Datacentra v roli "polykačů" energie

Provozovat datové centrum není jednoduché. Zásadní je už samotný výběr lokality podléhající mnoha bezpečnostním kritériím. Mezi ně se významnou měrou řadí i dostupnost elektrické energie. Její spotřeba je totiž v takových zařízeních enormní a tvoří největší část nákladů na provoz datového centra. V tzv. efektivní části provozu centra se při napájení serverů energie mění v teplo a to je potřeba odvádět prostřednictvím aktivních systémů chlazení. Jejich spotřeba se však pohybuje na úrovni dvojnásobku spotřeby serverů.

V případě nedostatečného chlazení, a tedy i zvýšení teploty v serverovně nad ideální hranici 20 °C dochází ke snižování životnosti serverů a zvyšování rizika poruch. V extrémním případě zvýšené teploty začnou komponenty serverů chybovat a může dojít i k přehřátí, po němž se servery začnou vypínat (případně může dojít i k jejich poškození). Webové aplikace (e-shopy, platformy atd.), které na nich běží, by tak přestaly být pro uživatele dostupné.

Chlazení v Hostivaři

Odborníci proto hledají nejúčinnější způsoby chlazení. Například ve společnosti Vshosting v Praze-Hostivaři využívají adiabatické (odpařovací) chlazení. "V našem datacentru ServerPark využíváme kombinaci chladicích mechanismů. Hlavním systémem chlazení jsou celoročně velké klimatizační jednotky. Během extrémních suchých veder, jakých jsme byli toto léto svědky, jsme ale tento systém doplňovali tzv. adiabatickým chlazením," uvedl Damir Špoljarič, předseda představenstva společnosti Vshosting.

Principem adiabatického chlazení je přeměna citelného tepla na teplo vázané při odpařování vody. Do vzduchu se rozprašuje voda, odpařuje se, a teplota vzduchu tak klesá. V praxi to vypadá tak, že na povrch kondenzátorů ("chladičů") klimatizačních jednotek je rozstřikována voda, která se vlivem horka mění v páru a kondenzátor tak ochlazuje. Během extrémních veder se díky tomuto systému dařilo snížit teplotu o 3−4 °C nad rámec klasické klimatizace, což může být pro udržení ideální teploty v serverovně rozhodující.

Kombinace zvýšení výkonu klimatizačních jednotek a provozu doplňkového adiabatického chlazení se citelně projevuje na spotřebě elektrické energie v datacentru. Proti celoročnímu průměru spotřebovala firma Vshosting během tropických veder o 13 procent více elektřiny. Celková spotřeba elektrické energie za rok 2018 dosáhla hodnoty 3 808 464 kWh, spotřeba vody pak 300m³.

Společnost Vshosting momentálně tento systém ještě vylepšuje instalací vodní mlhy. Proti klasickému kropení vodou je vodní mlha nejen účinnější z hlediska chlazení, ale také šetrnější k životnímu prostředí vzhledem k celkově nižší spotřebě vody.

Úložiště pod hladinou oceánu

Neobvyklý způsob chlazení datacenter si vyzkoušel Microsoft. Jeden z jeho zaměstnanců, který jako voják sloužil v ponorce, přišel s nápadem uložit data do speciálního kontejneru a spustit jej pod mořskou hladinu. Firma jeho myšlenku realizovala a v rámci projektu Natick uložila loni více než 27 petabytů do speciální ochranné schránky a spustila ji u skotského pobřeží do hloubky 12 metrů.

I když někteří ekologové varují před oteplováním moří a oceánů, Microsoft pokládá experiment za úspěšný. "Asi 50 procent světové populace žije v blízkosti vodních ploch, a proto si myslíme, že toto je způsob, jakým chceme přemýšlet o budoucí expanzi regionálních datových center," řekl generální ředitel Microsoftu Satya Nadella na konferenci Microsoft Future Decoded v Londýně, když hodnotil projekt Natick. Budování menších datových center poblíž místa, kde lidé žijí, může uživatelům poskytovat data s nízkou latencí (zpožděním), což je důležité pro cloudové služby a hry v reálném čase. Ale kromě toho nabízí projekt Natick také různé výhody v tom, jak snadno a rychle lze vybudovat datová centra.

"Stavba byla velmi rychlá, celý dodavatelský řetězec od začátku do konce si vyžádal jen 90 dní," řekl. Podmořská datová střediska mohou zkrátit dobu "od rozhodnutí k zapnutí" ze dvou let na tři měsíce.

Inženýři projektu předpokládají rozmístění kolekce podmořských kontejnerů, z nichž každý má několik tisíc serverů, a podle potřeby je doplní. Natick má 12 stojanů obsahujících 864 serverů, s kapalinovým chladicím systémem, který odvádí teplo do okolního oceánu. Modul dosahuje životnosti pěti let a zůstane na mořském dně po dobu alespoň jednoho roku. Experiment je jedinečný také v tom smyslu, že je napájen z větrných elektráren. Spotřebuje jen 0,25 MW a je připojen k rozvodné síti Orknejských ostrovů, jejichž elektřina je plně vyráběna z obnovitelných zdrojů.

Už v roce 2016 spustil Microsoft o něco menší Natick u pobřeží Kalifornie, aby otestoval, zda by mohl provozovat z mořského dna služby cloudové platformy Azure. Nadella ji popsal jako "světový počítač" a uvedl, že překlenul 54 regionů s více datovými centry v každé oblasti, což je více než kterýkoli jiný poskytovatel cloudů.

Také společnost SIMEC Atlantis Energy usiluje o vybudování datového centra pod mořskou hladinou ve Skotsku, a sice v Caithnessu, ale s jiným napájením. Zařízení bude využívat jako zdroj energie elektřinu z přílivových turbín MeyGen, jež už existují v místě projektu. Provoz centra má být zahájen v roce 2024, ale menší modul by mohl být nasazen dříve. V současné době se může pochlubit výkonem šesti megawattů, ale existuje potenciál pro rozšíření výkonu MeyGenu na 80 MW. Obří serverová farma by měla být připojena k mezinárodním podmořským kabelům z optických vláken, které spojují Londýn, Evropu a USA.

Bez klimatizace

Česká republika nemá moře, proto musí hledat jiná řešení. Jako ideální způsob snížení energetické spotřeby se nabízí nepoužití klimatizace.

"Naše nové datové centrum, které budeme stavět asi ve středních Čechách, bude zcela bez klimatizace," řekl nám Damir Špoljarič. "Chladit se bude tzv. freecoolingem, tedy volným vzduchem. Laicky řečeno, systém se skládá ze tří stupňů: jednak bude vnější vzduch přes výměníky ochlazovat vnitřní vzduch, jednak se část tepla odpaří, odvede se díky vodnímu zkrápění. A konečně v době největšího horka bude nasazen 100procentní freecooling − budova se otevře a mohutné ventilátory poženou k serverům vzduch pod tlakem. Toto řešení je konstrukčně jednodušší než klasické chlazení, jež je náročné jak na spotřebu energie, tak na údržbu. "Zvolili jsme jednodušší, spolehlivější a levnější systém založený na napájení stejnosměrným proudem. Tím, že odpadají konverze ze stejnosměrného na střídavý a zpět, se zmenšují energetické ztráty. To je významný faktor ekonomický i ekologický. Takové řešení v České republice zatím nebylo nikde nasazeno. Je to pro nás velká výzva," uzavřel Damir Špoljarič.

Článek byl publikován v komerční příloze Magazín Energie.