Использование «мусорного» тепла ЦОД в сетях отопления, возможно, имеет смысл с точки зрения защиты окружающей среды, но, по мнению ассоциации цифровой торговли TechUK, при внедрении подобных технологий предстоит решить ряд важных сопутствующих вопросов.

Ассоциация опубликовала доклад, посвящённый использованию ЦОД в качестве части отопительной инфраструктуры. В британском правительстве намерены интегрировать дата-центры в новые сети отопления. Потенциальные преимущества включают как снижение стоимости обогрева зданий, так и сокращение углеродных выбросов. А операторы ЦОД благодаря таким технологиям смогут экономить на электричестве и воде для своих систем охлаждения и даже, возможно, зарабатывать.

Источник изображения: David Monaghan/unsplash.com

При этом TechUK предупреждает, что необходимо соблюсти баланс интересов. Не так давно в Германии появились правила, требующие от всех дата-центров, потребляющих более 2,5 ГВт∙ч энергии ежегодно, или утилизировать «мусорное» тепло, или передавать его заинтересованным сторонам. Новые меры раскритиковали, поскольку для реализации плана требуется создание сложной и дорогой инфраструктуры, причём такое тепло по факту мало кому нужно.

В TechUK считают, что Великобритания должна учиться на чужом опыте. С низкотемпературным теплом дата-центров могут работать новейшие отопительные сети пятого поколения, но большинство сетей в Великобритании сегодня принадлежат к третьему, имеющему значительно худшую энергоэффективность. Есть и другая сторона — дата-центры вводятся в эксплуатацию поэтапно, поэтому на старте загрузка будет минимальной. Другими словами, первое время он станет экспортировать совсем мало тепла, поэтому для акционеров интеграция с отопительной инфраструктурой выглядят крайне сомнительно.

Источник изображения: TechUK

С учётом того, как совершенствуются системы охлаждения, в долгосрочной перспективе вовсе не гарантируется, что ЦОД будут генерировать достаточно тепла для того, чтобы проект окупался, даже с учётом роста энергопотребления ИИ- и HPC-решениями. Летом такое тепло может оказаться и вовсе ненужным. Важную роль играет и расстояние от ЦОД до магистральной сети отопления. Небольшие дата-центры обычно расположены недалеко от объектов, которые необходимо обогревать, а вот ЦОД гиперскейлеров часто находятся далеко от поселений, так что организовать передачу тепла без потерь будет технически сложно. Наконец, коммунальные службы должны иметь беспрепятственный доступ в ЦОД, информационная неприкосновенность которых в результате может оказаться под угрозой.

Источник изображения: TechUK

В TechUK предупреждают, что для успешного использования тепла ЦОД потребуется закладывать подобные возможности ещё на стадии проектирования как самих вычислительных мощностей, так и отопительной инфраструктуры, а модернизация старых объектов может быть сложной и дорогостоящей. В целом, как отмечается, регуляторам стоит дать операторам достаточно времени на разработку новых вариантов интеграции ЦОД в отопительную инфраструктуру.

В любом случае отраслевые эксперты называют доклад TechUK важным «звоночком» для IT-индустрии. Долгое время последняя медлила с обеспечением экоустойчивости своих ЦОД, оказавшись теперь под давлением регуляторов. Эксперты уверены, что соблюдение баланса правительственных инициатив с интересами бизнеса поможет достичь успеха, причём у Великобритании есть потенциал для того, чтобы стать лидером в сфере сотрудничества ЦОД и коммунальных служб.

Принадлежащая шведскому фонду Areim компания EcoDataCentr, занимающаяся строительством и эксплуатацией экобезопасных ЦОД, намерена возвести в шведском Эстерсунде экоустойчивый дата-центр EcoDataCenter 2. Как сообщает HPC Wire, новый кампус предусматривает внедрение «циркулярной» экосистемы, и в числе прочего, обеспечит «симбиоз» с производителями еды.

Известно, что оператор уже реализовал проект EcoDataCenter 1, в рамках которого возведён «первый в мире» ЦОД, построенный полностью из дерева и при участии местной рабочей силы — его избыточное тепло используется при выпуске древесных гранул. Впрочем, теперь речь идёт о значительно более сложном «зелёном» проекте.

