luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Categories:

«Зеленые» дата-центры: энергия гейзеров, фрикулинг и океан-охладитель



Дата-центры строят недалеко от гейзеров, тестируют в океане, используют для их энергоснабжения силу ветра и собирают дождевую воду для систем адиабатического охлаждения. Мировой тренд на зеленое строительство, казалось бы, не оставляет центрам обработки данных (ЦОД) другого пути: как и все здания, они не должны причинять вред окружающей среде или хотя бы свести его к минимуму. Сергей Махлин, руководитель направления электромеханических систем ИТ-компании КРОК, рассказывает, какие технологии уже сейчас используются в дата-центрах по всему миру, какие из них будут востребованы в ближайшее время и есть ли у российского рынка центров обработки данных шанс наконец присоединиться к мировому зеленому движению.

«Аппетиты» дата-центров растут

Главное отличие дата-центров от других зданий — промышленных или офисных — состоит в том, что они работают круглый год, без остановки даже на одну-две минуты. А значит — нон-стоп потребляют энергию. По данным британского научного журнала Nature, на все центры обработки данных в мире уходит около 200 ТВт·ч электроэнергии в год. Это больше, чем национальное энергопотребление некоторых не самых маленьких стран и примерно половина электричества, которое используется для транспорта во всем мире. И, конечно, далеко не всегда эта энергия производится из чистых источников: например, Китай занимает второе место по объему рынка ЦОД, но около 73% электроэнергии для них в стране получают из угля и только 23% — из возобновляемых источников энергии.

Что касается выбросов CO2, то доля дата-центров в углеродном следе, по данным Британского открытого университета, достигает 2% мирового объема. И если сейчас эта цифра не кажется критичной, всё может измениться в ближайшие годы. Объем данных постоянно растет, «аппетиты» дата-центров тоже увеличиваются. Поэтому вывод прост: зеленые технологии для центров обработки данных актуальны сейчас и будут еще более востребованы в ближайшие годы.

Энергия от гейзеров

Современный дата-центр — здание, буквально напичканное ИТ-оборудованием и инженерными системами, которые обеспечивают его бесперебойное функционирование. И первый разговор о зеленых технологиях может возникнуть еще на этапе выбора площадки и проектирования. В мире есть случаи, когда дата-центры строят недалеко от гейзеров, как, например, Verne Global в Рейкьявике, 100% энергопотребления которого — возобновляемая энергия геотермальных и гидроэлектростанций. А центр обработки данных Citigroup во Франкфурте спроектирован таким образом, что он может использовать дождевую воду. За счет этого существенно сокращается в потребление воды из городской сети.



Есть ли интерес у российских компаний к особому расположению дата-центров? В отличие от Европы, где экологическая повестка и устойчивое развитие актуальны уже не один десяток лет, в России гонки зеленых технологий до сих пор нет. Причина — недорогая по европейским и американским меркам электроэнергия.

Ни для кого не секрет: возобновляемые источники энергии в России распространены не широко. Но даже если где-то они и существуют (например, на Дальнем Востоке), экономия от размещения дата-центра в «особенном» месте будет ничтожна из-за каналов связи, которые потребуется проложить. Расположение ЦОД в России, как и везде, определяется двумя факторами: доступностью каналов связи и стоимостью электроэнергии. Есть районы, где она стоит в районе 3 рублей за киловатт — например, рядом с электростанциями. Поэтому нередко ЦОДы появляются рядом с ними. За примерами ходить далеко не надо: именно по такому пути пошла одна из российских госкорпораций, которая строит дата-центры рядом с АЭС.



Фрикулинг наступает

Энергоэффективность — краеугольный камень в строительстве дата-центров, и все используемые технологии и решения так или иначе подчинены этой теме. Например, холодоснабжение. После ИТ-нагрузки системы холодоснабжения — вторые по энергопотреблению в дата-центрах. Поэтому инженеры ищут решения, которые помогут сократить затраты на «холод» и снизить один из главных показателей эффективности ЦОД — PUE (Power Usage Effectiveness, эффективность использования энергии — «Хайтек»). Если коротко, то PUE демонстрирует, насколько эффективно используется электроэнергия в дата-центре, а вычисляется он как отношение энергопотребления всего объекта к энергопотреблению ИТ-оборудования.

