Как сделать ЦОДы безопасными для планеты и выгодными для бизнеса
Об эксперте: Вера Бурцева, директор Научно-исследовательского института устойчивого развития в строительстве.
Что такое ЦОДы
Цифровизация — один из мегатрендов будущего, который продолжает уверенно наращивать темпы. По оценкам компаний EMC и IDC, объем всех цифровых данных достиг 44 зеттабайта или 44 трлн ГБ в 2020 году. Если перенести эти данные в iPad Air с объемом памяти 128 ГБ, получится стопка планшетов высотой в две трети расстояния от Земли до Луны.
Чтобы работать с таким объемом данных, создают ЦОДы — центры обработки данных. Это специальные здания, в которых устанавливают серверы и системы хранения информации. Оборудование ЦОДов выделяет теплоизбытки, практически эквивалентные мощности самого оборудования. Так, ЦОДы состоят из стоек с оборудованием, каждая из которых занимает около 2–3 кв. м и выделяет в среднем около 7 кВт тепла. Для бесперебойной работы сервера нужно охлаждать, снимать теплоизбытки — это требует дополнительной энергетической мощности, что в сумме наносит значительный ущерб окружающей среде.
По данным исследования Greenpeace 2019 года, чтобы обеспечить электричеством 44 китайских дата-центра, в 2018 году энергостанции выбросили в атмосферу 99 млн т CO2. Дата-центры Китая потребляют больше электроэнергии, чем Венгрия и Греция вместе взятые. Но выход есть: ЦОДы тоже могут быть «зелеными» — более безопасными для планеты и экономичными для бизнеса.
Как сделать ЦОДы «зелеными»
Перед ЦОДами стоят две задачи: оптимизация энергоснабжения и поиск решений для систем охлаждения серверов. Вот как с ними сейчас работают.
Оптимизация энергоснабжения
ЦОДы — это машинные залы, состоящие из стоек с вычислительным оборудованием. Чтобы работать, ЦОДам необходимо определенное количество электричества. Получается, что для оптимизации энергоснабжения, нужно найти недорогую электроэнергию.
Два наиболее распространенных решения — построить ЦОД на подстанции ГЭС, АЭС, либо самостоятельно вырабатывать энергию из газа. Это рабочие варианты, но они накладывают дополнительные ограничения: от локационных до юридических.
Оптимизация систем охлаждения серверов
Для бесперебойной работы оборудование нужно охлаждать. У ЦОДов огромные теплоизбытки, поэтому, чтобы их снять, требуется охладить и очистить большое количество воздуха и максимально эффективно организовать воздухообмен.
Недорогое, неэкологичное и недостаточно эффективное решение — установка сплит-систем. Это те же бытовые кондиционеры, которые мы видим на фасадах жилых зданий. Дороже, но эффективнее — установка холодильных машин для выработки холодной воды для систем кондиционирования.
Есть и «зеленый», более эффективный вариант с невысокими капитальными затратами — использование природноподобного испарительного охлаждения. Физику процесса этого решения можно сравнить с моментом, когда мы выходим из душа и нам резко становится холодно. Забирая энергию тела, влага испаряется с поверхности кожи, а мы чувствуем охлаждение. В ЦОДах микрочастицы воды испаряются, забирая тепло из окружающей среды, снижая ее температуру.
Почему не все «зеленые» ЦОДы одинаково полезны
Когда мы говорим о «зеленых» технологиях или строительстве, то подразумеваем устойчивое развитие: экологию, экономику и человека.
Работа ЦОДов — это работа вычислительного оборудования, поэтому модернизация в «зеленых» ЦОДах в большей степени направлена на экономику и экологию. Иначе говоря, на поиск решений, которые помогут потреблять меньше энергетических ресурсов и создавать меньше выбросов парниковых газов. Это в равной степени актуально и для России, и для Запада.
Для большинства стран газ и электроэнергия — дорогой ограниченный ресурс, поэтому все чаще появляются госпрограммы и льготы по внедрению возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Один из хороших примеров ВИЭ — госпрограмма льготных тарифов на энергию в Германии, если она произведена на базе ВИЭ. Такая энергия стоит очень дорого, поэтому разницу между стоимостью энергии от ВИЭ и «обычным» тарифом, по которым мы обычно платим за энергоресурсы, компенсирует государство. Таким образом, владельцы ВИЭ могут быть уверены, что рынок сбыта у них будет.
С точки зрения теплотехники и физической сути это неэффективно, и совершенно не оправдано экономически. Еще в 1975 году академик Петр Капица объяснил принципы работы альтернативных источников, и стало понятно, что их использование бесперспективно. Это подтверждает история солнечных электростанций в Неваде. Стоимость производства и транспортировки 1 кВт энергии, произведенной на этой станции, слишком высокая и не может конкурировать на рынке.
Часто для новых «зеленых» парадигм окупаемость — не ключевой критерий, поэтому использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) здесь имеет смысл.
Но российские практики, изучая западные «зеленые» ЦОДы, недоумевают: коммерческий ЦОД без внешней финансовой поддержки никогда не сможет использовать ВИЭ в качестве источника энергоснабжения. Не только потому, что ВИЭ — пока что относительно дорогой источник. Но и потому, что ЦОДы требуют высокой степени надежности. То есть, прекратить снабжать ЦОД энергией, потому что было пасмурно или безветренно, не получится. Значит, эту энергию нужно собирать и хранить, и это тоже большая и капиталоемкая инфраструктура. Поэтому финансовая модель подобных ЦОДов в России будет убыточной.
Для справедливости, и на Западе подобных ЦОДов на «зеленых» источниках энергии — это солнце, ветер и энергия Земли — ничтожно мало. Западные инвесторы также не альтруисты, они заинтересованы в получении прибыли, и желательно — быстро. Поэтому ЦОДы на ВИЭ как у General Electric в Кентукки или у компании Intel — это не тренд, а скорее — высокая мода. Да, их используют Microsoft и Google, но это скорее имиджевые проекты для выражения позиции по отношению к глобальному потеплению.
Если мы хотим создавать в России инфраструктуру ЦОДов с невысокими капитальными затратами и в то же время «зеленую», то нужно искать новые решения.
Как на ЦОДы повлияют санкции
Задача снижения энергопотребления была, есть и будет несмотря на санкции. Это критически важно для финансовой модели ЦОДов, ведь снижение издержек при эксплуатации — задача любого бизнеса. Особенно когда бизнес инфраструктурный, с высокими энергетическими затратами.
Повышать энергоэффективность без применения иностранного оборудования возможно, так как она заключается не в самом оборудовании, а в инженерных решениях. Придется разработать отечественные инженерные решения, не покупая дорогой комплекс с умными технологиями, который зачастую невозможно починить из-за проблем с системами автоматики.
Трудности в реализации энергоэффективных решений могут быть. Например, импорт холодильных машин для системы кондиционирования сейчас невозможен, а российского производства у нас нет. Но альтернативные варианты остаются. Например, испарительное охлаждение. ЦОДы используют испарительное охлаждение, потому что это малозатратно и эффективно, но красивой маркетинговой истории у технологии пока нет.
Другими словами, помимо трудностей, с которыми столкнется рынок создания «зеленых» ЦОДов, мы видим и возможности. Трудности заставят искать решения, проявлять изобретательность, пересматривать известные и работающие технологии, которые забыли из-за агрессивной маркетинговой политики производителей и вендоров дорогостоящих решений.