12 декабря 2017, вторник

Справочно-информационный центр

«Облачные» технологии – энергоемкий потребитель или эффективный источник теплоснабжения?

К.т.н. В.С. Пузаков, руководитель направления энергосбережения и повышения энергоэффективности, ООО «Энсис Технологии», г. Москва В современных условиях большинство решений по выбору источника электроснабжения ЦОД ведущих «облачных» игроков за рубежом связаны с использованием альтернативных и возобновляемых источников энергии: энергии ветра, солнечной энергии, применяются топливные элементы, биомасса и др. Этому способствует также соответствующая поддержка правительства в различных странах.

Так, самыми «зелёными» IT-компаниями (на апрель 2014 г.) стали компании Apple, Facebook и Google, а социальная сеть Twitter оказалась на последнем, 14 месте рейтинга [3].

При этом электрическая нагрузка ЦОД ведущих мировых «облачных» компаний разнится в разы: от 2 до 100 МВт, а общая суммарная электрическая нагрузка 75 ЦОД (принадлежащих 12 «облачным» компаниям, с учётом доступных данных) составила около 1800 МВт [1]. Только в 2013 г. энергопотребление ЦОД составило 684 млрд кВт·ч (по данным Обзора Clickclean (April 2014). – Прим. авт.).

Как указано выше, в условиях постоянно растущего объёма электропотребления в связи с интенсивным вводом новых ЦОД в мире, их владельцы ищут пути снижения уровня электропотребления и отказа от использования ископаемых видов топлива.


Источник информации: http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3342


Полезное использование выделяемой из ЦОД теплоты

Важно отметить, что на покупку/производство электроэнергии приходится от 30 до 60% всех операционных затрат ЦОД. При этом, до половины всей потребляемой электроэнергии дата-центром «съедает» система охлаждения ЦОД, поэтому решение задачи по снижению затрат электроэнергии на систему охлаждения ЦОД имеёт сегодня высокое значение на мировом рынке.

Температура нагрева в отдельных частях ЦОД составляет от 27 до 46 oC (чем выше загрузка ЦОД, тем больше выделяется теплоты). На текущий момент в различных странах мира (как правило, северных) всё больше рассматривается проектов по полезному использованию выделяемой теплоэнергии из «горячих» коридоров ЦОД на нужды теплоснабжения потребителей. Данное решение позволяет существенно снизить объём потребляемой электроэнергии дата-центром и получить недорогой высоконадёжный тепловой источник (учитывая, что ЦОД, как правило, имеёт два независимых источника электроснабжения: в качестве основного обычно используется ввод из внешней системы электроснабжения, в качестве резервного – собственный источник генерации).

Остановимся на наиболее интересных проектах, которые уже реализованы или находятся в стадии проработки.

 

Европейские страны

Финляндия. В 2010 г. в г. Хельсинки (население города около 500 тыс. чел.) в бывшем бомбоубежище [4], расположенном на глубине 30 м под Успенским собором XIX века (рис. 1), финской IТ-компанией Academica был построен ЦОД (проектная потребляемая электрическая мощность – 2 МВт), отличительной особенностью которого стало использование выделяемой им теплоэнергии для системы централизованного теплоснабжения (СЦТ) города. Реализация данного проекта стала возможна благодаря совместному сотрудничеству IТ-компании и теплоснабжающей организации города «Хельсингин Энергиа» (Helsingin Energia).

Рис. 1. Успенский собор, г. Хельсинки, под которым располагается ЦОД Academica.

Источник: www.makewealthhistory.org.

 

Принцип полезного использования теплоты в данной схеме следующий: морская вода из Балтийского моря поступает в теплообменный аппарат для охлаждения горячего воздуха ЦОД, затем подогретая вода идёт в тепловой насос, в котором её потенциал полезно используется для нагрева теплоносителя, циркулирующего в контуре городской СЦТ.