EcoDataCenter 2 расположится в муниципалитете Эстерсунд (Östersund) — известно, что в местных энергосетях циркулирует только электричество из возобновляемых источников. Проект позволит создать 800–1000 рабочих мест, а «зелёная» энергия, помимо прочего, позволит выращивать в этой местности нехарактерные для местного холодного климата продукты питания.

Источник изображения: EcoDataCenter

В расчёт принимается и то, какие материалы используются или применяются повторно, как организованы трудовые отношения, какая именно энергия потребляется и другие важные аспекты. Ключевым участником процесса стала компания Wa3rm, на основе идей которой будет строиться «циркулярный» бизнес, именно она будет заниматься производством продуктов питания. В компании заявляют, что проект изначально проектируется с прицелом на реализацию «циркулярной» концепции.

По словам оператора ЦОД, поскольку большая часть HPC-вычислений мало зависит от временных задержек, размещение ЦОД для таких проектов можно проектировать именно там, где будет обеспечен наиболее высокий уровень экологической эффективности систем. К 2026 году планируется ввести в эксплуатацию первую очередь проекта мощностью 20 МВт, к 2033 году он должен «разрастись» до 150 МВт. Известно, что похожие проекты, предусматривающие выращивание рыб и омаров, уже реализованы в Японии и Норвегии.

Провайдер облачных услуг Civo сообщил о сотрудничестве с компанией Heata с целью обеспечения горячей водой домов в Великобритании за счёт отвода тепла от размещённых локально серверов, подключённых к системам отопления. Heata позиционирует себя как разработчик инновационной экологически чистой распределённой вычислительной сети, которая использует «мусорное» тепло, генерируемое при обработке вычислительных нагрузок, для нагрева воды.

Компании планируют запустить совместный пилотный проект, в рамках которого клиентам Civo будет предоставлена возможность опробовать облачные нагрузки в сети Heata. Компании заявили, что это позволит клиентам Civo обеспечить тех, кто столкнулся с нехваткой топлива, бесплатной горячей водой.

Источник изображения: Heata

Компактные серверы Heata (36 × 28 см) устанавливаются на внутридомовых бойлерах. Заказчики платят Heata за обработку своих облачных нагрузок на этих серверах (в пакетном режиме), а отводимое от них тепло используется для нагрева воды в бойлере. Работа системы увязана с существующими системами отопления. Бойлеры были протестированы в сотрудничестве с British Gas. Один такой блок позволяет сократить выбросы углекислого газа на 1 т в год.

В настоящее время Heata вместе с Innovate UK занимается определением домов, где будет установлено вычислительное оборудование. Концепция «цифровых бойлеров» не нова. Наиболее известна такими решениями компания Qarnot из Франции, которая недавно привлекла €35 млн инвестиций. А вот компания Nerdalize, занимавшаяся производством «вычислительных» радиаторов, обанкротилась в 2019 году.

Французская компания Qarnot предоставляет услуги высокопроизводительных вычислений компаниям вроде Adobe, Societe Generale, Illumination и Fix Studio. Изюминкой её деятельности является акцент на использовании тепла серверов в разных целях — на этот раз его применили для приготовления ужина.

Фото: Clément Pellegrini/LinkedIn

Вычислительные кластеры Qarnot OBx, по данным компании, позволяют использовать до 96 % выделяемого серверами тепла для нагрева, например, воды. Один из них и использовала Qarnot, подойдя к вопросу использования тепла с кулинарной изобретательностью. Так, в ёмкости c циркулирующей горячей водой появились утка, говядина и лосось. Чтобы охлаждающая жидкость не превратилась в бульон, продукты разместили в вакуумированной упаковке.

Пока система занималась 3D-рендерингом, температура в ёмкости поддерживалась на уровне +55 °C. Этого вполне достаточно, чтобы использовать французскую технологию приготовления мяса sous vide — она предусматривает приготовление блюд при относительно невысоких температурах. Правда, процесс приготовления в этом случае затягивается. Разумеется, в данном случае речь идёт лишь о демонстрации возможностей решений Qarnot.

Компания активно продаёт отработанное тепло, но оно обычно применяется более традиционными способами, преимущественно для отопления жилых и коммерческих зданий. По словам технического директора компании, её решения снижают энергозатраты на отопление на 65 %, а сопутствующие выбросы углерода — на 81 %. В 2018 году компания представила «криптообогреватели», представляющие собой комбинацию вычислительного устройства и обогревателя для дома, а в 2020 году предложила отапливать дома с помощью б/у серверов.

