ИИ-системам требуются огромные объёмы электроэнергии, что резко повышает требования к системам резервного питания ЦОД на случай сбоев, пишет EE Times. По данным СМИ, глобальный спрос со стороны критических IT-инфраструктур вырастет с 49 ГВт в 2023 году до 96 ГВт к 2026 году, на ИИ придётся порядка 40 ГВт. При этом ёмкость ИИ ЦОД, как ожидается, будет составлять 100 МВт. А общее потребление дата-центров может вырасти до более 1000 ТВт∙ч в 2026 году.

Для ИИ ЦОД требуется доступность на уровне 99,99999 %, так что им нужно полномасштабное резервное энергоснабжение. Для этого обычно используются дизельные или газовые генераторы мощностью 1–2 МВт. Для защиты крупного ЦОД нужны десятки таких машин, готовых к пуску. Критически важной является скорость переключения на резервный источник питания — на старт генератора обычно требуется до нескольких минут, так что всё это время питание должно осуществляться от аккумуляторов. Кроме того, нужно распределительное устройство, а также система мониторинга и автоматизации, которая сделает для IT-нагрузки переход с одного источника на другой незаметным.

Источник изображения: Saif71.com / Unsplash

Однако рост ёмкости ЦОД резко усложняет и удорожает создание систем резервного питания. Генератор мегаваттного класса весит около 5 т (без топлива), занимает не так уж мало места (добавьте сюда топливный бак объём от 1 м³) и стоит порядка $1–$2 млн без учёта доставки и установки. При этом аккумуляторная система — это ещё один отдельный комплекс с собственными проблемами установки. Так что не исключено, что недавно запущенный ИИ-кластер xAI, который пока что вынужден питаться как раз от генераторов, даже после подключения к энергосети оставит эти генераторы на площадке.

Компания Vertiv подготовила обновлённую модульную систему ИБП Trinergy для дата-центров и других предприятий. По данным Datacenter Dynamics, новинка легко адаптируется к меняющимся нагрузкам ЦОД. Также представлено интегрированное решение PowerNexus, обеспечивающая экономию места — технология позволяет близко размещать собственно ИБП и распределительные устройства.

Модульный дизайн предусматривает использование физически разделённых «ядер» по 500 кВт, каждое с инвертором, выпрямителем, бустером/зарядным устройством и выделенным управлением. Это позволяет каждому модулю работать независимо. Предлагаются варианты на 1500, 2000 и 2500 кВА.

Как утверждают в компании, решение подходит для объектов, предусматривающих использование оборудования с большими нагрузками — вроде HPC- или ИИ-систем. При этом Trinergy может неограниченно долго работать при полной нагрузке и питании от DC-источника. Это особенно удобно при работе с источниками возобновляемой энергии вроде солнечных элементов питания — её можно будет накапливать без преобразования. Кроме того, некоторые ЦОД имеют выделенные DC-сети, что повышает эффективность технологии.

Источник изображения: Vertiv

Новая ИБП-система совместима с хранилищами Vertiv DynaFlex Battery Energy Storage System, способной использовать альтернативные источники энергии в качестве резервных или основных. Trinergy также поддерживает функцию Vertiv Dynamic Grid Support — благодаря этому можно участвовать в т.н. «управлении спросом» в совместимых электросетях, это особенно удобно для регулирования подачи энергии в энергосети общего назначения.

В Vertiv заявляют, что Trinergy превосходит требования Tier IV, для которых требуется работа без сбоев 99,9994 % времени. Trinergy обеспечивает доступность на уровне 99,99999998 %. Другими словами, допустимый простой для Trinergy составляет 30 секунд за 10 лет, а для стандарта Tier IV — 8 часов за тот же срок.