Итак, как тратить на холодоснабжение меньше, то есть делать дата-центр более зеленым и безопасным для окружающей среды? Все мировые тенденции указывают на то, что в ближайшие три-пять лет распространенные системы воздушного охлаждения, такие как как чиллер-фанкойлы или фреоновые кондиционеры, будут вытесняться системами с прямым или косвенным фрикулингом (от англ. free-cooling — свободное охлаждение). Этот тренд уже отчетливо прослеживается на Западе, где за счет фрикулинга удается достигать среднегодовой PUE в пределах 1,05-1,15. А если использовать еще и солнечные батареи, можно достичь еще более впечатляющих цифр. Для сравнения, при традиционных системах охлаждения среднегодовой PUE составляет 1,4-1,6.

Чиллер (водоохлаждающая машина) — аппарат для охлаждения жидкости, использующий парокомпрессионный или абсорбционный холодильный цикл. После охлаждения в чиллере жидкость может подаваться в теплообменники для охлаждения воздуха (фанкойлы) или для отвода тепла от оборудования. В ходе охлаждения жидкости чиллер создает избыточное тепло, которое должно быть отведено в окружающую среду.

Вентиляторный доводчик, или фанкойл — приемник охлажденного или нагретого носителя локального типа (воды, незамерзающей смеси) — конечный элемент систем кондиционирования воздуха типа чиллер-фанкойл или систем отопления, предназначенный как минимум для рециркуляции и охлаждения воздуха в кондиционируемом помещении.

Как это работает? Прямой фрикулинг использует предварительно очищенный наружный воздух для охлаждения серверных. Если не вдаваться в технические детали, то главные преимущества такой системы — простота конструкции и ее внедрения, невысокое потребление электроэнергии. Косвенный фрикулинг предполагает, что охлаждение внутреннего воздуха дата-центров происходит в промежуточных теплообменниках, поэтому в машинных залах циркулирует один и тот же очищенный воздух. В некоторых случаях сделать фрикулинг еще эффективнее помогает адиабатическое охлаждение, при котором температура воздушного потока понижается за счет распыленной в нем воды.



Прямой фрикулинг уже используют дата-центры крупнейших компаний — Google, Facebook и Amazon. В России к этой технологии пока только присматриваются, но примеры реализации уже есть. Например, для одного из дата-центров мы рассчитали возможность круглогодичного стопроцентного фрикулинга, причем вовсе не в условиях севера, а в одном из центральных российских регионов. Для этого, правда, нам потребовалась глубокая аналитика — например, для расчетов мы исследовали данные о погоде, минимальных и максимальных температурах за последние 50 лет.

В нашем собственном ЦОДе фрикулинг тоже задействован. Когда на улице температура от 0 до 10 °С, используется микс-режим, а при температуре ниже нуля применяется только фрикулинг. Это позволяет нам снизить расходы на потребление примерно до 30% в год.

Свободное охлаждение в современных российских реалиях, по нашей оценке, наиболее применимо в крупных корпоративных дата-центрах, которые были изначально спроектированы под этот тип охлаждения. В таком случае можно сразу выбрать нужную компоновку системы и закупить серверы, устойчивые к возможному повышению температуры. В коммерческих дата-центрах, в которых арендуют площади разные компании, выполнить все эти требования куда сложнее.

Океан или река?

Ведущие мировые компании экспериментируют не только с фрикулингом, они ищут и другие способы снизить энергопотребление дата-центров. Например, c 2014 года Microsoft тестирует варианты размещения водонепроницаемых центров в океане, надеясь тем самым сократить количество электроэнергии, которое тратится на охлаждение. В холодной океанской воде оно, как несложно представить, происходит естественным образом. Однако вряд ли эта технология найдет широкое применение, по крайней мере в ближайшем будущем. Во-первых, доступа к серверам, которые находятся под водой, нет, и в случае их выхода из строя сделать ничего нельзя. Во-вторых, дата-центр выделяет тепло в океан, и в перспективе это может повлиять на его живой и растительный мир (именно по этой причине их не планируется размещать, например, в озерах). И, наконец, выход к морю есть далеко не у всех стран.