Благодаря такому решению снижение годовых затрат на электроэнергию на цели охлаждения ЦОД (в денежном эквиваленте 2010 г.) составило более 560 тыс. долл. США, а потребление электроэнергии снизилось почти в 2 раза.

По укрупненной оценке, требуемое количество тепловой энергии составляет около 15 тыс. Гкал (исходя из уровня удельного теплопотребления г. Хельсинки 150 кВт·ч/м2 или 0,129 Гкал/м2 [5]). Этого хватает для теплоснабжения порядка 500 жилых домов или 1000 квартир.

г. Эспоо (численность населения около 300 тыс. чел.). Финская IТ-компания Tieto и один из крупнейших мировых энергохолдингов Fortum («Фортум») реализовали совместный проект в 2011 г. по полезной утилизации сбросной теплоэнергии с ЦОД (обслуживаемом компанией Tieto) с целью последующего её использования в СЦТ города. По схеме холодная вода для охлаждения «горячих коридоров» ЦОД подается компанией «Фортум», после чего уже подогретая вода поступает в тепловой насос, где её потенциал полезно используется для нагрева теплоносителя второго контура для нужд теплоснабжения потребителей (рис. 2).

-------- - холодная вода, подаваемая на охлаждение дата-центра;

------- - обратный поток нагретой воды, поступающий на тепловой насос компании «Фортум»;

------- - теплоноситель, подогретый посредством теплового насоса, который поступает в теплосеть близлежащего района;
------- - возврат охлаждённого теплоносителя из системы теплоснабжения

 

Рис. 2. Схема утилизации теплоты ЦОД, г. Эспоо, Финляндия.

Источник: www.tieto.com.

 

По состоянию на 2011 г., ЦОД в г. Эспоо подавал в СЦТ около 25,8 тыс. Гкал [6], что позволило сократить потребление топлива на 3,8 тыс. т у.т. в год.

В 2015 г. производимая на ЦОД тепловая энергия позволила обеспечить теплоснабжение 630 домов [7]. В перспективе, при достижении полной загрузки дата-центра, планируется увеличить число потребителей тепловой энергии до 1500.

Стоит отметить, что ЦОД в г. Эспоо вошел в отчёт финансово-кредитной организации Bank of America Merill Lynch как один из самых «зелёных» во всем мире.

Законодательное поле Финляндии является хорошей почвой для успешного развития ИТ-инфраструктуры (строительства дата-центров) не только для местных компаний, но и зарубежных, что обусловлено комфортными условиями для развития данного вида бизнеса на территории скандинавской страны. Кроме этого, Финляндия, с точки зрения своего холодного климата, опять же является более предпочтительным вариантом для развёртывания ЦОД по сравнению с более «тёплыми» странами, что позволяет естественным образом снижать затраты на охлаждение «горячих коридоров» ЦОД при прочих равных условиях.

По этой причине крупнейшая российская поисковая система Yandex построила и в 2015 г. запустила в работу 1 очередь нового ЦОД, расположенного на юге Финляндии в г. Мянтсяля.

Со слов представителя компании Яндекс [8], выбор площадки для размещения ЦОД был обусловлен следующими основными факторами:

1) низкие эксплуатационные издержки, включая затраты на электроэнергию, доступность и надёжность электрических сетей;

2) благоприятные климатические условия;

3) удобное месторасположение.

Кроме того, в Финляндии наблюдется падение стоимости электроэнергии, и, если в 2010 г. она составляла около 0,056 евро/кВт·ч, то в 2016 г. снизилась почти до 0,03 евро/кВт·ч, т.е. почти в 2 раза. По прогнозу до 2019 г. стоимость электроэнергии будет продолжать снижаться, затем до 2028 г. будет расти, но в итоге выйдет на текущий уровень (по состоянию на 2016 г.) цен.

