کاهش آلایندگی کربنی با کمک دیتاسنترها: پروژه جدید گوگل

گوگل از باتری‌های بزرگ برای جایگزینی ژنراتورهای دیزلی در یکی از مراکز داده خود در بلژیک استفاده خواهد کرد و این پروژه را اولین گام در جهت کاهش آلایندگی کربنی، استفاده از فناوری‌های پاک‌ و تامین انرژی پشتیبان برای میلیون‌ها سرور خود در سراسر جهان توصیف می‌کند.

این شرکت بزرگ امروزه امیدوار است که با ایجاد مراکز داده مجهز به باتری، شبکه‌ای بدون آلایندگی کربنی داشته باشد. برای رسیدن به این خواسته، قرار است که یک کارخانه باتری بزرگ مقیاس در مرکز داده بلژیک، نیروی پشتیبان اینکار را فراهم و به تعادل شبکه کمک کند. همچنین در کار آزمایشی خود، داخل محوطه مرکز داده بلژیک، با یک تیر دو نشان بزند. این پروژه توسط تیم مرکز داده Google در (سنت گیسلین) انجام می‌شود.

 

چالش‌های پیش روی مراکز داده

یکی از بزرگ‌ترین دلایل انتشار کربن از مراکز داده، ساخت خود تأسیسات است. تکنیک‌ها و مصالح ساختمانی سنتی، حتی قبل از نصب اولین سرور، گازهای گلخانه‌ای و سایر آلودگی‌های زیادی ایجاد می‌کنند. با بهبود فرآیند طراحی و ساخت، شرکت‌ها می‌توانند به طور قابل توجهی ردپای کربن مجسم شده در مراکز داده خود را کاهش دهند.

به همین دلیل است که تمرکز بیشتری روی تولید کربن این تأسیسات وجود دارد که به تمام CO2 منتشر شده از فرآیند تولید و نصب مصالح ساختمانی در محل ساختمان نگاه می‌کند و شامل استخراج یا برداشت مواد خام، حمل و نقل، پردازش و پالایش، ساخت، حمل به پروژه و ساخت و ساز است.

مراکز داده از سیمان زیادی استفاده می‌کنند که دارای مقدار قابل توجهی کربن است. به ازای هر تن سیمان تولیدی، 1.25 تن CO2 ایجاد می‌شود. فولاد یکی دیگر از مواد پرمصرف است که به سنگ آهن و زغال سنگ نیاز دارد تا استخراج شود، تصفیه شود و به کارخانه‌های فولاد فرستاده شود، جایی که کوره‌های بلند عظیم ذوب شده و مواد را برای ساخت آلیاژ همه کاره ترکیب می‌کنند.

 

مرکز داده گوگل در سنت گیسلین بلژیک

“Texier” تیم این پروژه است و (برای اولین بار برای Google) از باتری‌های لیتیوم یونی به‌جای ژنراتور دیزلی و به‌ عنوان پشتیبان برق برای 3 مگاوات بار محاسباتی تولیدی، جهت کاهش آلایندگی کربنی استفاده خواهد کرد.

 

هدف تیم Texier

آنها امیدوارند نشان دهند که الف)  این باتری‌ جایگزین مناسبی برای مولدهای پشتیبان مرکز داده سنتی هستند و ب) مرکز داده مجهز به یک نیروگاه ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ می‌تواند به تعادل شبکه برق محلی “Maud Texier”، با کاهش آلایندگی‌ کربنی کمک کند.

هدف سوم بسیار گسترده‌تر است.  به هر حال “Texier” و تیم او این آزمایش را فرصتی برای شروع ادغام این باتری‌ها در مجموعه زیرساخت‌های گوگل می‌دانند. آنها انتظار دارند این پروژه درخواست و تمایلی را در بازار ایجاد کند و دیتاسنترهای جهان به آن علاقه مند شوند. هدف این شرکت این است که نشان دهد مراکز داده می‌توانند «شبکه‌های الکتریکی بدون تولید کربن را ایجاد کنند».

 

 

مراکز داده برای پشتیبان‌گیری باید انرژی زیادی را در محل ذخیره کنند. ذخیره انرژی به شکل سوخت دیزل و تخلیه آن، هنگام قطعی برق باعث می‌شود که انرژی تقریباً 100 درصد مواقع هدر رود.

در عین حال، سیستم شبکه‌ای که از انرژی‌های تجدیدپذیر، تغذیه می‌شود می‌تواند از مراکز داده متصل به آن برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر اضافی و تخلیه آن در مواقعی که انرژی کافی تولید نمی‌شود، استفاده کند.

 

اولین گام‌ها جهت تامین انرژی همراه با کاهش آلایندگی کربنی

این کار یکی از اولین گام‌های اصلی در جهت تامین انرژی مراکز داده Google با انرژی‌های تجدیدپذیر در تمام ساعات شبانه روز است. شرکت Google در اوایل سال 2020 متعهد شد تا سال 2030 تمام مراکز داده خود را با انرژی‌های تجدید پذیر در تمام ساعات شبانه روز تامین کند.

تیم “Texier” از ذکر نام فروشنده‌ای که باتری‌های پایلوت مرکز داده گوگل در بلژیک را تامین می‌کند خودداری کرد، اما گفت که این پروژه از محصولی استفاده می‌کند که در حال حاضر در بازار وجود دارد و توسط «یک نهاد کاملاً شناخته شده» فروخته می‌شود.