Американское министерство энергетики (DOE) намерено инвестировать $100 млн в проекты, предусматривающие применение батарей без использования лития. По данным Datacenter Dynamics, оно уже выпустило т.н. «уведомление о намерениях», предусматривающих финансирование нескольких демонстрационных энергопроектов, акцентирующих внимание на «нелитиевых» технологиях, решениях со временем разрядки 10+ часов и стационарных энергохранилищах.

Подобные системы могут стать важным элементом перехода на возобновляемые источники энергии для дата-центров и сетевых поставщиков электроэнергии, поскольку смогут помогать захватывать и сохранять солнечную или ветряную энергию и отдавать её по мере необходимости, в том числе ночью или в штиль. Кроме того, подобные технологии можно будет использовать для подпитки энергосетей в случае экстренной необходимости.

В DOE считают, что США понадобится ещё 700–900 «зелёных» ГВт для того, чтобы страна добилась нулевых выбросов к 2050 году. При этом нынешние сети уже включают кратковременные хранилища энергии, но рост мощностей возобновляемых источников может привести к ужесточению требований к системам хранения. Системы длительного хранения энергии (LDES), по мнению чиновников, должны сыграть ключевую роль в создании энергетических резервов, необходимых для обеспечения стабильности работы энергосетей.

Источник изображения: Federico Beccari/unsplash.com

За финансирование отвечает Управление по демонстрации экологически чистой энергии (Office of Clean Energy Demonstrations, OCED). Предполагается поддержать от 3 до 15 проектов, которые получат $5–20 млн. Но должны найтись и частные соинвесторы, готовые вложить в каждый выбранный проект аналогичную сумму. Предполагается, что гранты помогут в развитии технологий, позволят довести опытные разработки до промышленной реализации, поспособствуют проведению практических испытаний и развитию цепочек поставок. При этом отобраны будут проекты, которые наиболее близки к стадии коммерциализации.

Промышленные аккумуляторы без лития, которые подходят для резервного питания крупных объектов, уже существуют. Недавно американский стартап Unigrid привлёк $12 млн для разработки найтрий-ионных АКБ. А ZincFive и FDK создают никель-цинковые батареи.

Поставщик никель-цинковых аккумуляторов ZincFive сообщил, что суммарная мощность отгруженных и заказанных АКБ превысила 1 ГВт (ёмкость батарей не указывается). Компания также объявила, что увеличила инвестиции в США и планирует расширить там как разработку, так и производство новых продуктов. Масштабирование бизнеса подогревается ростом спроса на ИИ-инфраструктуру.

В компании в очередной раз подчеркнули, что её решения безопаснее, надёжнее и экологичнее других распространённых типов аккумуляторов. По словам ZincFive, обеспечению экоустойчивости теперь уделяется повышенное внимание — как сама компания, так и её клиенты намерены снижать углеродные выбросы.

Источник изображения: ZincFive

Вендор продвигает никель-цинковые аккумуляторы более 10 лет. Литий-ионные варианты критикуют за неконтролируемый нагрев, часто приводящий к серьёзным пожарам, включая самый масштабный в мире сбой ЦОД Kakao. Утверждается, что никель-цинковые батареи требуют минимального обслуживания, не перегреваются, при этом чрезвычайно надёжны в качестве резервных источников питания для ЦОД.

Оператор дата-центров Corscale использует аккумуляторы ZincFive в кампусе Gainesville Crossing в Северной Вирджинии с 2022 года, применение АКБ компании в своих ИБП одобрила ABB. У компании есть и конкуренты. В конце прошлого года сообщалось, что Ni-Zn аккумуляторы японской компании FDK готовы к использованию в дата-центрах.

Молодая компания Unigrid, по сообщению TechCrunch, провела раунд финансирования Series A, в ходе которого привлечено $12 млн. Деньги пойдут на дальнейшую разработку натрий-ионных аккумуляторов, которые, как ожидается, станут менее дорогой альтернативой традиционным литий-ионным батареям.