При этом, надёжность электроснабжения Мянтсяля очень высокая: поселение питает одна региональная ветка 110 кВ, две независимых линии 110 кВ национальной электрической сети; кроме этого к 2018 г. планируется дотянуть до поселения ещё одну новую ветку напряжением 110 кВ. Видимо, такой уровень надёжности обусловлен высокой значимостью города, который является достаточно мощным транспортным «хабом» международного уровня и находящимися на его территории предприятиями.

Стоимость природного газа в стране постоянно растёт.

Идея проекта по утилизации сбросной теплоты ЦОД была поддержана администрацией города. Инвестором по созданию системы рекуперации тепла на базе тепловых насосов выступила крупная финская энергетическая компания. Проведенные расчёты показали конкурентоспособность данного варианта по сравнению с теплоснабжением от существующей газовой котельной.

В результате общая сумма капитальных вложений в проект составила 3 млн евро: 2 млн евро – на саму систему утилизации; 1 млн евро – на строительство трубопроводов тепловых сетей для подключения к существующей городской системе теплоснабжения.

Схема утилизации «сбросного» тепла ЦОД на нужды централизованного теплоснабжения потребителей города представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема утилизации «сбросного» тепла ЦОД компании Яндекс на нужды теплоснабжения,
г. Мянтсяля, Финляндия.
Источник: http://www.heatpumps.media

 

Согласно схеме, воздух из «горячих» коридоров ЦОД подогревает воду в теплобменнике до 30-45 оC, которая затем направляется в тепловые насосы, в результате работы которых, в свою очередь, в контуре системы теплоснабжения вода нагревается до требуемого уровня 55-60 оC.

Полноценно первая очередь ЦОД Yandex, включая систему рекуперации выделяемой дата-центром теплоты и передачу её в сеть централизованного теплоснабжения (отдельные участки трубопроводов тепловой сети, в частности, от ЦОД до города, строились с нуля) (рис. 4), начала функционировать в декабре 2015 г.


Рис. 4. Схема теплоснабжения Мянтсяля от ЦОД.

Источник: www.calefa.fi

 

Тепловая мощность тепловых насосов, утилизирующих потенциал сбросного тепла первой очереди ЦОД, составляет 4 МВт или 3,44 Гкал/ч, нагрузка ГВС по городу составляет 1,2 МВт или 1 Гкал/ч.

С запуском системы рекуперации выделяемой ЦОД тепловой энергии и выдачей её в тепловую сеть удалось достичь следующих результатов в целом по городу:

- снизить ежегодное потребление природного газа на 50%;

- снизить выбросы CO2 на 40% в год (4000 т CO2 в год).

Для энергетической компании данный проект (с учётом понесенных затрат и покупки тепловой энергии от ЦОД Yandex) стал более привлекательным по сравнению с использованием теплоэнергии от газовой котельной.

В результате реализации первой очереди проекта тариф на тепловую энергию для всех жителей города (около 20,1 тыс. чел. по данным 2012 г.) был снижен на 5%.

В самом ЦОДе, благодаря этому проекту снизилось потребление электроэнергии более чем на треть.

С вводом второй очереди ЦОД (рис. 5) базовая и полупиковая тепловые нагрузки Мянтсяля будут полностью покрываться за счёт сбросного тепла дата-центра (суммарно около 8 Гкал/ч), и только для покрытия пиковой тепловой нагрузки будут использоваться котельные на природном газе, биогазе, древесных пеллетах.

Рис.5. График Россандера системы централизованного теплоснабжения г. Мянтсяля

Источник: www.nivos.fi

 

При этом суммарные ежегодные выбросы CO2 будут снижены на 90% (4 тыс. т в год), таким образом, город практически полностью «освободится» от эмиссии углерода в системе теплоснабжения.

На сегодняшний день тепловую энергию от ЦОД получают порядка 1,5 тыс. домов, после реализации второй стадии проекта планируется увеличение числа потребителей до 4 тыс.

В 2015-2016 гг. данный проект уже получил две награды как лучший европейский проект с использованием тепловых насосов и лучший финский проект по снижению выбросов углекислого газа.

Забегая вперед отметим, что данный проект (Yandex) является самым крупным из числа аналогичных проектов, рассмотренных в настоящей статье, в части величины выдаваемой тепловой мощности потребителям. При этом город получает основной системный эффект – снижение потребления ископаемых видов топлива и, как следствие, снижение тарифа для потребителей, снижение выбросов CO2 в атмосферу.

Швеция. Энергетическая компания Fortum Varme («Фортум Варме») в Швеции несколько лет назад запустила новый проект «Open District Heating» (Открытое централизованное теплоснабжение), суть которого заключается в повышении эффективности существующих СЦТ за счёт утилизации сбросного тепла предприятиями (в частности, выделяемой тепловой энергии ЦОД) и получением прибыли как для теплоснабжающей организации (ТСО), так и для компаний (владельцев ЦОД и др.). В соответствии с данной бизнес-моделью, компания «Фортум Варме» совместно со шведской IТ-компанией Bahnhof в 2013 г. [9] реализовала два пилотных проекта в Стокгольме, где отопительный сезон длится около полугода.

1. Дата-центр Bahnhof Pionen. IТ-компания в 2000-х гг. при создании своего ЦОД на глубине 30 м в скале в бывшем бомбоубежище изначально смонтировала традиционную систему охлаждения на базе чиллеров.

Для энергоснабжения в качестве резервного источника энергии используются две дизель-генераторные установки (рис. 6), суммарной электрической мощностью 1,5 МВт, демонтированные с подводной лодки [10].

Рис. 6. Дизель-генераторные установки ЦОД Bahnhof.

 

IТ-компанией был выполнен комплекс работ по созданию новой системы охлаждения ЦОД на базе двух тепловых насосов суммарной тепловой мощностью 0,975 МВт (0,84 Гкал/ч) и холодопроизводительностью 0,694 МВт, величина давления на стороне конденсатора позволяет подключать их напрямую (рис. 7) к тепловой сети (давление в сети 16 бар). «Фортум Варме» были выполнены работы по строительству нового участка трубопровода тепловой сети Ду 125 протяженностью 67 м в двухтрубном исчислении от ЦОД до существующей СЦТ.

При работе ЦОД выдаваемая им тепловая мощность в общую сеть составляет порядка 0,6 МВт (0,52 Гкал/ч) при температуре теплоносителя в подающем трубопроводе 68 oС (исходя из технических характеристик теплового насоса Carrier 30XWH 802-HT, он работает при давлении 21 бар, при этом температура нагреваемого теплоносителя может составлять 63 oС – Прим. авт.).

Рис. 7. Схема полезной утилизации тепловой энергии с ЦОД Pionen IТ-компании Bahnhof

Источник: www.opendistrictheating.com (Fortum)

 

Величина компенсации за покупку тепловой энергии от ЦОД со стороны «Фортум Варне» зависит от температуры наружного воздуха: чем ниже температура, тем выше стоимость покупаемой тепловой энергии (в Швеции, также, как и в ряде других европейских стран, в первую очередь (при базовой тепловой нагрузке) загружаются самые эффективные источники тепловой энергии (например, мусоросжигающие заводы), а при полупиковой и пиковой нагрузке – самые дорогие, требующие сжигания ископаемых видов топлива.

Созданная система охлаждения (полезной утилизации сбросной теплоэнергии) регулирует температуру на обеих сторонах теплового насоса (как на холодной, так и на горячей). В случае возникновения каких-либо нештатных ситуаций, приводящих к нарушению температурного режима охлаждения дата-центра, в работу вступает резервная «старая» система охлаждения (созданная изначально совместно с ЦОД в 2007 г.), но при этом утилизируемое тепло просто «выбрасывается» на улицу.

Суммарный объём инвестиций обеими компаниями на реализацию данного проекта составил 4,7 млн шведских крон (24,44 млн руб. по курсу на начало 2014 г. – 52 руб. за 10 шведских крон; курс 2016 г. – 71 руб. за 10 шведских крон), из них: со стороны IТ-компании затраты составили 3,4 млн шведских крон (17,68 млн руб. по курсу 2014 г.), а «Фортум Варне» инвестировала 1,3 млн шведских крон (6,76 млн руб. по курсу 2014 г.).