Необычное решение реализовали на японском острове Хоккайдо. Избыточное тепло дата-центра, использующего для охлаждения талую снежную воду, теперь будут использовать на подшефной ферме, разводящей угрей.

Идея использования лишнего тепла для выращивания продуктов питания не нова. Например, в Норвегии компания Green Mountain использует нагретую оборудованием ЦОД воду для разведения лобстеров и форели. Пока ЦОД White Data Center (WDC) в городе Бибае импортировал мальков угрей и местный персонал будет выращивать их в расположенных на территории ёмкостях. Сопутствующим продуктом станут и грибы — на выращивание тех и других уходит относительно немного времени.

В ноябре ЦОД организовал саму ферму при поддержке городских властей. В ёмкостях круглый год будет поддерживаться оптимальная температура, в них планируется поселить до 300 000 угрей, которые будут расти в течение семи месяцев, пока не достигнут «коммерческого» веса в 250 г. Такая рыба станет продаваться по всей стране для организации школьного питания. Это будут первые угри, выращенные на Хоккайдо.

Источник изображения: Wouter Naert / Unsplash

Местная серверная инфраструктура охлаждается талой водой из снега, собираемого зимой и используемого круглый год. После того, как оборудование ЦОД охлаждается, нагретая вода поступает в ёмкости рыбной фермы. Ранее оператором ЦОД выступал город Бибай — зимой здесь выпадает много снега.

Охлаждение талой водой вычислительного оборудования впервые предложили ещё в 2008 году, а в 2010 реализовали пилотный проект. С 2014 по 2019 годы Бибай эксплуатировал ЦОД White Data Center, доказывая работоспособность предложенной концепции. Конструкция позволяла экономить до 20 % электроэнергии и с апреля 2021 года ЦОД является коммерческим проектом, выкупленным одним из партнёров — компанией Kyodo News Digital. Ожидается, что проект будет обеспечивать нулевой углеродный выброс.

Источник изображения: Datacenter Dynamics

Пока обслуживается 20 стоек с серверами, в текущем году планируется открытие второго ЦОД на 200 стоек. По словам руководства WDC для следующего ЦОД уже сейчас ведутся эксперименты по выращиванию овощей, рыбы и других морепродуктов с помощью избыточного тепла. Идея использовать для охлаждения талую воду пришлась по душе и другим бизнесам — недалеко аналогичный проект реализовала Kyocera, схожие технологии используются даже на юге Японии, где климат мягче.

«Зелёная» экономика, переход на которую стремится осуществить всё больше стран, требует радикального сокращения вредного воздействия техносферы на окружающую среду. Один из эффективных способов достижения этой задачи связан с включением в полезный оборот побочных продуктов экономической деятельности. В случае дата-центров таким продуктом является тепло.

Великобритания, Дания и другие страны направляют тепло от ЦОД в отопительные системы домов, а Норвегия обогревает им омаровые фермы и планирует обязать дата-центры отдавать «мусорное» тепло на общественные нужды. Французская компания Qarnot решила посмотреть на эту задачу под другим углом, разработав в 2017 г. концепцию электрообогревателя для жилых и офисных помещений на процессорах AMD и Intel.

В 2018 г. Qarnot продолжила изыскания и выпустила криптообогреватель QC-1. А недавно она порадовала своих заказчиков следующим поколением отопительных устройств QB, которое создано в сотрудничестве с ITRenew. Новые модули используют OCP-серверы, которые ранее работали в дата-центрах гиперскейлеров. Оснащённые водяным охлаждением, они обогревают помещения пользователей и обеспечивают дополнительные мощности для периферийных облачных вычислений.

Изображение: Qarnot (via DataCenterDynamics)

Система отводит 96% тепла, производимого кластером серверов, которое попадает в систему циркуляции воды. IT-часть состоит из процессоров AMD EPYC/Ryzen или Intel Xeon E5 в составе OCP-платформ Leopard, Tioga Pass или Capri с показателем PUE, который, по словам разработчиков, стремится к 1,0. При этом вся система практически бесшумная, поскольку вентиляторы отсутствуют.

