Как показывает статистика DCD Intelligence, совокупного тепла, выделяемого серверами всех дата-центров планеты хватило бы для компенсации годового потребления электроэнергии такого государства как Великобритания, да и с технологической стороны, разработка и внедрение таких технологий не представляют собой особых трудностей. Нужно наладить технологическое связующее звено между ЦОДом и городской системой отопления, от компаний же в свою очередь требуется вложить средства в разработку и внедрение внутренних трубопроводов, насосов и систем управления.
Инженеры многих компаний давно уже работают над разработкой механизмов, которые позволят использовать тепловую энергию серверов внутри дата-центров с выгодой. До сегодня было реализовано не мало таких проектов и довольно таки успешно. Выделяемая энергия идет на обогрев близлежащих к дата-центру офисных помещений. Наиболее известные из них: серверная ферма компании TELUS в Канаде (Ванкувер), Telecity во Франции, ЦОД Telehouse в Великобритании, а также дата-центры IBM в Финляндии и Швейцарии.
Еще один очень интересный проект, на котором остановимся более детально, новый проект 12-ти этажного ЦОДа. Он был предложен для проекта Denny Triangle, что недалеко от Сиэтла, штат Вашингтон. Инженеры таких компаний как Clise Properties и Graphite Design Group уже отправили план проекта на рассмотрение в местный муниципалитет. Необычный дата-центр планируется построить недалеко от кампуса Amazon Rufus 2.0, в настоящее время там расположена автостоянка.
Планируется максимально эффективно использовать все пространство внутри такого 12-ти этажного ЦОДа. На нижних этажах проектировщики Clise Properties планируют разместить дизель-генераторы и систему источников бесперебойного питания (ИБП). Каждый машинный зал с площадью порядка 1100 м2 планируется разместить на остальных 8-ми этажах. Для резервуаров с топливом будет выделен подвал дата-центра. В планах завершить постройку данного проекта к началу 2017г.
Так как генераторные установки и баки с дизельным топливом планируется разместить на нижних этажах здания, в случае чрезвычайных происшествий (отключений электричества или сбоя в центральной системе электроснабжения) это позволит эффективно снабжать топливом дизель-генераторы без помощи лифтов, подключая бензовоз непосредственно к резервуарам. Такой вариант намного эффективнее чем примером тот, к которому должны были прибегать многие операторы ЦОДа в Нью-Йорке при урагане «Сэнди» — создавались живые цепи по передаче ведер с топливом на верхние этажи, где из-за недостаточной продуманности размещаются генераторы.
Температура воздуха, который поступает с машинных залов серверных ферм, может нагреваться до 38oС. Тепло, как правило тратиться впустую. Инженеры компании Clise Properties предложили систему рекуперации тепловой энергии дата-центра. Такая система позволяет рационально использовать выделяемое тепло, да еще и экономит средства на отопление офисных и жилых помещений. Исходя из расчётов, данная система позволит рекуперировать до 12 МВт, это уменьшает нагрузку на систему центрального отопления почти на 6% и на 30% снизит расход тепловой энергии, которая идет на обогрев близлежащих жилых комплексов.
В планах компании Clise Properties перенаправлять излишки тепловой энергии в систему близлежащих офисных и жилых зданий таким же образом, как и Amazon планирует использовать для отопления своего кампуса тепло, выделяемое серверами в дата-центры Westin Building. Это проект новой штаб-квартиры Amazon в столице штата Вашингтон, включает три сферических и три офисных высотных здания, которые будут частью офисного-торгового кампуса Denny Triangle, площадь которого составляет 30 га. Такие сферические блоки высотой от 24 до 30 м сами архитекторы прозвали «биокуполами». Кроме офисов, столовых, зон отдыха, залов для проведения встреч и конференций, комплекс будет включать почти 1700 м2 торговых площадей для 1800 сотрудников Amazon.
Сиэтл известен своей высокоразвитой технологической индустрией. Будучи «родиной» таких компаний как Amazon и Microsoft, этот город сыграл важную роль в появлении облачных сервисов. 12-ти этажный ЦОД Clise Properties будет способствовать развитию экосистемы высокотехнологических компаний.