2. Дата-центр Bahnhof Thule. Данный ЦОД находится в центре Стокгольма, и по праву считается самым энергоэффективным и самым крупным дата-центром в стране [11].

ЦОД Thule (рис. 8) состоит из трёх серверных залов, система охлаждения «горячих» коридоров которых основана на использовании 3 тепловых насосов, подключенных как по горячей, так и холодной стороне. При нормальном режиме работы тепловые насосы одновременно выдают мощность на нужды централизованного тепло- и холодоснабжения.

Важной особенностью является то, что система централизованного холодоснабжения и тепловые насосы образуют две независимых системы охлаждения ЦОД Thule. Тепловые насосы были смонтированы таким образом, чтобы они могли работать в «островном режиме», т.е. без подключения к системе централизованного холодоснабжения и «сброса» нагрузки в неё.

Рис. 8. Схема использования системы охлаждения ЦОД Thule IТ-компании Bahnhof на нужды централизованного тепло- и холодоснабжения потребителей г. Стокгольм.

Источник: www.opendistrictheating.com (Fortum)

 

Использование той или иной системы, соответственно, зависит от городских погодных условий. Отпуск тепловой энергии от ЦОД начинается при наружной температуре воздуха от +7 оC и ниже; а при +20 оC и выше начинается производство холода и выдача его в сеть централизованного холодоснабжения на полную проектную мощность.

Подключив ЦОД к сетям централизованного тепло- и холодоснабжения, IТ-компания и энергохолдинг «Фортум Варме» создали новую высоконадёжную и достаточно гибкую систему утилизации «сбросной» энергии дата-центра.

Тепловые насосы могут сразу выдавать полную тепловую мощность благодаря тому, что энергия берётся одновременно из машинных залов и из обратного трубопровода централизованной системы холодоснабжения.

В ходе работы тепловые насосы «берут» энергию из обратного трубопровода централизованной системы холодоснабжения и в результате выдают тепловую энергию уже в СЦТ. Общая холодопроизводительность тепловых насосов составляет около 1,189 МВт при выдаче в сеть воды температурой 5,5 оС, суммарная выдаваемая тепловая мощность тепловых насосов – 1,583 МВт или 1,36 Гкал/ч, температура теплоносителя при этом составляет около 68 оC.

Суммарный объём инвестиций обеими компаниями на реализацию проекта составил 7,9 млн шведских крон или 41,08 млн руб. (по курсу на начало 2014 г. – 52 руб. за 10 шведских крон; курс 2016 г. – 71 руб. за 10 шведских крон), из них: IТ-компания потратила 5,3 млн шведских крон (27,56 млн руб. по курсу 2014 г.) на создание новой системы охлаждения ЦОД, включая тепловые насосы, внутреннюю разводку коммуникаций, создание системы автоматизации процессов «под ключ»; «Фортум Варне» инвестировала 2,6 млн шведских крон (13,52 млн руб. по курсу 2014 г.).

Строительство таких крупных «зеленых» ЦОД в Швеции, с полезной утилизацией сбросного тепла продолжается и сейчас; политика государства направлена на привлечение все большего числа клиентов и инвесторов со всего мира и превращения Стокгольма в течение 10 лет в международный центр крупных и самых эффективных ЦОД.

В Нидерландах в начале 2015 г. голландская энергетическая компания Eneco, которая обслуживает болеё 2 млн потребителей, объявила о начале сотрудничества со «стартап» компанией Nerdalize. Совместными усилиями у ряда потребителей они установили полноценные компактные серверы, связанные с массивной облачной платформой [12] посредством сети Интернет, которые, по сути, являются для потребителей радиаторами (рис. 9), самостоятельно генерирующими тепловую энергию. По предварительным оценкам, стоимость предоставления услуг хостинга такой серверной ниже на 30-55% (в зависимости от используемого типа системы охлаждения).

