MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Дата-центры круглый год выделяют огромный объём тепла, а ведь это тепло могло бы обогревать целые кампусы в зимнее время. Инженеры нашли способ запасать выделяемую энергию: закачивать избыточное тепло под землю в тёплое время года, а зимой извлекать его из скальных пород и направлять на отопление зданий.
Источник изображения: Unsplash, Eric Stoynov
Поверхность земли не так быстро нагревается и остывает, как атмосферный воздух. Это свойство давно используется человечеством для улучшения своего быта. Летом в подземных объектах достаточно прохладно, а зимой относительно тепло. Данное свойство можно применять для охлаждения центров обработки данных, которые выделяют много тепла.
Американская компания Epic Systems в штате Висконсин на протяжении двух десятилетий экспериментирует с технологией тепловых геотермальных насосов для охлаждения собственных ЦОД и обогрева вспомогательных помещений. На территории её кампуса в Вероне расположено около 40 зданий, которые обогреваются зимой и охлаждаются летом при помощи системы тепловых насосов, интегрированной с системой охлаждения ЦОД. Компании пришлось пробурить примерно 6100 скважин глубиной от 90 до 240 метров, чтобы использовать поверхность земли для терморегулирования режимов на своих объектах. Местный ЦОД этого разработчика ПО обладает мощностью 3,5 МВт.
Подобная идея на этапе практической реализации часто упирается в сложности теплового баланса. ЦОД выделяет тепло круглый год, а применять выделяемое им тепло для обогрева других зданий нужно лишь в течение зимы, которая в климатическом понимании в США редко длится более четырёх месяцев. Для тепловой энергии, которая выделяется ЦОД на постоянной основе, нужно какое-то буферное хранилище. Технология тепловых насосов как раз помогает решить эту проблему.
Большие подземные куски скальной породы могут достаточно долго сохранять тепловую энергию, поскольку она быстро утекает только через периферийные участки. Если подводить тепло к центру такого массива, он сможет хранить его несколько месяцев подряд. Нагретая ЦОД в летние месяцы вода поступает по трубам глубоко под землю к центру больших фрагментов скальной породы. Зимой воду снова прокачивают через трубы, и она уже нагревается от подземного скального массива, позволяя обогревать помещения. Горячей эту воду назвать нельзя, но ведь на её нагрев не нужно тратить дополнительную энергию. В Нидерландах подобная система подводит зимой накопленное тепло с помощью воды, температура которой составляет около 15 °C.
На выходе из систем охлаждения ЦОД вода достигает температуры 60 °C, её нельзя использовать для выработки электроэнергии с помощью специальных генераторов, но для отопления помещений этого вполне достаточно. В Висконсине компания Epic использует эту горячую воду в офисах, общественных помещениях и даже подогревает ею тротуары, чтобы на них не скапливался снег. По официальной статистике, здания в кампусе Epic расходуют на 25 % меньше энергии, чем сопоставимые здания в округе.
В долгосрочной перспективе такая схема использования избыточного тепла от ЦОД создаёт проблему, поскольку подземные скалы со временем перестают принимать тепло свыше определённого предела. Epic по этой причине набурила скважин с запасом, чтобы распределять тепловую энергию по скальным объектам на большей площади.
Снизить расходы на бурение скважин можно, используя уже имеющиеся заброшенные скважины, которые были оборудованы для добычи подземных ископаемых. На территории США таковых насчитывается более 141 000 штук. Нужно лишь узаконить такое переоснащение данных скважин. Правда, применять скважины для работы тепловых насосов могут только здания, расположенные непосредственно над ними или на небольшом удалении.
ЦОД компании Epic со своими 3,5 МВт мощности не кажется таким уж крупным на фоне гигаваттных вариантов, а ещё компания при помощи своего поля скважин обогревает весь кампус, а не только обслуживает ЦОД. В Германии подобная система обеспечивает от 60 до 80 % зимней потребности в тепловой энергии целого комплекса офисов, отеля, ЦОД и медицинского центра с 2009 года.
Развитие ЦОД будет сохранять актуальность проблемы использования генерируемой ими тепловой энергии. Один только расход электричества в 2024 году, приходившийся на ЦОД в США, составлял 4,7 % от общенационального объёма. По прогнозам, эта величина к 2030 году приблизится к 12 %. В отдельных американских штатах на ЦОД приходится от 15,4 до 25,6 % расхода электроэнергии. Генерируемое ими тепло лучше использовать с выгодой, чем просто рассеивать. В ЦОД до 40 % электроэнергии расходуется именно на их охлаждение, а ещё нагреваемая ими вода активно испаряется в атмосферу. Это не самая эффективная схема, и над её оптимизацией стоит подумать.
Источник:
