны и уже были испробованы на практике.

Сегодня еще рано говорить о полном отказе от ДГУ, скорее это единичные случаи. Но тенденция наметилась, а это значит, что постепенно ЦОДы будут модернизироваться, так как экологические вопросы сегодня стоят очень остро, и крупные операторы, как и человечество в целом, заинтересованы в снижении загрязнений.

Уже сейчас можно выделить несколько направлений деятельности в отношении разработки и внедрения новых экологичных технологий электроснабжения.

1. Топливные элементы

Последние 10 лет использование топливных элементов для непрерывного производства электроэнергии непосредственно на площадках дата-центров активно изучалось и даже испытывалось. Часть экспертов полагает, что за топливными элементами будущее. Другие утверждают, что экологичность этой технологии не абсолютна, так как топливные элементы работают с использованием газа на основе ископаемого топлива, то есть тоже с выбросами. Еще один довод не в пользу новой технологии – риск для безопасности при использовании газохранилищ.

Тем не менее, современные системы распределения газа очень надежны и проблемы при их эксплуатации возникают крайне редко. И как ни крути, выбросов в атмосферу при использовании газа значительно меньше, чем от ДГУ.

Почему технология еще не прижилась? Дело в цене. Применение топливных элементов в пересчете на кВт⋅ч обходится дороже, чем установка генераторов. Кроме того, их архитектура требует постоянной нагрузки, что ведет к усложнению конструкции СБЭП.

Технология уже применяется в одном из крупных парков дата-центров в Коннектикуте (США). Там установлены топливные элементы Doosan мощностью 20 МВт. Также новую технологию успешно внедрила компания Equinix, которая в ближайшее время планирует увеличить количество установок. Ставку на топливные элементы делает и Microsoft. Выбор в пользу инноваций был сделан крупными операторами по двум причинам: с целью сокращения вредных выбросов и создания систем без простоя оборудования.

Внедрение топливных элементов позволит исключить ДГУ и АКБ, используемые для резервного питания, и избавиться от системы распределения энергии, на которую уходит четверть капитальных затрат

1. Edge-ЦОДы

Крупные дата-центры требуют высокой доступности к системам электроснабжения. Для небольших ЦОДов (с потреблением электроэнергии до 500 кВт) это не критично, а их, согласно прогнозам, будет становиться все больше.

Небольшим ЦОДам проще и удобнее дублировать нагрузку и данные в таких же ЦОДах, расположенных по соседству, а для обеспечения автономной работы при отключении электропитания установить аккумуляторные батареи или топливные элементы.

1. Питание от независимых электростанций

В 2014 году в Финиксе, США, был реализован проект создания высоконадежного дата-центра с подключением к силовым каналам от двух независимых электростанций. Решение реализовано компанией BaseLayer для коммунальной фирмы SRP.

Суть проекта состояла в расположении дата-центра неподалеку от магистрального электропровода и рядом с ЛЭП другой электростанции. Основным источником питания выступает магистральный электропровод как более надежный – по нему передается огромное количество электроэнергии на большие расстояния. Возможность переподключения к ЛЭП – это резерв на случай непредвиденных ситуаций. На практике таких резервных источников может быть более чем один.

Возможность расположения серверных ферм вблизи магистральных электропроводов исключает затраты на прокладку инфраструктуры для передачи электроэнергии и избавляет от необходимости использовать ДГУ. Но этот способ доступен не всегда и не всем ЦОД.

1. Литий-ионные батареи

Революционным достижением последних лет можно назвать усовершенствование аккумуляторов Li-ion и снижение их стоимости. Еще 10 лет назад они были роскошью для ЦОДов, так как стоили нереально дорого. С тех пор цена на них опустилась на 85 % и продолжит снижаться, благодаря запуску крупномасштабного производства. Это позволит использовать литий-ионные батареи для накопления энергии и замены ДГУ.

Технологию пока еще нельзя назвать массовой, но все больше операторов рассматривают возможность использования хранилищ Li-ion для накопления энергии с целью уменьшения зависимости от ДГУ. Полный переход исключительно на батареи вряд ли окажется экономически целесообразным, но их применение в связке с ИБП в отдельных схемах существенно увеличит время автономной работы и позволит позже запускать генераторные установки.

Говорить о полном отказе от дизель-генераторов еще рано, так как на данный момент нет универсальной технологии, которая подошла бы любому проекту. Кроме того, ни одна из описанных технологий не может похвастаться такими же низкими эксплуатационными расходами в сочетании с высокой плотностью энергии и надежностью, как ДГУ.

Тем не менее тенденция снижения зависимости от дизель-генераторов четко наметилась, особенно в ряду крупных операторов, таких как Microsoft, Equinix и т. д. Для обеспечения отказоустойчивости при работе с облачными средами важна репликация и управление нагрузкой для оперативной перенастройки сети дата-центра в случае проблем с электроснабжением в одном из элементов системы. Поэтому работа будет вестись в основном в области снижения той части нагрузки, которая требует резервирования электропитания посредством использования ДГУ.