Рис. 9. Внешний вид сервера-радиатора eRadiator в квартире одного из голландских домов.

Источник: www.nbiplus.com

 

Охлаждение этих мини-серверов производится водой по замкнутому контуру, в котором нагретая вода отдает тепловую энергию отапливаемому помещению, имеется возможность «сброса» излишков тепловой энергии на улицу. Выделяемой теплоты серверами-радиаторами достаточно для обогрева помещений в условиях голландского климата.

Причем, IТ-компания Nerdalize построила данную систему таким образом, что «квартирные» серверы постоянно загружены на полную мощность, т.е. объём выделяемой тепловой энергии находится на одном уровне. В случае отсутствия связи с сетью Интернет, на мини-сервере запускается соответствующий скрипт, который заставляет выполнять их пустые вычисления, чтобы избежать нежелательных перерывов в работе такой своеобразной системы отопления [13].

Данный эксперимент проводится в 5 МКД страны. В настоящеё время система работает в тестовом режиме, т.к. специалисты двух компаний хотят понять, сможет ли она быть коммерчески выгодной по сравнению с традиционными способами теплоснабжения потребителей.

Отметим также, что практически аналогичное решение, но рассчитанное не на масштаб квартиры, а на коттедж, пытается апробировать другая ИТ-компания в Германии.

В 2010 г. компания Telehouse построила дата-центр в Лондоне (Великобритания) с системой полезного использования избыточного тепла для теплоснабжения домов и учреждений, расположенных неподалеку.

Британская компания AQL, предоставляющая телекоммуникационные услуги, в ходе полной реконструкции своего ЦОД (г. Лидс) в 2013 г. внедрила систему утилизации выделяемого ЦОД тепла, которое используется для отопления своего же конференц-зала на 300 мест, расположенного неподалеку от дата-центра, в перспективе планируется также использовать выделяемое дата-центром тепло для отопления арт-галереи The Tetley [14].

Во Франции в 2011 г. энергетический холдинг Dalkia и парижский Диснейленд (Disneyland Paris) [15] объявили о своём сотрудничестве для реализации совместного проекта по утилизации избыточного тепла ЦОД Диснейленда и передачу его по трубопроводам тепловых сетей компании Dalkia для теплоснабжения нового бизнес-парка Val dEurope общей площадью около 600 тыс. м2, расположенного недалеко от Парижа (данное решение позволяет ежегодно снижать выбросы CO2 на 5,4 тыс. т).

На окраине Цюриха (Швейцария) компания IBM в середине 2000-х гг. переоборудовала бывший военный бункер 1971 г., находящийся на глубине 7 м, в ЦОД. Выделяемое ЦОД тепло используется для нагрева воды близлежащего муниципального бассейна. За год ЦОД способен отдавать около 2,4 тыс. Гкал.

Также известны примеры по использованию выделяемого тепла ЦОД для обогрева оранжереи, цветочного тепличного хозяйства.

Как видно, большинство из рассмотренных проектов реализованы в странах Европы с холодным климатом.

Отметим, что использование систем охлаждения на базе теплового насоса для полезной утилизации тепловой энергии ЦОД позволяет на 80% снизить затраты электроэнергии на охлаждение дата-центра по сравнению с менее прогрессивными системами на базе воздушного охлаждения и на 13% по сравнению с традиционными системами жидкостного охлаждения (на базе чиллеров).

 

Канада

В конце 2012 г. [16] кредитно-финансовая корпорация Westbank и телекоммуникационная компания Telus заключили договор на строительство комплекса зданий Telus Garden в Ванкувере, включающего 24-этажный деловой центр и 44-этажный жилой комплекс. В настоящеё время реализация проекта находится в завершающей стадии строительства.

