Операторы центров обработки данных начали использовать отработанное тепло серверов для обогрева зданий, создавая новые энергетические потоки и сокращая затраты на охлаждение. ЦОД являются энергоемкими объектами, и почти вся потребляемая ими электроэнергия в конечном итоге превращается в тепло.
Новый подход к использованию тепла
Исторически большая часть отработанного тепла просто выбрасывалась в атмосферу. Сегодня новое поколение операторов рассматривает тепло серверов как местный энергетический ресурс. Захватывая и повторно используя отработанное тепло для централизованного теплоснабжения, промышленных процессов или даже тепличного сельского хозяйства, дата-центры могут сократить затраты на охлаждение, снизить выбросы углекислого газа и иногда получать доход от продажи энергии.
Правительства, коммунальные службы и сообщества также обращают на это внимание. В Европе новые законы об эффективности и требования повторного использования тепла стимулируют развитие отрасли. Например, в Германии теперь «требуется максимально возможное повторное использование отработанного тепла». Аналогично, такие города, как Стокгольм и Хельсинки, активно привлекают дата-центры для подключения к сетям централизованного теплоснабжения.
Экономические и экологические преимущества
Использование отработанного тепла может сократить чистое энергопотребление дата-центра примерно на 10-30 процентов – значительное повышение эффективности – при одновременном снижении затрат на отопление (и выбросов) для местных пользователей. Эти комбинированные бизнес-преимущества и экологические выгоды убедили операторов экспериментировать с новыми системами улавливания тепла.
Исследования показывают, что использование выхлопного тепла может снизить собственное потребление электроэнергии дата-центром на 10–30 процентов. Эта выгода усиливается в холодном климате: отвод выхлопа температурой 32–43 °C (90–110 °F) в муниципальный контур централизованного теплоснабжения заменяет газовое или масляное отопление в других местах, устраняя затраты на ископаемое топливо и загрязнение.
Например, Fortum – финская коммунальная компания, стоящая за новым кампусом Microsoft в Финляндии – отмечает, что отработанное тепло в настоящее время обеспечивает почти 25 процентов местного централизованного теплоснабжения, и как только дата-центры Microsoft заработают на полную мощность, этот показатель может вырасти примерно до 65 процентов. В регионе Эспоо/Киркконумми Хельсинки два новых центра Microsoft, как ожидается, обеспечат примерно 40 процентов местных потребностей в централизованном теплоснабжении – масштаб, описанный как «беспрецедентный» в глобальном масштабе.
Регуляторные стимулы
Крупные облачные и корпоративные операторы сталкиваются как с внешними правилами, так и с внутренними целями ESG (экологические, социальные и управленческие). В Европе от дата-центров все чаще ожидается партнерство с местными системами отопления. Директивы ЕС по эффективности и углеродные цели фактически поощряют повторное использование отработанного тепла, а некоторые страны вознаграждают операторов напрямую или через налоговые льготы.
В Швеции и Дании чиновники активно приглашают дата-центры в сети централизованного теплоснабжения. В Северной Америке политика только начинает формироваться: исполнительный указ Белого дома США в 2023 году призвал федеральные дата-центры представить планы использования отработанного тепла, а в нескольких штатах были предложены мандаты или пилотные проекты.
Технические аспекты и вызовы
Повторное использование тепла действительно влечет за собой технические и эксплуатационные компромиссы. Любая система улавливания тепла (трубные петли, теплообменники или тепловые насосы) добавляет сложности и стоимости. В целом операторы обнаруживают, что энергопотребление немного возрастает: больше насосов и средств управления означает немного большее потребление электроэнергии внутри зала данных. Это может немного повысить показатель PUE (отношение общего потребления электроэнергии ЦОД к потреблению электроэнергии непосредственно ИТ-оборудованием).
Однако отраслевые анализы ясно показывают, что преимущества крупного экспорта энергии обычно перевешивают скромный штраф по PUE. Добавление дополнительного оборудования может немного увеличить собственное энергопотребление дата-центра. Однако, если большие объемы энергии продуктивно экспортируются, общие экологические и экономические выгоды могут значительно перевесить внутренний штраф по PUE. На практике оператор отслеживает как PUE (эффективность), так и новые показатели, такие как коэффициент повторного использования энергии, чтобы сбалансировать компромисс.
Практические примеры
В северной части Швеции реализуется пилотный проект по организации прямого теплообмена между дата-центром и теплицей, площадь которой составляет 10 000 квадратных метров. В рамках данного проекта теплый возвратный воздух, генерируемый дата-центром в диапазоне температур от 30 до 40 градусов Цельсия, будет направляться в теплицу с целью обеспечения ее обогрева.
В Стокгольме, Швеция, программа Data Parks города интегрировала более 20 центров в муниципальную сеть. Избыточное тепло от этих объектов теперь обогревает около 30 000 квартир (и продолжает расти), сокращая выбросы сети примерно на 50 гCO₂/кВт·ч.
В Дании дата-центр стал городской котельной: ЦОД экспортирует 165 000 МВт·ч/год, обеспечивая теплом почти 11 000 домов.
В Дублине, Ирландия, дата-центр теперь отдает отработанное тепло схеме централизованного теплоснабжения, экономя около 1100 тонн CO₂ в первый год.
В Маркхэме, Онтарио, ЦОД теперь экспортирует тепло на завод Маркхэма, обогревая миллионы квадратных футов.
В Университете Нотр-Дам (Индиана) исследователи используют небольшой дата-центр для обогрева кампусной теплицы.
Источник: Interesting Engineering