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這一舉措是該公司承諾到2030年實(shí)現(xiàn)負(fù)碳排放的最新里程碑。為了幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，并加速全球從化石燃料的轉(zhuǎn)型，微軟還計(jì)劃到2030年消除對(duì)柴油燃料的依賴。
目前，柴油燃料占微軟總排放量的不到1%。它的使用主要限于Azure數(shù)據(jù)中心，在那里，與世界各地的大多數(shù)云服務(wù)商一樣，柴油發(fā)電機(jī)支持在停電和其他服務(wù)中斷的情況下持續(xù)供電。
“它們是昂貴的。他們有超過99%的時(shí)間無所事事，”微軟數(shù)據(jù)中心高級(jí)開發(fā)團(tuán)隊(duì)的首席基礎(chǔ)架構(gòu)工程師馬克.門羅(Mark Monroe)說。
近年來，氫燃料電池的成本大幅下降，現(xiàn)在它們已成為柴油備用發(fā)電機(jī)經(jīng)濟(jì)可行的替代方案。
“而且用綠色氫運(yùn)行它們的想法符合我們的整體碳承諾，”門羅說。
此外，他補(bǔ)充說，配備燃料電池、儲(chǔ)氫罐和將水分子轉(zhuǎn)化為氫和氧的電解槽的Azure數(shù)據(jù)中心可以與電網(wǎng)集成，以提供負(fù)載平衡服務(wù)。
例如，可以在風(fēng)能或太陽能生產(chǎn)過剩期間開啟電解槽，將可再生能源儲(chǔ)存為氫。然后，在高需求時(shí)期，微軟可以啟動(dòng)氫燃料電池為電網(wǎng)發(fā)電。
氫動(dòng)力長途汽車可以停在數(shù)據(jù)中心以裝滿它們的油箱。
微軟首席環(huán)境官盧卡斯·喬帕(Lucas Joppa)表示：“所有這些基礎(chǔ)設(shè)施都為微軟提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，可以在未來幾年在全球?qū)⒁渴鸬母呋盍Φ恼w能源優(yōu)化框架中發(fā)揮作用。”
為了進(jìn)一步探索微軟如何利用其在氫燃料電池和相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施方面的投資，該公司今天任命喬帕作為其在氫能理事會(huì)的代表，該委員會(huì)是由領(lǐng)先的能源、運(yùn)輸和工業(yè)公司組成的全球組織，旨在促進(jìn)氫經(jīng)濟(jì)。
“我們知道該怎么做，”他說。“該理事會(huì)的存在是因?yàn)槲覀儾灰欢ㄖ廊绾我晕覀兿胍母鞣N方式擴(kuò)大氫氣的產(chǎn)生、運(yùn)輸、供應(yīng)以及隨后的消耗。還有大量的工作需要完成。”
柴油的替代品
微軟努力為Azure數(shù)據(jù)中心客戶提供“五個(gè)九”的服務(wù)可用性，這意味著數(shù)據(jù)中心99.999%的時(shí)間都在運(yùn)行。備用發(fā)電機(jī)在電網(wǎng)停電和其他服務(wù)中斷期間啟動(dòng)。
“我們很少使用柴油發(fā)電機(jī)，”門羅說。“我們每個(gè)月啟動(dòng)一次以確保它們運(yùn)行，并每年對(duì)它們進(jìn)行一次負(fù)載測(cè)試，以確保我們可以正確地將負(fù)載轉(zhuǎn)移給它們，但平均下來一年也停不了一次電。”
微軟數(shù)據(jù)中心能源和可持續(xù)性戰(zhàn)略團(tuán)隊(duì)總經(jīng)理布萊恩·賈努斯(Brian Janous)解釋說，微軟正在研究柴油的替代技術(shù)，以維持或提高服務(wù)可用性，并看到了氫燃料電池和儲(chǔ)能電池的前景。
“團(tuán)隊(duì)今天所做的工作實(shí)際上是在嘗試評(píng)估不同解決方案的可行性，”他說。
儲(chǔ)能電池已經(jīng)提供短期備用電源，填補(bǔ)了電網(wǎng)停電和柴油發(fā)電機(jī)啟動(dòng)之間所需的30秒時(shí)間。更先進(jìn)的電池具有更長的持續(xù)時(shí)間。
“如果你遇到這樣一個(gè)場(chǎng)景，你需要的持續(xù)時(shí)間如此之長，以至于儲(chǔ)能電池不再有效，那你就會(huì)考慮看看燃料電池之類的東西，”賈努斯說。
Power Innovations構(gòu)建了一個(gè)250千瓦的燃料電池系統(tǒng)，以幫助微軟探索使用氫燃料電池在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行備用發(fā)電的潛力。
概念證明
使用氫燃料電池作為備用電源的種子是在2018年春天播下的，當(dāng)時(shí)科羅拉多州戈?duì)柕菄铱稍偕茉磳?shí)驗(yàn)室的研究人員用質(zhì)子交換膜(PEM)氫燃料電池為一臺(tái)計(jì)算機(jī)供電。門羅和他的同事們都在現(xiàn)場(chǎng)參與了演示。