Несмотря на широкую распространённость, литий-ионные источники питания стоят весьма дорого — около $140 в расчёте на 1 кВт·ч. В то же время натрий-ионные изделия при производстве в сопоставимых масштабах обещают значительное снижение цены благодаря более доступному сырью.

Источник изображения: Unigrid

Однако имеются сложности. Дело в том, что существующие технологии не позволяют создавать натрий-ионные батареи с такой же высокой плотностью, как у литий-ионных. А это значит, что при аналогичной ёмкости натрий-ионные изделия будут значительно крупнее и тяжелее. Еще одна трудность заключается в том, что из-за разных характеристик заряда и разряда требуется другая управляющая электроника. Unigrid утверждает, что смогла решить обе проблемы.

В частности, повысить ёмкость удалось благодаря новому химическому составу. В одной части источника питания применяется хромат натрия, а в другой — олово. Батареи Unigrid занимают не больше места, чем литий-железо-фосфатные элементы, а иногда и меньше. Плюс к этому энергетические характеристики новых аккумуляторов схожи с параметрами литий-ионных источников, что позволяет использовать существующую управляющую электронику.

Деньги в рамках раунда финансирования Series A стартапу Unigrid предоставили Transition VC, Ritz Venture Capital, Union Square Ventures и Foothill Ventures. Производство новых батарей компания намерена организовать на мощностях сторонних предприятий.

Предполагается, что натрий-ионные аккумуляторы найдут применение в различных областях, в том числе в ИБП для дата-центров, медицинских учреждений и пр. Ещё одним преимуществом таких батарей перед литий-ионными изделиями является высокая температура возгорания — несколько сотен градусов Цельсия. Таким образом, повышается безопасность при эксплуатации.

Между тем оператор ЦОД Digital Edge планирует заменить литий-ионные аккумуляторы на своих площадках на «гибридные суперконденсаторы» Donghwa ES. Компания Kinetic Solutions получит для своего ЦОД в Аризоне (США) альтернативу резервными литий-ионным аккумуляторам — ванадиевые проточные редокс-батареи, разработанные британской Invinity Energy Systems. А FDK и ZincFive предлагают никель-цинковые аккумуляторы.

Как сообщает Data Centre Dynamics (DCD), оператор ЦОД Digital Edge в отчете ESG за 2024 год анонсировал партнерское соглашение с южнокорейской компанией Donghwa ES о разработке так называемого «гибридного суперконденсатора» (HSC) в качестве нового типа источника питания для своих ИБП, который может заменить традиционные литий-ионные аккумуляторы.

Из приведённого компанией описания технологии HSC можно заключить, что она представляет собой некий гибрид двухслойного конденсатора и литий-ионной батареи. HSC, по утверждению компаний, в сравнении с другими технологиями позволяет снизить износ отрицательного электрода, обеспечить зарядку за «считанные минуты» и получить повышенные термостойкость (до +65 °С), срок службы (15 лет) и надёжность (более 100 тыс. циклов перезарядки).

Источник изображения: Donghwa ES

Donghwa ES создала оригинальную концепцию технологии, а Digital Edge предоставила экспертные знания в области систем бесперебойного питания. Donghwa ES намерена коммерциализировать HSC для более широкого использования в промышленности в течение 2024 года. По словам Digital Edge, первоначальные испытания «оказались успешными» и теперь компания приступает к развертыванию HSC «в небольших масштабах» в своих новых ЦОД и только для некритических нагрузок, но перевод на эти батареи существующих объектов пока не планируется.

Компания Ippon анонсировала однофазные источники бесперебойного питания (ИБП) семейства Novus с чистой синусоидой на выходе. Утверждается, что устройства надёжно обеспечивают стабилизированное питание для важного оборудования. В серию вошли модели Novus 6K, Novus 6KL и Novus 10K с двойным преобразованием.