Несмотря на то, что проект еще находится на начальной стадии, отметил президент компании Clise Properties Ричард Стивенсон в интервью изданию Puget Sound Business Journal, он пользуется высоким интересом среди потенциальных арендаторов. Такой дата-центр будет коммерческим, здесь смогут разместить свои вычислительные мощности самые разнообразные клиенты.
Хорошим примером в использовании таких технологий по рекуперации тепла дата-центра является TELUS. Специалисты компании используют тепло для обогрева близлежащего древесного питомника, где проводятся исследования климата. Система энергоснабжения называется District Energy System (DES) и используется для обеспечения работоспособности системы отопления и охлаждения соседнего жилого и офисного комплекса Telus Garden.
«Повторно используя энергию, которая, как правило, теряется, путем рекуперации, в наших силах создать поистине инновационный проект. Комплекс Telus Garden будет одним из самых экологически чистых объектов подобного рода в Северной Америке», — сказал Андреа Горец, старший вице-президент Telus по стратегическим инициативам и связи. Дата-центр на 80% обеспечит небоскреб необходимой тепловой энергией.
Инженеры компании WSP Group разработали инновационную систему рекуперации тепла для дата-центра Telehouse West мощностью порядка 9 МВт в Лондоне для обогрева близлежащих домов и предприятий. На строительство ЦОДа было потрачено $180 миллионов, часть денег была направлены на разработку следующего механизма использования тепла от серверной фермы.
Выделяемое тепло дата-центра используется для подогрева воды в расположенном неподалеку бассейне. Излишки тепла, генерируемые при работе серверного и сетевого оборудования, аккумулируется и нагревает воду. В свою очередь вода закачивается в теплообменную систему находящегося рядом бассейна, таким образом подогревает воду, которая попадает в сам бассейн. При этом за год дата-центр может сгенерировать до 2800 МВт часов тепла.
На глубине 30-ти метров под Успенским собором находится 2-х МВт дата-центр. В системе охлаждения используется холодная морская вода. Отработанный горячий воздух от серверов направляется по трубопроводу через тепловые насосы в сеть централизованного теплоснабжения, что снабжает телом и горячей водой жителей г. Хельсинки. Дата-центр способен обеспечить теплом до 500 частных домов.
ЦОД построен IBM на территории частного университета в г. Сиракьюс, штат Нью-Йорк для генерации электроэнергии использует микро-турбины на природном газе. Такие экологически чистые микро-турбины на 65 кВт интегрированы непосредственно в ИБП с двойным преобразованием. Турбины генерируют электроэнергию, создают тепловую энергию и запитывают системы охлаждения дата-центра, а также здания, которые расположены рядом с ЦОДом.
Quebecor, канадская медийная компания в которой тепло выделяемое от серверов в дата-центре в г. Виннипеге, направляется на обогрев находящегося офиса местной газеты. Была проложена вторая труба из места сбора тепла в забирающую трубу офиса, который находится сверху.
Техническая реализация описываемого решения не представляет сложности. Тепловые насосы известны много десятилетий. Препятствием для реализации в Москве являются тарифы на тепло и электроэнергию, а также, как ни странно, довольно развитая инфраструктура централизованного отопления в местах, где размещаются ЦОД.
Рассмотрим на примере Москвы. Для промышленного потребителя стоимость 1 МВт ч составляет примерно 1000 рублей для тепловой и 3500...4000 рублей для электрической энергии. Для преобразования 1 МВт ч низко потенциального тепла дата-центров (максимум 45...50) в тепло, используемое в тепловой сети (90...110), с применением теплового насоса, необходимо примерно 0,25-0,3 МВт ч. Несложно видеть, что себестоимость полученной таким путем тепловой энергии составляет 1000 рублей. Вряд ли теплоснабжающая компания будет покупать дороже, чем продает сама. Если учесть, что ЦОД несет и капитальные затраты в размере $250...750 тыс., то вообще не понятно зачем нужно этим заниматься.
