Инженерная инфраструктура центров обработки данных (ЦОД)

Мне нравится солнечная энергия, но после тщательного рассмотрения случаев использования солнечной энергии в двух значительных проектах ЦОД у меня появились серьезные сомнения по поводу того, что это может быть одним из методов снижения воздействия центров обработки данных на окружающую среду. Я просто не могу заставить цифры работать. Мне становится интересно, не являются ли эти большие солнечные фермы чем-то средним между плохой идеей и чистой воды маркетингом, и где забота об окружающей среде является чисто внешним фактором.

ЦОД Facebook, Прайнвиль

Первым из моих двух примеров является крупная солнечная ферма в дата-центре Facebook в Прайнвиле, Орегон. Установка мощностью 100 киловатт солнечной энергии стала кульминацией антиугольной кампании, проводившейся Greenpeace. Многие в отрасли уверены, что кампания имела результат. В чистейшем смысле, я полагают, что она действительно имела результат. Но давайте взглянем на ЦОД более внимательно и убедимся, что он действительно является экологически прогрессивным. В Прайнвиле солнечная ферма мощностью 100 киловатт была построена на территории дата-центра мощностью более 25 мегаватт (Facebook Installs Solar Panels at new Data Center). И хотя на самом деле это довольно крупная солнечная ферма, она удовлетворяет всего лишь 0.4% общей потребности дата-центра в электроэнергии.

     К сожалению, на реальные цифры отрицательно влияет погода и высокая широта. Вырабатываемая солнечными фермами энергия намного меньше их номинальной мощности, что обусловлено ночным периодом, облачностью и другими отрицательными погодными факторами. Я на самом деле не хотел бы преувеличивать достоинства своего проживания в Сиэтле, но согласитесь, что на северо-западном побережье Тихого океана иногда бывает облачно . Конечно, облаков меньше на высоте 2,868’ в пустыне Орегона, но даже здесь в течение большого периода времени положение солнца является не очень благоприятным для вырабатывания энергии.

     Использование модели расчета выходной мощности солнечной панели показывает, что в этом месте и на этой высоте, КПД солнечной панели будет составлять 13.75%. Это значит, что в среднем, выходная мощность этой фермы будет составлять 13.75 киловатт. То есть, эта ферма будет удовлетворять 0.055% потребности дата-центра в электроэнергии или, иными словами, ее можно было бы использовать для освещения дата-центра, но она не будет иметь почти никакого измеримого воздействия на общий расход электрической энергии. Хотя это представляется как экологически чистые решения, в действительности это не имеет почти никакого влияния на общее воздействие данного ЦОД на окружающую среду. Вся солнечная ферма вырабатывает приблизительно столько энергии, сколько потребляет одна стойка серверов высокой плотности. Всего лишь одна серверная стойка вряд ли может быть достижением, это не оказывает существенного влияния на расход угля, и почти наверняка это не может быть хорошим соотношением цены и качества.

     Сказав, что солнечная ферма Facebook очень похожа на чисто маркетинговый, я спешу добавить, что Facebook является одной из самых энергоэффективных и экологически ориентированных крупных операторов дата-центров. Как это ни парадоксально, они на самом деле проявляют большую заботу об окружающей среде, но эта солнечная ферма не входит в число материальных достижений в этой области.

ЦОД Apple iDataCenter, Мейден, Северная Каролина

В качестве второго примера я хотел рассмотреть дата-центр компании Apple в Мейдене, штат Северная Каролина, часто называемый iDataCenter. В рассмотренном выше примере Facebook солнечная ферма была такой маленькой, что почти не имела никакого воздействия на состав и количество энергии, расходуемой центром обработки данных. Однако в этом примере, на территории мейденского дата-центра компании Apple была построена действительно большая солнечная ферма. Между прочим, сообщают, что эта солнечная ферма представляет собой самый крупный коммерческий проект мощностью 20 мегаватт в США. Учитывая масштаб этого проекта, он имеет намного больше шансов на экономичную работу.

     Сообщают, что мейденский объект компании Apple представляет собой дата-центр площадью 500,000 кв. футов и стоимостью 1 миллиард долларов. Apple благоразумно решила не предавать гласности показатели своего энергопотребления, но по некоторым расчетам, оно может достигать 100 Мегаватт. Если исходить из традиционного допущения, что только 60% этой площади занимают фальшполы, а их довольно низкое энергопотребление составляет в среднем 200 Вт/кв. фут, критическая нагрузка все равно будет составлять 60 МВ (такая же как в чикагском дата-центре Майкрософт площадью 700,000 квадратных футов). При умеренном коэффициенте эффективности использования энергии (PUE) равном 1.3, общая мощность дата центра Apple в Мейдене будет составлять 78 МВ. Даже при использовании этих довольно консервативных цифр для строительства современного дата-центра, его общая мощность будет достигать 78 МВ, что представляет собой огромное значение. И, кроме того, реальные цифры могут быть немного выше.