“我們很感興趣，因?yàn)槲覀冎浪麄兪褂玫氖瞧嚿系娜剂想姵兀?rdquo;門羅說。“汽車燃料電池的反應(yīng)時(shí)間與柴油發(fā)電機(jī)一樣。它可以快速開啟，在幾秒鐘內(nèi)就準(zhǔn)備好滿載。你可以把它放在地板上，然后讓它閑著。”
PEM燃料電池在產(chǎn)生水蒸氣和電力的過程中將氫和氧結(jié)合在一起。汽車公司正在開發(fā)為汽車、卡車和其他車輛提供動(dòng)力的技術(shù)。那次演示后，微軟開始考慮在數(shù)據(jù)中心使用燃料電池作為備用電源。
門羅的團(tuán)隊(duì)采購了一個(gè)250千瓦的燃料電池系統(tǒng)，足以為一整排數(shù)據(jù)中心服務(wù)器供電，數(shù)量為10個(gè)機(jī)架。測(cè)試于2019年9月在鹽湖城郊外的系統(tǒng)開發(fā)商Power Innovations處開始。該系統(tǒng)于同年12月通過了24小時(shí)耐力測(cè)試；以及今年六月的48小時(shí)測(cè)試。
“這是我們所知道的最大的計(jì)算機(jī)備用電源系統(tǒng)，它使用氫氣運(yùn)行，并且它通過了最長的連續(xù)測(cè)試，”門羅說。
該團(tuán)隊(duì)的下一步是采購和測(cè)試一個(gè)3兆瓦的燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)與Azure數(shù)據(jù)中心的柴油動(dòng)力備用發(fā)電機(jī)的規(guī)模相當(dāng)。
燃料電池探索
甚至在2018年的演示之前，微軟就一直在尋找使用燃料電池的方法。該公司于2013年與加州大學(xué)歐文分校的國家燃料電池研究中心開始探索燃料電池技術(shù)，在那里他們測(cè)試了用固體氧化物燃料電池(SOFC)為服務(wù)器機(jī)架供電的想法，這些電池以天然氣(甲烷)為燃料。
“他們有能力從天然氣原料中制造自己的氫氣，”門羅解釋說。“他們使用天然氣和一點(diǎn)點(diǎn)水，將其加熱到600攝氏度，這是熱木炭火的溫度。”
這對(duì)于稱為蒸汽甲烷重整的過程來說足夠熱，該過程會(huì)產(chǎn)生用于發(fā)電的氫原子流。
微軟一直在探索SOFC燃料電池技術(shù)在提供基本負(fù)載電力方面的潛力，這可以將數(shù)據(jù)中心從電網(wǎng)中解放出來，同時(shí)使它們的能效提高8到10倍。不過，目前來看，該技術(shù)對(duì)于廣泛部署而言仍然過于昂貴。
門羅指出，SOFC的運(yùn)行過程仍會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，這是微軟探索PEM燃料電池的另一個(gè)原因。
此外，自國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的示范以來，用于數(shù)據(jù)中心備用發(fā)電的PEM燃料電池系統(tǒng)的成本已下降75%以上。如果這種趨勢(shì)繼續(xù)下去，在一兩年內(nèi)，燃料電池發(fā)電機(jī)的成本可能會(huì)與柴油發(fā)電機(jī)相比具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力。
他補(bǔ)充說，為滿足數(shù)據(jù)中心行業(yè)的需求而增加燃料電池的產(chǎn)量可能會(huì)進(jìn)一步降低成本。
“我們將自己視為整個(gè)氫經(jīng)濟(jì)的催化劑之一，”門羅說。
氫經(jīng)濟(jì)
從微軟的角度來看，這種經(jīng)濟(jì)的其他部分包括用于采購、儲(chǔ)存和維持足夠的綠色氫供應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施，為備用發(fā)電機(jī)供電12到48小時(shí)，這是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以實(shí)現(xiàn)“五個(gè)九”的服務(wù)可用性。
例如，對(duì)于48小時(shí)的備用發(fā)電，每個(gè)數(shù)據(jù)中心將需要多達(dá)100,000公斤的氫氣來為備用發(fā)電機(jī)提供燃料，以應(yīng)對(duì)長時(shí)間停電，門羅說。
賈努斯指出，關(guān)于如何維護(hù)這一基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)部對(duì)話引發(fā)了關(guān)于微軟在刺激氫經(jīng)濟(jì)方面可以發(fā)揮的作用的討論。
他說：“如果您可以將數(shù)據(jù)中心擁有的所有這些資產(chǎn)整合到電網(wǎng)中，以幫助進(jìn)一步加速電網(wǎng)脫碳，而不僅僅是數(shù)據(jù)中心本身的單點(diǎn)解決方案，那將會(huì)怎樣？這就是我認(rèn)為這一切變得有趣的地方。”
原標(biāo)題：微軟如何使用氫燃料電池為數(shù)據(jù)中心供電
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