Уже в 2015 году цена электроэнергии в России для промышленных потребителей станет едва ли не самой высокой в Европе. Возможно, такая схема имела бы смысл, если бы появились потребители, для которых нужно строить новые тепловые сети и котельные (как описано в статье), но обычно дата-центры расположены в районах с довольно развитой инфраструктурой тепловых сетей и недешевая энергия ЦОД не особенно нужна. Описываемое решение применяется в дата-центрах, но в ограниченном режиме и только в период отсутствия отопления. Тогда можно использовать после преобразования тепло ЦОДов для легкого подогрева батарей отопления в тех же дата-центрах или приготовления горячей воды для нужд персонала, замещая прямое электроотопление (бойлеры, масляные радиаторы). Такое использование тепла экономически выгодно. Но это доли, максимум единицы процента от того, что дата-центр выбрасывает в атмосферу. Таким образом, чтобы в условиях Москвы ЦОД стал серьезным источником тепла, нужно редкое сочетание условий.
Идея, конечно, очень красивая, но, увы, при текущих ценах на тепло энергию в России выглядит несколько преждевременной. Мы и сами думаем в этом направлении — в частности, обогрев наших офисов на ул. Боровая частично обеспечивается за счет тепла, выделяемого дата-центром. Благодаря специальному тепловому насосу тепло из системы холодоснабжения ЦОДа используется для нагрева воды в радиаторах отопления и воздуха в приточной вентиляции: таким образом отапливаются офисы. Воздух в ряде инфраструктурных помещений и технических коридоров дата-центра на Боровой и Коровинском шоссе обогревается теплом машинных залов через пластинчатые рекуператоры.
Но есть несколько нюансов. ЦОД «сбрасывает» низкопотенциальное тепло. Температура «теплой» воды в системе охлаждения у нас составляет около 12оС, и для того, чтобы получить температуру, достаточную для отопления, приходится ставить тепловой насос – холодильную машину, которая забирает тепло у воды в системе холодоснабжения и отдает его воде в системе отопления, нагревая ее примерно до 45оС. На перекачку тепла тратится электроэнергия: для перекачки 3 кВт тепловой мощности надо расходовать примерно 1 кВт электрической мощности. Сейчас в Москве тепловая энергия стоит примерно в 4 раза дешевле электричества – понятно, что в этой ситуации использование теплового насоса обходится дороже, чем отопление от тепловых сетей города. Кроме того, типовые теплотехнические решения подразумевают использование воды с температурой от 80оС, поэтому в случае применения стандартного теплового насоса (дающего не больше 45 оС) приходится ставить увеличенные радиаторы.
Что касается обогрева воздуха от машинных залов через рекуператоры, такое решение не потребляет электричества, но работает только для соседних помещений (тянуть воздуховоды на большое расстояние совершенно нерационально).
В центральном офисе DataLine, расположенном над дата-центром OST на Боровой, пока установлен один тепловой насос. С его помощью образом мы утилизируем до 15% тепла, «сбрасываемого» ЦОДом OST. Этого достаточно, чтобы отапливать 1500 м2 офисного пространства (в периоды, когда температура на улице не опускается ниже -15оС, при более сильных морозах приходится догревать воду в электрическом котле). Об окупаемости такого решения говорить сложно, и мы относимся к этому проекту скорее как к эксперименту.
Идею отапливать целые города с помощью тепла, выделяемого дата-центрами, в современных реалиях применить будет сложно. Температура теплоносителя, возвращенного после машинных залов, не слишком высока по сравнению с температурой теплоносителя, используемого в батареях центрального отопления российских многоквартирных домов. Кроме того, дата-центры располагаются во вне жилых кварталов (это и повышенные потребности ЦОД в энергетике, которых нет в жилых зонах, и требования по режиму безопасности), а передача тепла на расстояния в нашем климате сопровождалась бы дополнительными значительными теплопотерями. По состоянию на текущий день реалистичным и, в ряде случаев реализованным, выглядит вариант с использованием тепла, выработанного дата-центром, для обогрева помещений или обеспечения работы каких-то объектов или систем в комплексе зданий вокруг самого ЦОДа.