Первые две версии характеризуются полной мощностью 6 кВА и активной мощностью 5,4 кВт. Решения обладают высокой адаптацией к широкому диапазону входного напряжения и частот, включая CVCF (компенсацию коэффициента мощности). Это позволяет использовать ИБП в различных условиях, а также способствует снижению энергопотребления.

Источник изображений: Ippon

В свою очередь, модификация Novus 10K имеет полную мощность в 10 кВА и активную мощность в 9 кВт. Данное устройство предлагает высокий уровень надёжности, стабильности и эффективности, что «делает его отличным выбором для обеспечения бесперебойного электропитания в различных промышленных и коммерческих приложениях», говорит компания.

Решения Novus 6K и Novus 10K оборудованы необслуживаемыми герметичными свинцово-кислотными аккумуляторами. Время заряда с 0 % до 90 % составляет около 7 часов. Модификация Novus 6KL не имеет установленных батарей в комплекте.

Все новинки наделены дисплеем, который позволяет контролировать состояние ИБП и получать информацию о его работе, включая уровень заряда батареи, нагрузку, ошибки и предупреждения. Номинальное напряжение — 220/230/240 В. КПД в линейном режиме составляет 94 %, в режиме ECO — 98 %. Предусмотрена защита от короткого замыкания, от высоковольтных выбросов, а также от перегрузок в линейном режиме, режиме работы от батареи и режиме работы автоматического байпаса. Имеется интерфейс RS232. ИБП могут эксплуатироваться в температурном диапазоне от 0 до +40 °C. Устройства выполнены в соответствии со стандартом IP20.

Оператор дата-центров Digital Realty намерен реорганизовать систему питания своих ЦОД в Ирландии таким образом, чтобы та могла отдавать электричество в энергосети во время пиковых нагрузок. The Register сообщает, что это поможет сгладить нагрузки на энергосистемы, снизить выбросы углекислого газа и обеспечить операторам дополнительную выручку.

Один из крупнейших в мире операторов дата-центров работает с энергораспределяющей компанией Enel X, которая позволит сохранить стабильность сетей с помощью систем бесперебойного питания ЦОД. Это, например, даст возможность снизить зависимость от электростанций, работающих на ископаемом топливе в часы максимальных нагрузок. Digital Realty уже ранее реализовала подобный проект с помощью Enel X в Сиднее.

Только вокруг Дублина оператор ЦОД имеет девять объектов. Он утверждает, что аккумуляторы их ИБП прошли самые строгие проверки и одобрены для снабжения резервной энергией электросетей. Для начала в программе будут участвовать источники бесперебойного питания мощностью 6 МВт. Соглашение с Enel X позволит Digital Realty использовать по-новому использовать энергетические активы дата-центров, в числе прочего позволяя подключать к сети больше возобновляемых источниках энергии.

Источник изображения: israel palacio/unsplash.com

Ирландия уже получает 30–40 % энергии из возобновляемых источников, что имеет и негативные стороны. В частности, неизбежны перепады качества энергоснабжения из-за нестабильности работы ветряков и других подобных источников. В Digital Realty подчёркивают, что в таких ситуациях пригодится энергия ИБП дата-центров. В этом месяце оператор EirGrid объявил о снижении минимального числа больших генераторов на ископаемом топливе, которые должны работать в энергосети страны в любое время — с пяти до четырёх, в ответ на растущую доступность возобновляемой энергии.

Впрочем, Digital Realty не первой представляет подобную схему в Ирландии. Microsoft уже анонсировала внедрение интерактивной ИБП-технологии в собственном ЦОД в Дублине в середине 2022 года, она сотрудничает с Eaton и той же Enel X. Последняя служит агрегатором для объединения коммерческих источников энергии в «виртуальные электростанции». В прошлом году Microsoft объявила, что проект увенчался успехом и заявила о намерении масштабировать его на другие ЦОД по всей планете.