     Apple решила построить солнечную ферму мощностью 20 МВ на территории этого объекта. Опять же, используя данные о размещении и возведении, взятые из Википедии и упоминавшуюся выше модель расчета выходной мощности солнечной электростанции, мы видим, что выбранное компанией Apple место является более выгодным для строительства солнечной фермы, чем Орегон. Использование этой модели показывает, что выходная мощность солнечной фермы мощностью 20 МВ в среднем составляет 15.8%, что дает 3.2 МВ.

     Строительство этой солнечной фермы требует участка земли площадью 171 акров, что эквивалентно 7.4 миллионов кв. футов или около 692012 м². А если бы нам нужно было построить солнечную ферму, мощность которой была бы достаточной для электроснабжения всего этого дата-центра? В этом случае она была бы в 24.4 раз больше. Этот объект мощностью 488 мегаватт занимал бы 4,172 акров или 181 миллион кв. футов земли. Это означает, что дата-центр площадью 500,000 кв. футов требовал бы 181 миллион кв. футов земли на вырабатывание электрической энергии или, в пропорциональном отношении, на каждый кв. фут дата-центра приходилось бы 362 кв. фута земли.

     Так ли уже нам необходимо выделять столько места для одного дата-центра? Большинство дата-центров располагаются в густо населенных районах, где сама идея выделения 362 кв. футов земли для электроснабжения 1 кв. фута площади ЦОД будет нелепой и практически невозможной, если принять во внимание размеры требуемого для этой цели незатененного пространства. Для реализации этого подхода не найдется достаточно места во всем Нью-Йорке. Здесь это просто невозможно сделать.

     Давайте вместо этого обратим свое внимание на крупные дата-центры в сельских округах, где место можно найти. Сообщают, что Apple срубила деревья на участке земли площадью 171 акр для удовлетворения 4% общей потребности своего ЦОД в электроэнергии. Это стоит вырубки деревьев на участке земли площадью 171 акр? В статье Apple Planning Solar Array Near iDataCenter, ее автор Рич Миллер из интернет-издания Data Center Knowledge приводит цитату из одного местного (Северная Каролина) печатного издания, согласно которой “местные жители жалуются на дым от сжигаемых деревьев и мусора на территории Apple.”

     Что касается меня, я бы не очищал от деревьев 171 акр земли для удовлетворения всего лишь 4% потребности в электроэнергии. Есть много способов радикального снижения суммарного воздействия дата-центра на окружающую среду без использования такого количества земельных ресурсов. Я, лично, в первую очередь обратил бы свое внимание на повышение эффективности систем распределения электроэнергии, охлаждения и хранения информации, а также сетевого и серверного оборудования, повышение общего коэффициента использования и применение передовых методов снижения отраслевого воздействия на окружающую среду.

     При более тщательном рассмотрении мейденской солнечной фермы компании Apple выясняется, что панели изготовлены SunPower. По имеющимся данным, Sunpower имеет долг размером 820 миллионов долларов и получила обеспеченный федеральным правительством займ на сумму 1.2 миллиардов долларов. Изготовление этих панелей обеспечивалось гарантиями налогоплательщиков, а монтаж – финансируемыми теми же налогоплательщиками налоговыми льготами. Это могло бы быть успехом для экономики в целом, но после ознакомления с цифрами, это кажется менее очевидным. И, после впечатляющего краха производителя солнечных панелей компании Solyndra, которая обанкротилась с обеспеченным федеральным правительством займом на сумму $535 миллионов, становится очевидным, что налогоплательщики несут большие расходы в этих проектах. В целом, несмотря на мою любовь к дата-центрам, я не убежден, что налогоплательщики, которые оплачивают их энергоснабжение, должны иметь такое же отношение.

     Когда я работал с данными по двум самым широко известным проектам солнечных ферм для дата-центров, они совсем не казались мне оправданными без налоговых льгот. Я не уверен, что проект дата-центра, основанный на средствах налогоплательщиков, можно считать масштабируемым решением. И, даже если бы меня убедили в том, что со временем он перестанет зависеть от налогов, я не убежден, что мы хотели бы видеть как под электростанции для дата-центров выделяются сотни акров земли. А когда для этого еще и вырубаются деревья, это еще больше усугубляет ситуацию. Из того, что я до сих пор видел, отрасль идет в неправильном направлении. Если бы мы имели возможность вложить некоторую сумму в снижение воздействия дата-центров на окружающую среду и при этом отдел маркетинга не был бы вовлечен в процесс принятия решения, я не убежден, что правильным следующим шагом должна быть солнечная энергия.

     Автор статьи: James Hamilton, член команды Amazon Web Services

     Статья опубликована с разрешения автора.

     Оригинал статьи находится: http://perspectives.mvdirona.com/2012/03/17/ILoveSolarPowerBut.aspx

     Блог James Hamilton: http://perspectives.mvdirona.com