Инженеры многих компаний давно уже работают над разработкой механизмов, которые позволят использовать тепловую энергию серверов внутри дата-центров с выгодой. До сегодня было реализовано не мало таких проектов и довольно таки успешно. Выделяемая энергия идет на обогрев близлежащих к дата-центру офисных помещений. Наиболее известные из них: серверная ферма компании TELUS в Канаде (Ванкувер), Telecity во Франции, ЦОД Telehouse в Великобритании, а также дата-центры IBM в Финляндии и Швейцарии.
Необычный 12-ти этажный ЦОД (США)
Еще один очень интересный проект, на котором остановимся более детально, новый проект 12-ти этажного ЦОДа. Он был предложен для проекта Denny Triangle, что недалеко от Сиэтла, штат Вашингтон. Инженеры таких компаний как Clise Properties и Graphite Design Group уже отправили план проекта на рассмотрение в местный муниципалитет. Необычный дата-центр планируется построить недалеко от кампуса Amazon Rufus 2.0, в настоящее время там расположена автостоянка.
Планируется максимально эффективно использовать все пространство внутри такого 12-ти этажного ЦОДа. На нижних этажах проектировщики Clise Properties планируют разместить дизель-генераторы и систему источников бесперебойного питания (ИБП). Каждый машинный зал с площадью порядка 1100 м2 планируется разместить на остальных 8-ми этажах. Для резервуаров с топливом будет выделен подвал дата-центра. В планах завершить постройку данного проекта к началу 2017г.
Так как генераторные установки и баки с дизельным топливом планируется разместить на нижних этажах здания, в случае чрезвычайных происшествий (отключений электричества или сбоя в центральной системе электроснабжения) это позволит эффективно снабжать топливом дизель-генераторы без помощи лифтов, подключая бензовоз непосредственно к резервуарам. Такой вариант намного эффективнее чем примером тот, к которому должны были прибегать многие операторы ЦОДа в Нью-Йорке при урагане «Сэнди» — создавались живые цепи по передаче ведер с топливом на верхние этажи, где из-за недостаточной продуманности размещаются генераторы.
Температура воздуха, который поступает с машинных залов серверных ферм, может нагреваться до 38oС. Тепло, как правило тратиться впустую. Инженеры компании Clise Properties предложили систему рекуперации тепловой энергии дата-центра. Такая система позволяет рационально использовать выделяемое тепло, да еще и экономит средства на отопление офисных и жилых помещений. Исходя из расчётов, данная система позволит рекуперировать до 12 МВт, это уменьшает нагрузку на систему центрального отопления почти на 6% и на 30% снизит расход тепловой энергии, которая идет на обогрев близлежащих жилых комплексов.
В планах компании Clise Properties перенаправлять излишки тепловой энергии в систему близлежащих офисных и жилых зданий таким же образом, как и Amazon планирует использовать для отопления своего кампуса тепло, выделяемое серверами в дата-центры Westin Building. Это проект новой штаб-квартиры Amazon в столице штата Вашингтон, включает три сферических и три офисных высотных здания, которые будут частью офисного-торгового кампуса Denny Triangle, площадь которого составляет 30 га. Такие сферические блоки высотой от 24 до 30 м сами архитекторы прозвали «биокуполами». Кроме офисов, столовых, зон отдыха, залов для проведения встреч и конференций, комплекс будет включать почти 1700 м2 торговых площадей для 1800 сотрудников Amazon.
Сиэтл известен своей высокоразвитой технологической индустрией. Будучи «родиной» таких компаний как Amazon и Microsoft, этот город сыграл важную роль в появлении облачных сервисов. 12-ти этажный ЦОД Clise Properties будет способствовать развитию экосистемы высокотехнологических компаний.
Несмотря на то, что проект еще находится на начальной стадии, отметил президент компании Clise Properties Ричард Стивенсон в интервью изданию Puget Sound Business Journal, он пользуется высоким интересом среди потенциальных арендаторов. Такой дата-центр будет коммерческим, здесь смогут разместить свои вычислительные мощности самые разнообразные клиенты.
