В условиях, когда дата-центры находятся под сильным давлением в плане декарбонизации, даже скромный источник бесперебойного питания (ИБП) начинает играть более важную роль, считают опрошенные порталом ComputerWeekly эксперты.
Новые ИБП часто основаны на технологии литий-ионных (Li+) батарей, которая становится широко распространенной во всем — от автомобилей до компьютеров. Рост ее применения часто сопровождается заявлениями об ее более высокой экологичности, что может помочь облегчить давление на операторов ЦОДов, от которых требуют «позеленеть». Тем не менее, вопрос экологичности батарей Li+ неясен, поскольку глобальные проблемы, связанные с добычей и производством, до сих пор не решены.
Однако Янне Паананен, менеджер по технологиям систем критического питания компании Eaton в EMEA, говорит, что операторам необходимо комплексно подходить ко всем вопросам, влияющим на управление электропитанием, более взвешенно рассматривая роль ИБП, а не покупать самые экологичные или самые эффективные.
Вместо этого он предлагает операторам начать более разумно использовать существующие активы, снижая общее потребление, чтобы одновременно экономить затраты и ресурсы окружающей среды. «Если вы перестанете мыслить разрозненно, то вам не нужно будет создавать отдельные специализированные системы для всего, — говорит Паананен. — Подумайте обо всей системе электрооборудования сразу: какой вклад вносит все, что подключено?».
Киаран Форде, менеджер сегмента дата-центров и ИТ в Eaton EMEA, согласен с этим, отмечая, что поставщики часто разрабатывают продукты, ориентированные на устойчивое развитие, с множеством общих элементов. «Спросите их, что может сделать их инфраструктура, чтобы действительно продвинуться по пути устойчивого развития», — предлагает он.
По его словам, основная проблема заключается в том, что электроэнергия по-прежнему вырабатывается в основном на тепловых электростанциях, сжигающих нефть и уголь. Дата-центр, работающий на энергии из ископаемого топлива, может быть максимально эффективным, но при этом не отвечать программе устойчивого развития своего оператора или пользователей, которые от него зависят.
Конечно, ИБП снижает вероятность сбоев в работе при возникновении проблем, обеспечивая передышку для локального наращивания резервной генерации, обеспечивая устойчивость приложений и рабочих нагрузок. Однако большей экологичности можно достичь, по мнению Форде, если поставить ИБП во главу угла.
ИБП является частью нервного центра энергетической сети, что означает, что экологичные ИБП, независимо от технологии, должны выполнять правильные интеллектуальные функции. Например, смарт-ИБП, отслеживающие потребности и прогнозирующие спрос, могут помочь компенсировать энергопотребление ЦОДа, позволяя передавать накопленную энергию обратно в сеть для использования другими.
Дата-центр может стать просьюмером и повысить общую устойчивость своих систем и операций, особенно если он начнет поставлять в сеть энергию от возобновляемых источников, возможно, путем установки солнечных батарей.
«Если вы действительно даете возможность оператору сети использовать больше возобновляемых источников энергии, ваш вклад в устойчивое развитие будет на порядок выше, чем повышение эффективности внутри четырех стен дата-центра», — говорит Форде.
Паананен добавляет, что старые технологии, такие как свинцово-кислотные батареи, не обязательно являются менее экологичными — сегодня изучаются новые металлургические и гидрометаллургические технологии, строятся заводы по переработке и разрабатываются стратегии отслеживания компонентов, такие как паспорт батарей Li+ Глобального аккумуляторного альянса.
«Вы можете переработать 99% свинца из батареи и т. п. Литиевые батареи работают лишь
Марк Гарнер, вице-президент подразделения Secure Power компании Schneider Electric в Великобритании и Ирландии компании, отмечает, что воздействие лития на окружающую среду в определенные моменты жизненного цикла может быть выше, чем у некоторых «конкурентных» альтернатив. Однако зачастую это может быть компенсировано преимуществами на других этапах жизненного цикла. «Исследования показали, что за 10 лет общая стоимость владения Li+ на
Гарнер отмечает, что старые операторы также выбирают ИБП с батареями Li+ в качестве «части стратегии модернизации и управления энергопотреблением — к тому же батареи Li+ теперь всего в
По его словам, сотрудничество в области ИБП с поставщиком интеллектуальных технологий Wärtsilä продемонстрировало среднюю экономию капитальных затрат на 27% и снижение выбросов на 20%. Кроме того, нормативно-правовое регулирование постепенно охватывает развивающиеся технологии, а также возможности возврата или обмена ИБП и замены отслуживших свой срок батарей.
Что говорит наука
Нурия Тапиа Руис, старший преподаватель Ланкастерского университета, исследует материалы для хранения энергии, относящиеся к аккумуляторным технологиям. Она согласна с тем, что картина вокруг экологичности сложна.
«Li+ не так уж экологичен. Но литий в сочетании с никелем, кобальтом и марганцем могут обеспечить самую высокую плотность энергии, поэтому могут хранить довольно много заряда», — отмечает она.
Литий не только вступает в реакцию с воздухом и водой, но и его добыча связана с многочисленными экологическими проблемами. Никель, выделяемый из сульфатов, выделяет токсичный диоксид серы. Конголезские кобальтовые шахты не только используют детский труд, но и вызывают проблемы со здоровьем, в том числе из-за загрязнения питьевой воды. Между тем, добиться полной прозрачности производства батарей и цепочек поставок, чтобы замкнуть цикл и устранить ненужные отходы, по-прежнему сложно.
