Опыт ведущих компаний по использованию «зелёной энергии» для дата-центров

Согласно прогнозам аналитического агентства Gartner, к 2016 году центры обработки данных смогут повысить вычислительную мощность втрое и при этом занимать на 40% меньшую площадь за счёт внедрения более энергоэффективных технологий.

Среди реально осуществляемых шагов на этом пути в первую очередь вспоминается инициатива Apple о переводе дата-центров на полностью возобновляемые источники энергии. Она уже идёт полным ходом третий год и впечатляет результатами. 

Яблочная диета

В начале этого года одним из первых был реорганизован дата-центр в Ньюарке. Его полный перевод на стопроцентное обеспечение энергией от ветряных генераторов завершился в январе. Следом на возобновляемые источники перешли центры обработки данных в американских Остине и округе Сакраменто, в Ирландии и Мюнхене, а также кампус «Бесконечная петля» в Купертино. На остальных объектах Apple по всему миру сегодня используется до 75% «зелёной» энергии. 

Примеры дата-центров, работающих от возобновляемых источников энергии (изображение: apple.com).

Каждый регион обладает своим уникальным набором условий, поэтому в выборе источников возобновляемой энергии не существует универсального решения. Если в Ньюарке целесообразнее всего использовать ветряные генераторы, то в округе Уошо (штата Невада) Apple возводит массив из солнечных панелей. Занимаемая ими площадь превысит 55 тыс. квадратных метров, а суммарная мощность составит около 20 МВт. Автоматическая система слежения за Солнцем компании SunPower повышает эффективность каждой панели примерно в семь раз.

Как указывает Apple в своём отчёте, компания не собирается останавливаться на достигнутом:

«Мы резко сократили воздействие на окружающую среду наших корпоративных объектов и центров обработки данных, которые предоставляют клиентам всевозможные онлайн-услуги, и продолжаем инвестировать в эту область».

Своей долгосрочной целью Apple ставит полное обеспечение каждого крупного объекта компании энергией возобновляемых источников – солнечного света, ветра, гидро– и геотермальных электростанций.

Солнце, ветер и... коровы

У других крупных компаний тоже есть целый ряд действующих инициатив по снижению затрат на энергообеспечение дата-центров. Lifeline Data Centers строит массив солнечных панелей общей мощностью 4 МВт для питания своих ЦОДов в Индианаполисе. Завершение строительства и запуск на полную мощность запланирован на апрель следующего года.

Солнечные панели для питания дата-центров Lifeline (изображение: businesswire.com).

Солнечный свет и ветер — самые очевидные и изначально «чистые» источники возобновляемой энергии. Однако, помимо них, существуют и совершенно другие, использование которых позволяет решить сразу несколько проблем.

Ещё в 2007 году крупный оператор 365 Main, владеющий семнадцатью ЦОДами, планировал использовать для их питания метан, получаемый в процессе разложения органических отходов. Тогда эта идея не получила развития, поскольку не позволяла на тот момент обеспечить гарантированное функционирование всего оборудования 24 часа в сутки и 365 дней в году.

Первая успешная реализация аналогичного проекта была представлена маркетинговой компанией Infinity One. В 2009 году она перевела на питание от электростанции, сжигающей биогаз, двадцать два своих автономных модульных центра обработки данных, расположенных в Восточной Англии.

Улучшенный вариант этой схемы был представлен на четвёртой конференции по устойчивому развитию энергетики (ASME 2010) сотрудниками Hewlett-Packard. Они выполнили необходимые расчёты и предложили свою концепцию развёртывания дата-центров с питанием от электростанций на биогазе.

Концепт симбиоза дата-центра и молочной фермы (изображение: hp.com).

По плану один из таких ЦОДов будет построен в Фениксе (штат Аризона) из расчёта на питание от самодостаточной мегаваттной электростанции. Топливом для неё послужит метан, получаемый из навоза от фермы на десять тысяч коров. 

Вырабатываемой энергии должно хватить не только на работу ЦОДа, но и на хозяйственные нужды самих фермеров. Срок окупаемости электростанции на биогазе составляет около двух лет, после чего она начинает приносить прибыль в размере одного–двух миллионов долларов ежегодно. Одновременно решается проблема утилизации отходов, количество которых оценивается величиной в двести тысяч тонн в год.