Telus Garden (Канада)
Хорошим примером в использовании таких технологий по рекуперации тепла дата-центра является TELUS. Специалисты компании используют тепло для обогрева близлежащего древесного питомника, где проводятся исследования климата. Система энергоснабжения называется District Energy System (DES) и используется для обеспечения работоспособности системы отопления и охлаждения соседнего жилого и офисного комплекса Telus Garden.
«Повторно используя энергию, которая, как правило, теряется, путем рекуперации, в наших силах создать поистине инновационный проект. Комплекс Telus Garden будет одним из самых экологически чистых объектов подобного рода в Северной Америке», — сказал Андреа Горец, старший вице-президент Telus по стратегическим инициативам и связи. Дата-центр на 80% обеспечит небоскреб необходимой тепловой энергией.
Telehouse (Великобритания)
Инженеры компании WSP Group разработали инновационную систему рекуперации тепла для дата-центра Telehouse West мощностью порядка 9 МВт в Лондоне для обогрева близлежащих домов и предприятий. На строительство ЦОДа было потрачено $180 миллионов, часть денег была направлены на разработку следующего механизма использования тепла от серверной фермы.
Выделяемое тепло дата-центра используется для подогрева воды в расположенном неподалеку бассейне. Излишки тепла, генерируемые при работе серверного и сетевого оборудования, аккумулируется и нагревает воду. В свою очередь вода закачивается в теплообменную систему находящегося рядом бассейна, таким образом подогревает воду, которая попадает в сам бассейн. При этом за год дата-центр может сгенерировать до 2800 МВт часов тепла.
Подземный ЦОД (Финляндия)
На глубине 30-ти метров под Успенским собором находится 2-х МВт дата-центр. В системе охлаждения используется холодная морская вода. Отработанный горячий воздух от серверов направляется по трубопроводу через тепловые насосы в сеть централизованного теплоснабжения, что снабжает телом и горячей водой жителей г. Хельсинки. Дата-центр способен обеспечить теплом до 500 частных домов.
IBM и Сиракьюсский университет (США)
ЦОД построен IBM на территории частного университета в г. Сиракьюс, штат Нью-Йорк для генерации электроэнергии использует микро-турбины на природном газе. Такие экологически чистые микро-турбины на 65 кВт интегрированы непосредственно в ИБП с двойным преобразованием. Турбины генерируют электроэнергию, создают тепловую энергию и запитывают системы охлаждения дата-центра, а также здания, которые расположены рядом с ЦОДом.
Quebecor (Канада)
Quebecor, канадская медийная компания в которой тепло выделяемое от серверов в дата-центре в г. Виннипеге, направляется на обогрев находящегося офиса местной газеты. Была проложена вторая труба из места сбора тепла в забирающую трубу офиса, который находится сверху.
Комментарии экспертов
Алексей Солдатов, генеральный директор компании DataPro:
Техническая реализация описываемого решения не представляет сложности. Тепловые насосы известны много десятилетий. Препятствием для реализации в Москве являются тарифы на тепло и электроэнергию, а также, как ни странно, довольно развитая инфраструктура централизованного отопления в местах, где размещаются ЦОД.Рассмотрим на примере Москвы. Для промышленного потребителя стоимость 1 МВт ч составляет примерно 1000 рублей для тепловой и 3500...4000 рублей для электрической энергии. Для преобразования 1 МВт ч низко потенциального тепла дата-центров (максимум 45...50) в тепло, используемое в тепловой сети (90...110), с применением теплового насоса, необходимо примерно 0,25-0,3 МВт ч. Несложно видеть, что себестоимость полученной таким путем тепловой энергии составляет 1000 рублей. Вряд ли теплоснабжающая компания будет покупать дороже, чем продает сама. Если учесть, что ЦОД несет и капитальные затраты в размере $250...750 тыс., то вообще не понятно зачем нужно этим заниматься.