Одной из задач проекта было выбрать источник тепло-, холодоснабжения и ГВС для двух зданий, исходя из следующих основных критериев: надёжное теплоснабжение по обоснованным тарифам (с учётом минимизации капитальных и операционных затрат); соответствие стандартам LEED Platinum и Gold certification; минимальный объём выбросов CO2 в атмосферу.

Организацией, ответственной за строительство и дальнейшую эксплуатацию системы теплоснабжения комплекса Telus Garden, стала дочерняя структура энергетической компании FortisBC Alternative Energy Service Inc.

Общая площадь зданий (офисные, жилые и торговые площади) составляет около 88 тыс. м2. Проектная тепловая нагрузка – 5,81 МВт (5 Гкал/ч), из которых: отопление – 5,11 МВт (4,4 Гкал/ч); ГВС – 0,7 МВт (0,6 Гкал/ч). Проектная величина холодопроизводительности – 5,48 МВт.

Годовое потребление теплоэнергии на нужды отопления всех зданий составляет 2906 Гкал (3379 МВт·ч); на нужды ГВС – 1561 Гкал (1815 МВт·ч); годовой расход холода – 4591 МВт·ч.

В результате сравнения порядка 10 различных источников теплоснабжения (включая возобновляемые источники энергии; когенерационную установку на базе газопоршневых агрегатов; подключение к существующей системе парового теплоснабжения и др.) наиболее эффективным оказался вариант с утилизацией излишков теплоты от существующего ЦОД Telus.

Схема утилизации и транспорта тепловой энергии от ЦОД на нужды тепло- и холодоснабжения зданий представлена на рис. 10.

Рис. 10. Схема тепло- и холодоснабжения зданий Telus Garden на базе существующего ЦОД

и системы пароснабжения: 1 – ЦОД с утилизацией тепла; 2 – система охлаждения (с градирней);

3 – Существующая система централизованного пароснабжения; 4 – теплообменные аппараты;
5 – чиллеры (холодильное оборудование); 6 – тепловые насосы; 7 – потребители холода;
8 – потребители тепловой энергии; 9 – мистема ГВС

 

Теплообменные аппараты (2 шт.), которые размещаются непосредственно на территории ЦОД, необходимы для охлаждения воздуха, выделяемого оборудованием ЦОД, и нагрева воды до температуры 20-38 оC.

Затем нагретая вода направляется по трубопроводу в энергоцентр, где расположены тепловые насосы, предназначенные для нагрева воды на нужды теплоснабжения и чиллеры, необходимые, соответственно, для охлаждения воды, идущей на нужды холодоснабжения зданий.

Три тепловых насоса (рабочий хладагент R-134a), которые используются для нагрева воды для нужд отопления до температуры 43 оC, на нужды ГВС – до температуры 70 оC, размещаются в энергоцентре. Коэффициент преобразования тепловых насосов доходит до 5.

В энергоцентре будет размещено 5 чиллеров (использующих аналогичный хладагент), охлаждаемая вода в которые (на холодной стороне) поступает с температурой 11 оC, а из них уже направляется в систему холодоснабжения с температурой 5 оC; на горячей стороне в чиллеры поступает вода из ЦОД с температурой 29 оC и покидает их с температурой 35 оC.

Для покрытия пиковых тепловых нагрузок зданий Telus Garden используется существующая система пароснабжения. Также данная паровая система является резервной, и, в случае необходимости, может покрыть всю проектную тепловую нагрузку зданий. Подключение к паровой сети производится через теплообменные аппараты (тепловые пункты), размещённые в зданиях: в офисном здании – тепловой мощностью 2,32 Гкал/ч (2,7 МВт); в жилом здании – тепловой мощностью 2,84 Гкал/ч (3,3 МВт).

Градирня (охладительная башня) предназначена для «сброса» излишков теплоты, что позволяет стабильно работать системе охлаждения ЦОД. Градирня имеет отдельный, независимый от энергоцентра контур (через теплообменник), физически она размещается на 22 этаже офисного здания.

