Солнечные батареи и накопители для центров обработки данных: не просто замена

Аккумулятор FIAMM 12FGH50

Возобновляемые источники энергии и накопители могут обеспечить надёжное энергоснабжение центров обработки данных, но для успеха необходимы активные сети, скоординированное планирование и правильное сочетание технологий. Технический директор Hitachi Energy Герхард Зальге рассказал, что комплексный подход обеспечивает техническую осуществимость, экономическую целесообразность и устойчивость энергосистемы.

По мере роста размеров и усложнения структуры центров обработки данных обеспечение их дешевым и надежным энергоснабжением становится все более актуальной задачей. Герхард Зальге, технический директор (CTO) Hitachi Energy, подразделения японского конгломерата Hitachi, рассказал о взаимосвязи между возобновляемыми источниками энергии и работой центров обработки данных, отметив, что, несмотря на техническую осуществимость, для достижения успеха требуется тщательное планирование, правильная инфраструктура и комплексный подход.

«Если посмотреть на то, что происходит в энергосистемах, то возобновляемые источники энергии являются активным элементом со стороны производства электроэнергии, а центры обработки данных — активным элементом со стороны спроса, — сказал Зальге в интервью. — В дополнение к этому нам нужна гибкость, для которой необходимы накопители и энергосистема, способная активно действовать, чтобы объединить все эти элементы».

По словам Зальге, ключевую роль играют активные сети, а не пассивные системы, которые просто реагируют на изменения условий. С увеличением доли возобновляемых источников энергии, изменением структуры спроса, появлением новых центров нагрузки и таких вариантов хранения энергии, как аккумуляторы и существующие объекты, например гидроаккумулирующие электростанции, крайне важно активно координировать эти ресурсы для обеспечения надёжности энергоснабжения, качества электроэнергии и оптимизации затрат.

«Но когда вы говорите о влиянии и взаимосвязи между возобновляемыми источниками энергии и центрами обработки данных, вам всегда нужно учитывать всю полноту гибкости энергосистемы, состоящей из всех элементов: спроса, генерации, хранения и активной сети между ними», — сказал он, отметив, что слабые или перегруженные сети не подходят для этой цели.

Центры обработки данных с искусственным интеллектом

Сэлдж предупредил, что не все центры обработки данных одинаковы. «Есть обычные центры обработки данных и центры обработки данных с искусственным интеллектом, — сказал он. — Обычные центры обработки данных — это, по сути, высоконагруженные системы с некоторыми колебаниями. Они содержат множество процессоров, обрабатывающих запросы — от поисковых систем или других приложений, — поэтому рабочая нагрузка распределяется между ними случайным образом. Это создаёт базовую нагрузку со случайными подъёмами и спадами, что является типичной моделью нагрузки для обычного центра обработки данных».

В отличие от этого, рабочие нагрузки ИИ в значительной степени зависят от графических процессоров или ускорителей ИИ, которые постоянно потребляют много энергии. В отличие от обычных центров обработки данных, центры обработки данных ИИ часто работают с постоянной высокой нагрузкой, иногда близкой к максимальной, в течение длительного времени.

«Центры обработки данных с искусственным интеллектом особенно хорошо справляются с параллельными вычислениями, — объяснил Салдж. — Многие из них одновременно реагируют на один и тот же шаблон спроса, что приводит к резким скачкам в профиле спроса, и все они работают параллельно».

Эти колебания негативно сказываются как на электроснабжении, так и на качестве напряжения и частоты в подключённой сети. «Таким образом, вам нужно передавать активную мощность от системы накопления энергии или суперконденсатора к центру обработки данных с искусственным интеллектом. А для этого необходимо контролировать активную мощность центра обработки данных. Вам нужно обеспечить взаимодействие между накопителем энергии и центром обработки данных с искусственным интеллектом, чтобы подавать активную мощность или поглощать её, когда пик нагрузки снижается. Это также можно сделать с помощью суперконденсатора».

Аккумуляторы могут накапливать гораздо больше энергии, чем суперконденсаторы, но последние могут чаще накапливать меньшую энергию. «Однако если вы используете аккумулятор меньшего размера, чем нагрузка, и вам действительно нужно использовать аккумулятор на полную мощность, он не прослужит долго в вашем центре обработки данных, потому что частота таких всплесков очень высока, и аккумулятор изнашивается очень, очень быстро. Да, суперконденсаторы могут выдерживать больше циклов», — подчеркнул Салдж.

Он также отметил, что и аккумуляторы, и суперконденсаторы являются зрелыми технологиями, но оптимальная конфигурация — будь то один из этих элементов или их комбинация с традиционными конденсаторами — зависит от объёма накопителя, количества стоек, уровней напряжения и общей конструкции системы.

Управление всплесками в обучении ИИ

Сэлдж подчеркнул важность соблюдения сетевых правил в разных регионах. «Вы должны быть добросовестным участником энергосистемы, — сказал он. — Вы должны сотрудничать с местными коммунальными службами, чтобы убедиться, что вы не нарушаете сетевые правила и не создаёте помех при подключении центра обработки данных к сети. Хороший способ сделать это, если возобновляемые источники энергии и центры обработки данных расположены рядом, — управлять поставками возобновляемой энергии уже на территории центра обработки данных. Кроме того, наличие перспективной развитой энергосистемы является очевидным преимуществом. Потому что у вас гораздо больше гибких и активных элементов для управления хранением и интеграцией возобновляемых источников энергии, а также для управления динамическими нагрузками в центрах обработки данных.

Если энергосистема не рассчитана на будущее с учетом современного активно работающего оборудования, нагрузка на операторов значительно возрастет. «При комплексном планировании можно даже использовать гибкость ЦОД в качестве контролируемой функции реагирования на спрос», — сказал Зальге, добавив, что операторы ЦОД могут координировать периоды интенсивного обучения ИИ с периодами, когда в энергосистеме больше свободных мощностей. Это делает ЦОД предсказуемым и контролируемым потребителем, который нагружает энергосистему только тогда, когда она к этому готова.

«В заключение, что касается технической осуществимости: да, это возможно, но для этого нужна правильная конфигурация», — сказал Зальге.

Экономическая осуществимость

Что касается экономики, Зальге считает, что солнечная и ветровая энергия остаются самыми дешёвыми источниками энергии, даже с учётом гибкости сети, необходимой для их интеграции с центрами обработки данных. Солнечную энергию проще всего внедрить, ветровая хорошо дополняет её, и обе технологии можно масштабировать параллельно.

«Любое увеличение спроса на центры обработки данных требует инвестиций, будь то в возобновляемые источники энергии или в традиционные. Экономика зависит от рынка, а рыночные механизмы, нормативные акты и техническое планирование энергосистем взаимосвязаны и влияют на энергопотребление, ценообразование и стабильность системы», — сказал он.

«Мы рекомендуем разработчикам с самого начала сотрудничать со всеми заинтересованными сторонами — коммунальными службами, поставщиками технологий и проектировщиками, — чтобы обеспечить надёжность, доступность и общественное признание. Комплексное планирование позволяет избежать поспешных решений и приводит к лучшим долгосрочным результатам», — заключил Салдж.