Энергия для ЦОД стала весьма обсуждаемой темой в последнее время, эксперты предупреждают, что рост ёмкости дата-центров на фоне взрывного спроса на ИИ-сервисы может привести к тому, что только в США ЦОД будет потребляться к 2030 году 20–25 % всей электроэнергии, а в Ирландии к 2026 году — около трети. Это уже привело к рационированию вычислительных ресурсов AWS.

Американский оператор дата-центров Digital Realty, по сообщению ресурса Datacenter Dynamics, намерен использовать гидрированное растительное масло (HVO) вместо дизельного топлива в своих резервных генераторах на некоторых площадках в США. Это позволит снизить выбросы вредных газов в атмосферу.

HVO производится из растительных масел и отработанных жиров. Это на 90 % углеродно-нейтральный возобновляемый вид топлива с повышенным сроком хранения без окисления. Важно, что HVO можно применять в дизель-генераторах без внесения модификаций в силовую установку. Кроме того, HVO можно смешивать с дизельным топливом.

Сообщается, что Digital Realty начнёт использовать HVO в резервных генераторах на площадках PDX12 в Хиллсборо (штат Орегон), а также SC1 в Санта-Кларе и LAX12 в Эль-Сегундо (обе — Калифорния). По оценкам компании, инициатива позволит сократить выбросы СО₂ приблизительно на 12 тыс. т.

Источник изображения: Digital Realty

Впервые Digital Realty начала применять HVO в дата-центрах в Париже (Франция) в 2022 году. Позднее инициатива была распространена на Мадрид (Испания) и другие европейские ЦОД. На сегодняшний день Digital Realty использует HVO более чем на 20 объектах по всей Европе, в том числе в Амстердаме. С учётом США данный вид топлива будет применяться в дизель-генераторах на семи рынках присутствия компании.

Аналогичные проекты реализуют и другие операторы дата-центров и облачных платформ. К примеру, около года назад к переводу дизель-генераторов на HVO в европейских ЦОД приступила AWS. Вместе с тем американская корпорация Kohler Power Systems объявила, что выпускаемые ею дизельные генераторы могут работать на HVO без каких-либо доработок.

Отмечается, что Digital Realty вместе с Schneider Electric реализует ещё одну инициативу, направленную на снижение вредного влияния на экологию. Она предусматривает продление срока службы критически важных систем на площадке PAR6 в Париже. Речь идёт о части электрооборудования, распределительных устройствах и ИБП. Планируется повторное использование отдельных компонентов и внедрение новых программ переработки и восстановления. Ожидается, что в течение следующих 3–5 лет проект поможет Digital Realty дополнительно снизить выбросы углерода, одновременно увеличив жизненный цикл оборудования, включая батареи ИБП.

Компания «Электрорешения», производящая электротехническое оборудование под маркой EKF, представила источники бесперебойного питания (ИБП) серии E-Power SW900G4-33, ориентированные на использование в том числе в составе критических инфраструктур. Это могут быть дата-центры, промышленные объекты, медицинские учреждения и пр.

В семейство вошли модели двойного преобразования мощностью 40, 60, 80, 100, 120, 160 и 200 кВт. Возможна параллельная работа до четырёх ИБП, что, как отмечается, обеспечивает надёжную защиту критических нагрузок.

Источник изображения: EKF

ИБП получили трёхуровневый инвертор и 5″ информационный дисплей с поддержкой сенсорного управления. В системе охлаждения применяются вентиляторы с регулируемой скоростью вращения. Предусмотрены интерфейсы RS232, USB и RS485, а также два слота для установки внешних карт, включая адаптеры Wi-Fi и модули GPRS.

Устройства обеспечивают защиту от различных проблем, которые могут наблюдаться в электрической сети: это пониженное или повышенное напряжение, искажения формы напряжения и помехи, кратковременные провалы или скачки напряжения, высоковольтные импульсы. Среди преимуществ новинок названы большой срок службы, простота обслуживания, широкие возможности мониторинга, а также интуитивно понятный интерфейс.