Около 70% кобальта, используемого в батареях, поступает из Демократической Республики Конго, говорит Руис: «На стороне анода мы имеем некоторое количество углерода. Что, опять же, говорит о проблеме в плане устойчивого развития, поскольку углерод производится из кокса».
Нынешняя технология производства батарей кажется ей скорее лишь шагом в правильном направлении, чем решением проблемы экологичности. «С точки зрения устойчивого развития мы будем двигаться в направлении изменения материалов катода в сторону, например, фосфора, кислорода, железа и лития — избавляясь от кобальта и никеля, — говорит Руис. — Другие экологичные технологии, которые мы рассматриваем, включают натрий-ионные (Na+)».
Технология Na+ является важным следующим шагом для аккумуляторных технологий — особенно учитывая, что второй по величине производитель батарей CATL представил в июле первое поколение батарей Na+ в качестве альтернативы Li+ и прогнозирует готовность цепочки поставок к 2023 г.
«У кальциевых и магниевых батарей довольно большие перспективы на горизонте 20 лет, — говорит Руис. — У них больше потенциала в матрице характеристик».
Тем временем исследования по совершенствованию технологий и приложений Li+ продолжаются.
Практические вопросы обеспечения экологичности ИБП
Тони Лок, ведущий аналитик Freeform Dynamics, считает, что операторам дата-центров следует добиваться целей устойчивого развития, прежде всего сосредоточившись на базовых принципах — оценивая критичность приложений и услуг для бизнеса, на каких платформах они должны работать, насколько эффективны серверы и системы хранения данных и т. д.
«Что вы на самом деле запускаете в своем ЦОДе, для чего вам действительно нужна непрерывная доступность? Не все рабочие нагрузки одинаковые. Даже если почти каждый, кто использует ту или иную рабочую нагрузку, будет утверждать, что она критически важна, многие из них таковыми не являются», — говорит Лок.
Некоторые нагрузки могут нуждаться в меньшем объеме резервного питания, их можно плавно отключать, когда они не требуются, что позволяет ограничивать размеры ИБП и альтернативных систем питания, необходимых в случае отключения.
«Мне довелось находиться в ЦОДе, когда исчезло все электричество, хотя за 15 минут до этого мы проверили батарею резервного дизельного генератора, — рассказывает Лок. — Мы обвинили в этом электриков, но на самом деле это была пожарная сигнализация».
В качестве альтернативы он советует использовать некоторые из технологий маховиков, например, большие пружины, которые действительно хороши, когда не нужно, чтобы все работало часами. Их можно использовать для подзарядки.
Все сводится к тому, чтобы поддерживать работу только в том случае, если это действительно необходимо, подчеркивает Лок.
Дата-центры также должны иметь под рукой альтернативных поставщиков электроэнергии, используя различные маршруты, это позволит получить доступ к другим источникам питания по другим проводам.
«Сведите к минимуму количество менее экологичных систем, включая системы ИБП, которые накапливают мощность, — говорит Лок. — Кроме того, образованность населения растет, и владельцы организаций будут стремиться сделать их как можно более экологичными — этот социальный фактор сильно изменился за последние пять лет».
Крис Браун, технический директор Uptime Institute, добавляет, что роторный ИБП или большой маховик обладают серьезной массой и, следовательно, инерцией, что будет выгодно в некоторых ситуациях, например, если он не просто потребляет, но и производит энергию.
«В статических ИБП можно использовать небольшой маховик для замены батарей. Проблема в том, что сейчас типичное время работы батареи статического ИБП — от пяти минут до нескольких часов, а маховик даст вам около 18 секунд, — говорит Браун. — Поэтому вам нужен генератор с быстрым запуском двигателя или что-то подобное, но это позволит устранить необходимость в батареях».
Другой вариант — ИБП с двойным преобразованием, использующий выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный, который затем будет использоваться для зарядки батарей, а затем преобразование постоянного тока через инвертор обратно в переменный для работы ИБП. Если есть возможность преобразования переменного тока в постоянный, вы устраняете все аномалии питания. Можно также использовать эко-режим, который обходит ИБП до тех пор, пока не исчезнет питание, напоминает Браун.
По его словам, для экологичности дата-центру требуется наилучшая энергоэффективность и аккумуляторная емкость с наименьшим общим воздействием на окружающую среду в течение всего жизненного цикла.
По сведениям Uptime Institute, некоторые страховые компании отказываются от использования Li+ из-за риска возгорания. Но идеального ответа на вопрос об оптимальном управлении питанием с помощью ИБП не существует.
«Вы можете контролировать пространство, в котором находятся батареи, для создания оптимальных условий, которые продлят срок их службы, и выбирать технологию батарей, подходящую для того, для чего вы собираетесь их использовать, — говорит Браун. — Другой момент — это поддержка. Обслуживание батарей, которое может продлить срок службы батареи, просто потому, что специалист знает, что с ней делать, — это в равной степени и искусство, и наука. Такие многоопытные специалисты на вес золота, и не в каждом дата-центре они есть».
