Использование тепла ЦОД в мире и РФ

Всем привет!

Хотелось бы поговорить о выбросах тепла ЦОД в атмосферу и способах его использования. Все уже слышали про прогрессивные скандинавские проекты, когда лишнее тепло ЦОД используется в разных отраслях: в ЖКХ, деревообработке и даже в общественных финских саунах.

Все это красивые проекты, призванные популяризировать такой безотходный подход к использованию энергии. Но действительно ли он имеет практический смысл или это очередная мода на “зеленую” энергию? Давайте разбираться.

В этой статье речь пойдет не только о мировых примерах самых прогрессивных ЦОД с системами утилизации тепла ЦОД, но и попробуем перенести этот опыт в РФ и посчитать экономическую целесообразность таких проектов у нас дома.

Суть проблемы

ЦОДы потребляют до 3% мировой электроэнергии, пока не очень много, но потребление растет.  Куда идет эта электроэнергия?

Совершая полезные вычисления ЦОД потребляет огромное количество электрической энергии и выделяет в атмосферу порядка 98% этой энергии в виде утилизационного тепла. Таким КПД не каждый электрический котел может похвастаться.

Серверы, ИБП, системы охлаждения, всё это греет воздух или жидкость, после чего тепло просто выбрасывается наружу. Ирония в том, что буквально в нескольких сотнях метров от такого объекта может находиться предприятие, которое в это же время сжигает газ, чтобы получить те же самые заветные мегаватты тепловой энергии.

В Европе на этом уже начали строить вполне рабочую экономику. Причём речь давно не про экспериментальные «зелёные инициативы», а про обычные коммерческие проекты.

Для самого ЦОДа тепло это целая проблема, его нужно куда-то отводить, а для промышленности и ЖКХ наоборот, ресурс, за который приходится платить.

На стыке этих двух задач и появилась идея использовать дата-центры как источник тепла.

Технически концепции уже более десяти лет, но реально жизнеспособной она стала только после массового распространения:

• энергоэффективных серверов,

• жидкостного охлаждения,

• и относительно дешёвых тепловых насосов большой мощности.

Как это выглядит в мировой практике

Bahnhof, Стокгольм

Один из самых известных примеров шведский Bahnhof. Компания разместила ЦОД мощностью около 10 МВт в бывшем подземном бункере.

Тепло от серверов через теплообменники передаётся в систему городского теплоснабжения Fortum. Дальше его догревают тепловыми насосами до нужной температуры и подают в жилые кварталы. По открытым данным, система обеспечивает теплом несколько тысяч квартир.  Проект работает много лет в штатном режиме, это уже давно не демонстрационная история.

Google Hamina, Финляндия

У Google в финской Хамине похожая логика, только в гораздо большем масштабе.Сам ЦОД оценивается примерно в 140 МВт. Для утилизации тепла используется отдельная теплонасосная станция. Полученное тепло передают в городскую сеть. Для небольшого города объёмы весьма заметные, здесь речь идёт о десятках гигаватт-часов тепла в год.

EcoDataCenter, Фалун

Пожалуй, самый интересный кейс это шведский EcoDataCenter. Здесь тепло серверов используют не для отопления жилья, а в промышленности — на сушке древесной щепы и производстве пеллет. Такой сценарий оказался даже удобнее коммунального: промышленному потребителю тепло нужно круглый год, а не только зимой. В результате удалось серьёзно сократить потребление ископаемого топлива на производстве.

 

Green Mountain, Норвегия

Норвежский Green Mountain тоже экспериментирует с промышленным использованием тепла, для производственных помещений и аквакультуры. Вообще Скандинавия для таких проектов почти идеальна:

• наличие свободных электроэнергетических мощностей,

• холодный климат,

• развитые теплосети,

• высокая стоимость топлива,

• и плотная промышленная инфраструктура.

А если посчитать для России?

Попробуем взять условный ЦОД на 10 МВт ИТ-нагрузки и посмотреть, что получится в российских условиях.

Допущения будут упрощёнными, но порядок цифр понять позволяют.

Исходные параметры:

• ИТ-нагрузка: 10 МВт;

• PUE: 1,15;

• полное энергопотребление: около 11,5 МВт;

• годовое потребление: ~100 700 МВт·ч;

• коэффициент полезного использования тепла: 0,75;

• стоимость электроэнергии: 3,5 руб./кВт·ч;

• стоимость тепла: 2 000 руб./Гкал.

Вариант 1. Отопление

Если использовать тепло для жилого микрорайона, то за отопительный сезон можно реализовать примерно 45 тыс. Гкал.

В денежном выражении это порядка 90 млн рублей выручки.

Для сравнения: затраты такого ЦОДа на электроэнергию будут около 350 млн рублей в год. То есть возврат через продажу тепла способен компенсировать примерно четверть энергозатрат.

Теплоснабжение у нас жёстко регулируется, подключение новых источников тепла — отдельная бюрократическая история, а экономика проекта начинает зависеть уже не только от техники, но и от тарифных решений.

Вариант 2. Промышленность

С промышленными потребителями ситуация обычно проще.

Например, деревообработка:

• сушильные камеры,

• подготовка щепы,

• гидротермические бассейны,

• технологическое отопление.

Тепло нужно круглогодично, а не только зимой как в отоплении жилья.

В таком режиме ЦОД может передавать уже более 60 тыс. Гкал в год. Экономический эффект получается заметно лучше, процент от стоимости на электроэнергию может доходить до трети энергозатрат объекта.

Правда, появляется другая статья расходов это теплотрасса и инфраструктура передачи тепла. Даже для короткого плеча это десятки, а иногда и сотни миллионов рублей CAPEX.

Где начинаются сложности

Главная техническая проблема это температура.

Серверное тепло обычно имеет уровень порядка 30–40°C. Для городской теплосети этого недостаточно: там нужны уже 60–80°C. Для большинства промышленных процессов — тоже.

Поэтому практически везде приходится ставить тепловые насосы. Без них подобные схемы обычно просто не сходятся.

Вторая проблема это расстояние.

Тепло плохо переносит длинную логистику. Если между ЦОДом и потребителем несколько километров, экономика быстро ухудшается: растут и потери, и стоимость инфраструктуры.

Поэтому подобные проекты почти всегда завязаны на конкретного потребителя тепла.

Ну и третья проблема это синхронность нагрузок. Летом жилому сектору тепло почти не нужно, а дата-центр продолжает работать в том же режиме.

Именно поэтому промышленность во многих случаях оказывается более удобным потребителем, чем ЖКХ.

Что в итоге

История с утилизацией тепла ЦОДов уже перестала быть экзотикой. В Европе такие проекты работают вполне серийно, особенно в Скандинавии.

Для России тема тоже выглядит реалистично, но прежде всего там, где рядом есть круглогодичный промышленный потребитель тепла:

• деревообработка,

• пищевая промышленность,

• тепличные хозяйства,

• отдельные химические производства.

Экономика у таких схем не фантастическая, но вполне ощутимая: возврат 25–35% затрат на электроэнергию для энергоёмкого объекта.

И, возможно, через несколько лет вопрос «куда девать тепло от серверов» станет для крупных ЦОДов таким же стандартным, как сегодня вопрос резервирования питания или PUE.