Уже в 2015 году цена электроэнергии в России для промышленных потребителей станет едва ли не самой высокой в Европе. Возможно, такая схема имела бы смысл, если бы появились потребители, для которых нужно строить новые тепловые сети и котельные (как описано в статье), но обычно дата-центры расположены в районах с довольно развитой инфраструктурой тепловых сетей и недешевая энергия ЦОД не особенно нужна. Описываемое решение применяется в дата-центрах, но в ограниченном режиме и только в период отсутствия отопления. Тогда можно использовать после преобразования тепло ЦОДов для легкого подогрева батарей отопления в тех же дата-центрах или приготовления горячей воды для нужд персонала, замещая прямое электроотопление (бойлеры, масляные радиаторы). Такое использование тепла экономически выгодно. Но это доли, максимум единицы процента от того, что дата-центр выбрасывает в атмосферу. Таким образом, чтобы в условиях Москвы ЦОД стал серьезным источником тепла, нужно редкое сочетание условий.
Юрий Самойлов, генеральный директор DataLine:
Идея, конечно, очень красивая, но, увы, при текущих ценах на тепло энергию в России выглядит несколько преждевременной. Мы и сами думаем в этом направлении — в частности, обогрев наших офисов на ул. Боровая частично обеспечивается за счет тепла, выделяемого дата-центром. Благодаря специальному тепловому насосу тепло из системы холодоснабжения ЦОДа используется для нагрева воды в радиаторах отопления и воздуха в приточной вентиляции: таким образом отапливаются офисы. Воздух в ряде инфраструктурных помещений и технических коридоров дата-центра на Боровой и Коровинском шоссе обогревается теплом машинных залов через пластинчатые рекуператоры.Но есть несколько нюансов. ЦОД «сбрасывает» низкопотенциальное тепло. Температура «теплой» воды в системе охлаждения у нас составляет около 12оС, и для того, чтобы получить температуру, достаточную для отопления, приходится ставить тепловой насос – холодильную машину, которая забирает тепло у воды в системе холодоснабжения и отдает его воде в системе отопления, нагревая ее примерно до 45оС. На перекачку тепла тратится электроэнергия: для перекачки 3 кВт тепловой мощности надо расходовать примерно 1 кВт электрической мощности. Сейчас в Москве тепловая энергия стоит примерно в 4 раза дешевле электричества – понятно, что в этой ситуации использование теплового насоса обходится дороже, чем отопление от тепловых сетей города. Кроме того, типовые теплотехнические решения подразумевают использование воды с температурой от 80оС, поэтому в случае применения стандартного теплового насоса (дающего не больше 45 оС) приходится ставить увеличенные радиаторы.
Что касается обогрева воздуха от машинных залов через рекуператоры, такое решение не потребляет электричества, но работает только для соседних помещений (тянуть воздуховоды на большое расстояние совершенно нерационально).
В центральном офисе DataLine, расположенном над дата-центром OST на Боровой, пока установлен один тепловой насос. С его помощью образом мы утилизируем до 15% тепла, «сбрасываемого» ЦОДом OST. Этого достаточно, чтобы отапливать 1500 м2 офисного пространства (в периоды, когда температура на улице не опускается ниже -15оС, при более сильных морозах приходится догревать воду в электрическом котле). Об окупаемости такого решения говорить сложно, и мы относимся к этому проекту скорее как к эксперименту.
Михаил Луковников, директор дата-центра «ТрастИнфо» (Сервионика, ГК «Ай-Теко»):
Идею отапливать целые города с помощью тепла, выделяемого дата-центрами, в современных реалиях применить будет сложно. Температура теплоносителя, возвращенного после машинных залов, не слишком высока по сравнению с температурой теплоносителя, используемого в батареях центрального отопления российских многоквартирных домов. Кроме того, дата-центры располагаются во вне жилых кварталов (это и повышенные потребности ЦОД в энергетике, которых нет в жилых зонах, и требования по режиму безопасности), а передача тепла на расстояния в нашем климате сопровождалась бы дополнительными значительными теплопотерями. По состоянию на текущий день реалистичным и, в ряде случаев реализованным, выглядит вариант с использованием тепла, выработанного дата-центром, для обогрева помещений или обеспечения работы каких-то объектов или систем в комплексе зданий вокруг самого ЦОДа.