В компании заявляют, что с февраля уже развёрнуто 12 000 ядер, и планируется довести их число до 100 000 в течении 2022 года. Среди предыдущих заказчиков систем отопления Qarnot числятся жилищные проекты во Франции и Финляндии, а также банк BNP и клиенты, занимающиеся цифровой обработкой изображений.

По словам технического директора Qarnot Клемента Пеллегрини (Clement Pellegrini), QB приносит двойную пользу экологии, используя не только «мусорное» тепло, но и оборудование, которое обычно утилизируется. У ITRenew уже есть очень похожий совместный проект с Blockheating по обогреву теплиц такими же б/у серверами гиперскейлеров.

С тех пор, как норвежская компания Green Mountain придумала направлять отработанное тепло своего ЦОД DC1-Stavenger на ферму по разведению омаров, концепция утилизации «мусорного» тепла получила дальнейшее развитие. Теперь оператор дата-центров хочет обогреть и крупнейшую в мире наземную форелевую ферму Hima Seafood. Ожидается, что предприятие сможет производить до 9000 т форели в год, а выбросы углекислого газа от его работы будут минимальными.

Форелевое хозяйство разместится в 800 м от дата-центра DC2-Telemark в Рьюкане (Норвегия) и будет подключено системой трубопроводов к его контурам охлаждения. С помощью теплообменников Hima использует тепло ЦОД для получения нужной температуры в системе RAS и вернёт обратно остывшую воду, создав таким образом технологию замкнутого цикла.

Источник изображений: Green Mountain

По словам генерального директора компании Hima, Джо МакЭлви (Joe McElwee), обеспечение постоянной и стабильной температуры воды является ключом ко всему производству рыбной продукции мирового уровня и возможность её получения от ЦОД является беспроигрышным решением для обеих сторон. Строительство начнётся в этом году, а ввод в эксплуатацию намечен на 2023 году.

Hima Seafood

«Хотя наши дата-центры и работают на 100% возобновляемой гидроэнергии, мы не хотим, чтобы какая-либо её часть расходовалась впустую. Этот проект является примером циркулярной экономики, когда продукция одной компании может приносить не только экономическую, но и экологическую выгоду для другой. Мы стремимся к новым экологическим стандартам и надеемся, что наше совместное предприятие будет этому способствовать" — добавил генеральный директор Green Mountain Тор Кристиан Гюланд (Tor Kristian Gyland).

Норвежский оператор дата-центров Green Mountain подписал договор с первой в мире наземной омаровой фермой Norwegian Lobster Farm на поставку отработанного тепла из ЦОД DC1-Stavanger. «С практической точки зрения это означает, что мы сможем увеличить масштабы производства, снизить технические риски и сэкономить как на капитальных, так и на эксплуатационных расходах, в дополнение к экологическим преимуществам, конечно» — отметил директор фермы Асбьерн Дренгстинг (Asbjørn Drengstig).

Наземное разведение омаров является сложной задачей, но рыночные перспективы очень велики огромны. Особенно с учётом того, что популяция омаров в Европе сокращается. Поэтому технология наземного выращивания омаров разрабатывалась Norwegian Lobster Farm в течении нескольких лет при финансовой поддержке Европейского Союза по программе «Горизонт 2020».

Источник изображений: Green Mountain

В итоге на её предприятиях используется технология рециркуляции аквакультуры (RAS), а также передовая робототехника, системы компьютерного зрения и автоматический непрерывный мониторинг каждого отдельного омара. Благодаря такой заботе омары вырастают размером с тарелку. Для оптимального роста омару необходима температура морской воды 20 °С, и как раз такая температура получается после охлаждения IT-оборудования ЦОД. Поэтому сточные воды СЖО можно направить непосредственно на ферму.

Система мониторинга омаров

Наибольшая эффективность может быть достигнута, если ферма будет построена в непосредственной близости от центра обработки данных. Отметим, что совместный прокет Green Mountain и Norwegian Lobster Farm весьма удачно вписывается в инициативу норвежских властей, которые планируют обязать дата-центры и другие промышленные предприятия отдавать «мусорное» тепло на общественные нужды.

Дата-центр DC1-Stavanger

DC1-Stavanger использует для охлаждения морскую воду из фьорда с температурой 8 °С. После прохождения контуров охлаждения ЦОД нагретая вода сбрасывается обратно во фьорд. По словам генерального директора Green Mountain, Кристиана Гиланда ( Kristian Gyland), компания долгое время изучала различные способы повторного использования отработанного тепла, но большая часть из них не подходили из-за особенностей расположения дата-центра.