Система транспорта энергоносителей включает в себя: трубопроводы диаметром 2´Ду 250 между ЦОД и энергоцентром, распложенным в офисном здании; трубопроводы между энергоцентром и жилым зданием 2´Ду 250 – для отопления потребителей (температура теплоносителя 43 оC), 2´Ду 150 – для ГВС потребителей (температура теплоносителя 70 оC); 2´Ду200 – для холодоснабжения потребителей (температура воды 5 оC).

В соответствии с проектом, за счёт использования избыточного тепла ЦОД Telus (в зависимости от загрузки его серверного оборудования) возможно обеспечить теплоснабжение и ГВС всего комплекса до 94%. Покрытие пиковой тепловой нагрузки и полупиковой (при снижении тепловой мощности от ЦОД в случае уменьшения загрузки его серверов) обеспечивается за счёт существующей паровой системы теплоснабжения.

Капитальные затраты на создание системы утилизации излишков тепловой энергии ЦОД составили 3,165 млн долл. США, ежегодные операционные затраты – 297 тыс. долл. США (которые в совокупности являются практически минимальными по сравнению с другими рассматриваемыми вариантами теплоснабжения), прогнозные значения обоснованного тарифа на тепловую энергию на расчётный 20-летний период (2015-2033 гг.) будут расти от 90,3 до 168,6 долл. США за 1 Гкал. При этом объём ежегодных выбросов CO2 составит всего 12 т, что также является минимальным значением по сравнению с остальными вариантами теплоснабжения этих зданий.

 

Ситуация в России

В настоящее время компания Yandex строит новый ЦОД (потребляемой электрической мощностью 10 МВт) в г. Владимир, где, по имеющейся информации [17], «российский поисковик» также хочет воплотить идею полезного использования тепла ЦОД на нужды теплоснабжения (мкр. «Энергетик» и другие близлежащие потребители).

В случае реализации нового проекта Yandex на территории России в перспективе будет интересно сравнить его с учётом зарубежного опыта по эксплуатации ЦОД, учитывая имеющиеся различия и особенности между ними.

 

Выводы

1. Интенсивное развитие «облачных» технологий, строительство новых дата-центров (ЦОД) приводит к общему уровню энергопотребления ими. Так, в 2015 г. эта цифра достигла 10% общемирового спроса на электроэнергию (в соответствии с данными из открытых источников).

2. Варианты повышения энергоэффективности ЦОД и экономии энергии отличаются в зависимости от месторасположения. ИТ-компании, чьи ЦОД распложены на территории с теплым климатом, нацелены на поиск и внедрение альтернативных и возобновляемых источников энергии взамен традиционным источникам с целью снижения потребления ископаемых видов топлива и выбросов углекислого газа, и снижения потребления электроэнергии за счёт совершенствования инфраструктуры ЦОД. IТ-компании, работающие на территории с холодным климатом, делают акцент на совершенствовании системы охлаждения ЦОД с возможностью полезного использования излишков тепла на нужды теплоснабжения потребителей.

3. Страны с холодным климатом на сегодняшний день являются наиболее привлекательными для проектов по размещению ЦОД. Одной из таких стран является Финляндия с её надежной и доступной системой электроснабжения и благоприятными условиями для ведения бизнеса.

4. Реализованные проекты показывают, что величина тепловой нагрузки от ЦОД находится на уровне не выше 10 Гкал/ч. Одной из тенденций в мире является строительство более крупных ЦОД, что также должно отразиться на возможностях выдачи большей тепловой нагрузки от ЦОД и её полезного использования.

5. Системы теплоснабжения в России и за рубежом (Европа, Америка) работают при разных расчётных параметрах, что зависит, в частности, от типа регулирования, температурного графика, климатических особенностей территорий и др., поэтому проекты по полезному использованию избыточного тепла ЦОД в нашей стране будут отличаться от зарубежных.



Источник информации: http://www.rosteplo.ru/nt/198


 

Мероприятия

Декабрь
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31