Подобную инициативу развивает Microsoft. В прошлом году компания начала строительство малого ЦОДа рядом со станцией переработки отходов в городе Шайенн (штат Вайоминг). Расчётная мощность электростанции на биогазе составляет 300 кВт. Из них только 200 кВт будет использовано для питания дата-центра. Оставшаяся треть мощности зарезервирована для нужд самой станции очистки.

Отходы как источник метана для питания дата-центров (изображение: microsoft.com).

Компания Apple, поначалу избегавшая электростанций на биогазе, впоследствии высоко оценила их социальный и экономический эффект, однако вместо метана остановилась на водороде. 

В прошлом году Apple заключила договор с компанией Bloom Energy о поставке пятидесяти топливных ячеек мощностью по сто киловатт каждая для обеспечения энергией дата-центра в Северной Каролине. По текущим итогам программы миграции на возобновляемые источники энергии компания Apple получила «платиновый сертификат» от некоммерческой организации Green Building Council, созданной для поддержки «зелёных» технологий.

Топливные ячейки Bloom Energy (фото: Katie Fehrenbacher).

Джакузи для серверов

Среди других важных направлений оптимизации работы центров обработки данных специалисты всегда указывают разработку новых систем охлаждения. Несмотря на прогресс в литографии и схемотехнике, значительная доля потреблённой компонентами ЦОДа энергии высвобождается в виде тепла. На его отвод и поддержание допустимой рабочей температуры всех элементов тоже затрачивается немало ресурсов. Воздушное охлаждение сравнительно дёшево и наименее эффективно. Водяное — дороже, сложнее в установке и обслуживании, но обеспечивает максимальную теплоёмкость и предотвращает резкий перегрев чипов даже при выходе помпы из строя. С другой стороны, разгерметизация любой магистрали может привести к короткому замыканию и повреждению дорогого оборудования.

Система охлаждения CarnoJet для дата-центра в Хьюстоне (фото: grcooling.com).

Для разработки принципиально новой схемы охлаждения серверных компонентов в 2011 году Intel заключила договор с компанией Green Revolution Cooling. Совместными усилиями они разработали систему CarnotJet, которая полностью меняет представления о способах поддержания заданной температуры.

Вместо монтажа в вертикальные стойки всё оборудование размещается горизонтально и полностью погружается в ванну с теплоносителем GreenDEF. Его состав не разглашается, но, по косвенным данным, это смесь из белого минерального масла и комплекса сложных эфиров. GreenDEF прозрачна (что важно для визуального контроля), имеет очень слабый запах, обладает низкой диэлектрической проницаемостью, характеризуется малой окисляемостью и относится к трудновоспламеняемым.

Материнская плата в охлаждающей жидкости GreenDEF (фото: grcooling.com).

Единственным компонентом ЦОДа, который негативно реагирует на помещение в GreenDEF, остаются жёсткие диски. Применяемая в них система компенсации давления рассчитана на работу в воздушной среде. Твердотельным накопителям всё равно, однако обычные жёсткие диски остаются довольно популярными. Поэтому Green Revolution Cooling разработала для них отдельный аксессуар под названием Super Caddy.

Оценку эффективности CarnotJet проводил доктор Майкл Паттерсон (Michael K Patterson) — главный конструктор систем охлаждения и силовых установок Intel в группе экотехнологий, базирующейся в Орегоне. В его отчёте говорится, что новый метод повысил показатель энергоэффективности дата-центра (PUE, Power Usage Effectiveness), доведя его практически до единицы (ниже 1,05). У современных ЦОДов с традиционными системами охлаждения показатель PUE находится в районе 1,5–1,6. Иными словами, замена воздушного охлаждения на CarnotJet снижает общую потребляемую мощность ЦОДа как минимум на 45%.

Серверы Supermicro в тестовой системе охлаждения (фото: grcooling.com).

В июне этого года Министерство обороны США стало использовать CarnotJet в своих дата-центрах. Согласно заявлению генерального директора компании Green Revolution Cooling, стоимость новых изолированных систем охлаждения составляет около 2 долларов на ватт. При этом по совокупной стоимости владения они остаются наиболее оправданными.

Всё больше дата-центров оснащаются системами охлаждения от Green Revolution Cooling и переходят на питание от возобновляемых источников энергии, зачастую попутно решая проблему утилизации отходов. Помимо крупных компаний, аналогичным путём идут исследовательские и образовательные учреждения. Это реальные примеры снижения затрат на ИТ-инфраструктуру и внедрения «зелёной энергии» в информационные технологии высокого уровня.