Попытки использовать холодную воду для охлаждения есть и в России, но пока их не так много. В нашей практике был случай, когда мы проектировали дата-центр в Сибири рядом с ТЭЦ. По проекту теплоэлектроцентраль получала воду из реки, при этом температура воды в реке в разные месяцы колебалась от 0 до +15 °С, а ТЭЦ требовалось +25 °С. Так родилась схема: тепло, которое отдавал центр, использовалось для подогрева воды в контуре ТЭЦ — в среднем на 1 °С. PUE такого дата-центра составляет около 1,15 круглый год.

Как быть с углеродом?

Еще один важный экологический ракурс — выброс углерода. Мировые гиганты уже вовсю дают громкие обещания по сокращению углеродного следа. Так, Microsoft пообещал к 2030 году стать углеродно-нейтральной корпорацией, то есть достичь отрицательного уровня эмиссии углерода, а еще через 20 лет — целиком ликвидировать последствия выбросов за все время, что компания существует. Выбросы дата-центров беспокоят и европейские власти: цифровая стратегия Еврокомиссии заявляет, что поскольку дата-центры оказывают значительное негативное воздействие на окружающую среду, они должны стать климатически-нейтральными к 2030 году.

А вот что уже сделано в датском городе Ольборге. Одна из компаний создала систему прямой передачи тепла от дата-центра в городские теплосети. В реализации проект оказался весьма экономичным — для него не нужны дорогостоящие и энергоемкие внешние тепловые насосы. По расчетам, такой подход позволит на 25% снизить потребление энергии, а выработанное ЦОДом тепло будет использоваться на 70–80%. Интересно, что власти Дании поставили своей целью сократить выбросы CO2 на 70% к 2030 году, а упомянутая технология по использованию тепла позволит взять на себя, по предварительной оценке, 4 из 70 процентных пунктов.



Кто оценит «зеленость»

Какие еще зеленые технологии могут быть актуальны для дата-центров? Это и применение в строительстве экологически чистых и энергосберегающих материалов, и максимальное использование солнечного света для освещения, и экодизайн, и создание условий для сотрудников, и многое другое. Основные зеленые стандарты задают специальные системы сертификации. Одной из самых популярных считается The Leadership in Energy & Environmental Design (LEED), разработанная в Америке в 1990-х годах.

Она оценивает энергоэффективность зданий, а также применение при их проектировании и строительстве экологически чистых материалов и технологий. Не так давно в LEED появился раздел, посвященный дата-центрам: по специальной шкале можно оценить то, насколько они соответствуют зеленым стандартам. Один из центров в Турции, при строительстве которого мы выступали техническими консультантами, такую сертификацию прошел. Для нас это был интересный и необычный опыт. Например, требовалось показать не только экономию водных ресурсов и электроэнергии, но и предоставить данные по планируемой утилизации серверов в будущей.

В России большого интереса к зеленой сертификации дата-центров пока нет, но тем, кто планирует их строить, стоит как минимум к ней присмотреться. По крайней мере потому, что она служит точным ориентиром для всех, кто хочет их строить с максимальной энергоэффективностью и минимальным ущербом для окружающей среды. И, конечно, стоит помнить, что в каждом случае проект дата-центра уникален (особенно в России) и требует детальной проработки и расчетов. Именно это в конечном итоге позволяет сделать его безопасным для природы, экономичным и надежным для тех, кто пользуется его услугами.

Tags: техника, технологии, электроэнергия
Subscribe

Posts from This Journal “техника” Tag

promo luckyea77 июнь 19, 23:05 10
Buy for 10 tokens
Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4 Часть 5 Март 2018 года Индустриализация стала основным инструментом достижения экономического богатства стран, начиная с появления прядильных машин в конце XVIII века; при смене технологических укладов менялись местами мировые промышленные лидеры. Какой…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 5 comments