Ранее мы уже обсуждали превращение системы энергоснабжения ЦОД в микрогрид. Из-за высоких требований к надежности электроснабжения ЦОДов основной источник энергии резервируется с помощью дизельных генераторов, но они используются редко. Поэтому основная стратегия трансформации систем энергоснабжения ЦОД состоит в замене дизельной генерации на более эффективные источники энергии, подходящие для динамичного использования. В рамках этой стратегии система энергоснабжения ЦОД становится полноценным микрогридом, сочетающим генерацию на основе устойчивых и более экологически чистых источников энергии, аккумуляторные батареи (ESS) или водородные топливные элементы, а также интеллектуальные системы управления.
Предполагается, что такая система энергоснабжения ЦОД может стать частью виртуальной электростанции (VPP). В целом VPP можно определить как цифровую платформу, которая оценивает и контролирует недоиспользованную мощность местных генерирующих и аккумулирующих систем для участия на оптовом или розничном рынках электроэнергии. Она включает в себя элементы управления на основе искусственного интеллекта, а также алгоритмы прогнозирования и предиктивного анализа с интенсивным использованием распределенных вычислений, в первую очередь, нацеленных на управление и оптимизацию больших нагрузок и ресурсов.
Вот ключевые тезисы из статьи «Virtual Power Plant Empowerment in the Next Generation of Data Centers», опубликованной в IEEE Electrification magazine (сентябрь 2023 г.):
- Основными вызовами при создании современных ЦОД являются: управление нагрузками, надежность и избыточность энергоснабжения, декарбонизация. Общим требованием является наличие более двух независимых источников питания, и на уровне подстанции постоянного тока резервирование N+1 в настоящее время заменено на 2N. На уровне распределения среднего напряжения энергетика ЦОД уже сейчас объединяет локальную генерацию в виде "ферм" резервных ДГУ или крупномасштабных батарей. В сетях низкого напряжения обычно используются батареи (ИБП) для резервирования серверных стоек.
- Значительная часть ЦОД, например в США, сосредоточена в энергодефицитных территориях, где стоимость энергии в моменты пикового потребления значительно возрастает, что побуждает снижать как само потребление, так и пиковую присоединяемую мощность. Ключом к решению данной проблемы может быть переход к использованию распределенных энергетических ресурсов (DER) для ухода от 100% резервирования.
- Существуют три вида ЦОД с разным профилем нагрузки: высокопроизводительные (0% флуктуации электропотребления), для дневных нужд (менее 2% флуктуации), хранилища резервного копирования (более 10% флуктуации). При этом соотношение между потреблением на собственно вычисления, системы охлаждения и прочие нужды сильно меняется в зависимости от типа ЦОД. Именно ЦОД третьего типа является хорошим кандидатом на участие в управлении спросом (DR) и работу в составе VPP, а энергоснабжение первых двух типов ЦОД должно фокусироваться на надежности и декарбонизации.
- В целом участие в VPP, во-первых, обеспечивает для ЦОД устранение перегрузок, регулирование нагрузки и резервное питание, во-вторых, - агрегацию для участия на энергетических рынках.
- Архитектура VPP включает следующие ключевые блоки: интеллектуальное управление, управление DER, мониторинг и диспетчеризация ESS, определение характеристик и прогнозирование нагрузок (критическая/некритическая), информационные и коммуникационные технологии.
- В качестве примера рассмотрен ЦОД из 4 зданий с пиковым потреблением по 45 МВт, т.е. суммарной потребляемой мощностью 180 МВт. Он запитан от двух источников (A и B), каждый из них рассчитан на 120 МВт в нормальном режиме работы и на 180 МВт в кратковременном аварийном режиме (4 часа). На основе исторического анализа показано, что пиковая нагрузка может быть обеспечена при установке ESS в 60 МВт и присоединённой сетевой мощности 120 МВт. Этот подход снижает мощность сети примерно на 80 МВт. Трансформатор также может быть изменен на 80/120 МВА, что является значительной экономией на инфраструктуре.
- Необходимо уделять внимание оценке применимых топологий, которые могут извлечь наибольшую выгоду из наличия DER. Было отмечено, что скоординированный контроль и мониторинг имеют важное значение для обеспечения надежности и что избыточность может быть достигнута для обеспечения критических нагрузок, что будет основной ролью платформы VPP. В зависимости от доступности ресурсов и характеристик нагрузки ЦОД могут быть дополнительные возможности для DR и участия на рынке для поддержки сети и реализации новых потоков доходов для компенсации стоимости VPP.
Источник: IEEE Electrification Magazine / сентябрь 2023 г.
Подготовлено АНО «Центр «Энерджинет» при поддержке Фонда НТИ и Минобрнауки России