Например, если дата-центры построены в городских жилых районах, вырабатываемое ими тепло можно использовать для обогрева домов. Однако расположение DC1-Stavanger в малонаселённом месте делает централизованное отопление бессмысленной затеей. С другой стороны, проект наземных омаровых ферм в этом случае подходит как нельзя лучше. «Мы надеемся, что сможем распространить эту и подобные концепции и на наши будущие объекты», — прокомментировал Гиланд.

Производитель OCP-систем ITRenew объединил усилия с голландским облачным хостинг-провайдером Blockheating, чтобы предложить контейнеризированные дата-центры «всё-в-одном», которые поставляют ненужное тепло в теплицы.

Blockheating производит микро-ЦОД с жидкостным охлаждением, благодаря чему «мусорное» тепло может передаваться с водой (t°=65 °C) в близлежащие теплицы. В рамках партнёрства контейнеры будут укомплектованы стоечными серверами и системами хранения Sesame от ITRenew. Согласно совместному заявлению компаний, в Нидерландах имеется более 3700 га коммерческих теплиц.

Один микро-ЦОД может обогревать два гектара теплиц летом и полгектара зимой. Этого, по словам Blockheating, достаточно для выращивания тонны помидоров в год. Что более важно, тепло, выделяемое в виде отходов ЦОД, обходится намного дешевле природного газа, сжигаемого фермерами для обогрева теплиц.

Blockheating заявила о разработке «нового способа водяного охлаждения серверов», который делает его рентабельным. В 2019 году компания провела испытания тестового ЦОД мощностью 60 кВт в Венло, недалеко от границы с Германией (на фото выше). Сейчас решения Blockheating имеют мощность 200 уже кВт. Поскольку они охлаждаются жидкостью, это устраняет потребность в установке оборудования для кондиционирования воздуха и повышает энергоэффективность.

Blockheating

В свою очередь системы ITRenew Sesame, устанавливаемые в микро-ЦОД, используют б/у-оборудование гиперскейлеров вроде Facebook✴ и Microsoft. Таким образом, снижается стоимость покупки и владения, почти на четверть сокращаются выбросы CO₂ и объёмы электронного мусора, связанные с ИТ-индустрией.

Компания «Яндекс» разместила на своей странице видеохостинга YouTube ролик, рассказывающий об особенностях работы самого энергоэффективного центра обработки данных (ЦОД) российского интернет-гиганта, расположенного в городе Мянтсяля в шестидесяти километрах от Хельсинки (Финляндия).

Финский центр обработки данных «Яндекса» является одиннадцатым по счёту ЦОД компании и первым, созданным в соответствие с концепцией GreenField, предполагающей проектирование и строительство здания под дата-центр «с нуля». Площадь вычислительного комплекса составляет 3400 кв. м, его проектная мощность достигает 40 МВт. Объект подключён к двум независимым магистральным источникам электроэнергии по 110 киловольт каждый. Для резервирования энерговводов предусмотрено резервное питание от семи установок DRUPS, за счёт кинетической энергии вращающихся барабанов обеспечивающих автономную работу систем дата-центра на момент запуска дизель-генераторных источников бесперебойного питания.

Особенностью дата-центра «Яндекса» в Финляндии является система охлаждения, функционирующая по принципу Free Cooling (для охлаждения оборудования применяется наружный воздух) и позволяющая использовать тепло от серверов в полезных целях — для отопления жилых домов Мянтсяля. Серверы финского ЦОД «Яндекса» охлаждаются уличным воздухом, который впоследствии нагнетается в теплообменники, а те, в свою очередь, нагревают воду до 30-45 градусов. После этого станция донагрева увеличивает температуру воды до 55-60 градусов, которая затем поступает в городскую сеть. Такое сотрудничество с городом позволяет «Яндексу» экономить до трети расходов на электроэнергию, потребляемую дата-центром.

«Яндекс» намерен и впредь совершенствовать систему охлаждения серверов уличным воздухом. Задействованные в финском ЦОД энергоэффективные технологии и инновационные решения компания планирует использовать в строящемся во Владимире центре обработки данных. Запуск нового дата-центра ожидается в первом квартале 2017 года.