تعویض ژنراتورها سخت است

ژنراتورهای پشتیبان آلاینده هوا یک مشکل اساسی در مراکز داده -یا هر نوع زیرساخت حیاتی دیگر مانند بیمارستان‌ها- بوده اند که اکنون به ندرت استفاده می‌شوند اما اجتناب ناپذیر هستند. این طرح آزمایش در بلژیک تلاشی‌ست برای تبدیل پشتیبان تامین برق مرکز داده از چیزی که به اقلیم آسیب می‌رساند به چیزی که به بهبود آن کمک می‌کند.

گوگل تخمین می‌زند که مجموع ظرفیت تولید تمام ژنراتورهای پشتیبان مرکز داده با سوخت دیزل که در سراسر جهان مستقر شده‌اند بیش از 20 گیگاوات است. این پروژه می‌تواند فرصت‌های گسترده‌ای را برای ذخیره سازی انرژی‌های تجدیدپذیر ایجاد کند.

گوگل تنها اپراتور مرکز داده نیست که به دنبال جدایی از ژنراتورهای دیزلی‌ هستند. به گفته تحلیلگران مؤسسه Uptime، چندین پروژه آزمایشی دیگر وجود داشت که حداقل در سال 2019 جایگزینی ژنراتورها را بررسی ‌کرده است.

مایکروسافت، یکی از دو رقیب بزرگ گوگل در بازار رایانش ابری، حداقل از سال 2012 تلاش کرده است تا این موضوع را کشف کند و این شرکت نیز اوایل 2020 متعهد شد که «وابستگی خود به سوخت دیزل تا سال 2030» را پایان دهد. همچنین در سال جاری، مایکروسافت آزمایش موفقیت آمیزی را برای تامین انرژی رک مرکز داده با سوخت هیدروژنی، اعلام کرد و به این فناوری به عنوان یکی از جایگزین‌های بالقوه برای ژنراتورهای دیزلی نگریست.

 

 

بازنگری در قدرت پشتیبان‌گیری مرکز داده

“Texier” توضیح داد که دو دلیل اصلی وجود دارد که گوگل اکنون این روش آزمایشی خود را راه اندازی می‌کند. اولاً، فناوری باتری به اندازه کافی رشد کرده است که نیازها، کیفیت و هزینه هنگفت فناوری را برآورده کند. دوم، این شرکت اخیراً پیشرفت‌هایی را در نحوه مدیریت انرژی مرکز داده و زیرساخت‌های الکتریکی آن ایجاد کرده است.

وی افزود که معمولاً به یک مرکز داده به‌عنوان یک بار غیرقابل انعطاف یا یک «بلوک واحد» تامین نیرو نگریسته می‌شود. به عبارت دیگر، اگر کل بار تاسیسات 10 مگاوات باشد، رویکرد مرسوم این است که اطمینان از وجود 10 مگاوات توان پشتیبان داشته باشند. اما گوگل یاد گرفته است که بار کلی را به عنوان یک بلوک انعطاف ناپذیر، درنظرنگیرید به عبارتی ظرفیت پشتیبان را با ظرفیت و زمان مورد نیاز برنامه‌های اجرایی وفق دهد و همیشه مقدار ثابتی در نظر نگیرد، بلکه انعطاف پذیر باشد.

در یک روز معمولی، کارخانه باتری مرکز داده بلژیک خدمات شبکه ای را به “ELIA” (اپراتور سیستم انتقال محلی) ارائه می‌دهد. به گفته “Texier”، باتری‌ها برای تعادل بین تولید و مصرف در شبکه به طور خودکار شارژ یا دشارژ می‌شوند و به انحراف از فرکانس پاسخ می‌دهند. اگر قطعی برق وجود داشته باشد، باتری‌ها ارائه خدمات شبکه را متوقف می‌کنند و به عملیات پشتیبانی تغییر جهت می‌دهند.

تعدادی برنامه برای شرکت کنندگان در چنین طرح‌های کاهش آلایندگی کربنی توازن شبکه در اروپا نیز وجود دارد. شرکت‌کنندگان در صورت نیاز برای کمک به ذخیره انرژی، پول دریافت می‌کنند؛ همچنین در هزینه‌های انرژی خودشان نیز صرفه جویی خواهد شد. علاوه برآن مشوق‌هایی برای شرکت کنندگان در این طرح مثل معافیت‌های مالیاتی شرکت‌های دولتی اعمال می‌شود.

 

آینده‌ مراکز داده با کاهش آلایندگی کربنی

در مورد آینده مراکز داده باید گفت که مانع اصلی پیاده سازی این کار در مراکز داده، تغییر مقررات و قوانین بازار انرژی در نقاط مختلف جهان خواهد بود. اپراتورهای شبکه در همه جا به ذخایر انرژی نیاز دارند تا سیستم‌های خود را متعادل کنند، که از نظر تئوری باید در نهایت برای کاهش این موانع تلاش شود.

گوگل سال‌ها تلاش کرده است که به سمت آینده‌ای با تولید کربن صفر قدم بر دارد. از دستیابی به بی‌طرفی کربن از سال 2007 تا رسیدن به 100 درصد انرژی‌های تجدیدپذیر درسال 2017 و اکنون بلندپروازانه‌ترین هدف خود را دنبال می‌کند: تولید و استفاده از برق با کاهش آلایندگی کربنی تا سال 2030.