微軟聯(lián)合PLUG啟動3MW燃料電池數(shù)據(jù)中心備電項目 

關(guān)注要點氫能 Subscribe for More 

     今年6月初的一個陰天里，兩個40英尺長的海運集裝箱里裝著的氫燃料電池正在加速運行，工程師們聚集在筆記本電腦前，觀察著這臺史無前例的氫能發(fā)電機里電池的狀態(tài)、健康狀況和功率輸出等數(shù)據(jù)。 微軟數(shù)據(jù)中心高級開發(fā)團隊的首席基礎(chǔ)設(shè)施工程師馬克·門羅驚呼道:“就是這樣，現(xiàn)在運行的功率是3兆瓦?！? 建造燃料電池系統(tǒng)的Plug公司工程師們發(fā)出了熱烈的掌聲和歡呼，穿透了集裝箱頂部風扇和蒸汽管道發(fā)出的白噪聲。這一刻是微軟為備用柴油發(fā)電機尋找零碳排放替代品的最新里程碑，備用柴油發(fā)電機能在停電或其他服務(wù)中斷的情況下持續(xù)運行。 “對于數(shù)據(jù)中心行業(yè)來說，我們剛剛目睹的是登月時刻，”微軟數(shù)據(jù)中心研究主管Sean James說，“我們有一臺零碳排放的發(fā)電機，這是令人興奮的?！? 數(shù)據(jù)中心是云計算背后的物理基礎(chǔ)設(shè)施，是儲存貓咪視頻和度假照片的地方，是遠程工作人員聚集在一起進行虛擬會議的地方，是游戲玩家聚集在一起構(gòu)建世界、賽車和炸飛敵人的地方。它們使世界各地的企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，使它們能夠快速、安全地響應(yīng)客戶的需求并管理供應(yīng)鏈物流。 從本質(zhì)上講，數(shù)據(jù)中心是一個不起眼的倉庫，里面裝著成千上萬臺計算機服務(wù)器，以及維持這些服務(wù)器每天24小時、每周7天運轉(zhuǎn)所需的設(shè)備。這包括可以使服務(wù)器保持在正常溫度的機器，以及電池和發(fā)電機，即使在電網(wǎng)中斷時也能保持不間斷的電力供應(yīng)。 詹姆斯說:“數(shù)據(jù)中心之所以成為數(shù)據(jù)中心，是因為它可以在電網(wǎng)無法運行的情況下持續(xù)運行，保持工作。這就是數(shù)據(jù)中心和堆滿電腦的倉庫的區(qū)別?！? 新一代的發(fā)電機 微軟努力為數(shù)據(jù)中心客戶提供“五個九”的服務(wù)可用性，這意味著數(shù)據(jù)中心99.999%的時間在運行。為了做到這一點，數(shù)據(jù)中心的運營商在一定程度上依賴于所謂的不間斷電源(UPS)中的電池，在停電發(fā)生時啟動電池，通過備用發(fā)電機向服務(wù)器提供電力。 為了確保發(fā)電機隨時準備就緒，微軟會定期對它們進行測試，并執(zhí)行所謂的負載測試，以確保來自服務(wù)器和其他數(shù)據(jù)中心設(shè)備的電力負載能夠可靠地傳輸?shù)桨l(fā)電機上。 雖然備用發(fā)電機并不經(jīng)常使用，但在停電時它們是至關(guān)重要的。當備用發(fā)電機運行時，它們通常使用化石燃料，然而微軟(Microsoft)承諾為實現(xiàn)2030年零碳排放的目標，將停止使用柴油，并探索利用可持續(xù)燃料的替代方案。 例如，在2021年11月，微軟在瑞典推出了可持續(xù)數(shù)據(jù)中心區(qū)域，使用瑞典燃料供應(yīng)商Preem的Evolution Diesel Plus作為發(fā)電機燃料。這種柴油含有至少50%的可再生原材料，與標準的化石柴油混合燃料相比，其凈二氧化碳排放量減少量幾乎相當。 微軟首席環(huán)境官Lucas Joppa表示，從長遠來看，質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池技術(shù)可能是一個可行的無碳排放解決方案。PEM燃料電池通過化學(xué)反應(yīng)將氫和氧結(jié)合，產(chǎn)生電、熱和水——沒有燃燒，沒有顆粒物，沒有碳排放。 在萊瑟姆進行的PEM燃料電池測試證明了該技術(shù)在3兆瓦時的可行性，這是數(shù)據(jù)中心第一次在備份發(fā)電機的規(guī)模上進行測試。

    一旦綠色氫氣可用并且經(jīng)濟上可行，這種固定備用電力就可以在各行各業(yè)得到應(yīng)用。“3兆瓦是非常有趣的，因為這是我們現(xiàn)在使用的柴油發(fā)電機的規(guī)模，”Joppa說。 “我們建立了一個愿景” 2013年，微軟與加州大學(xué)歐文分校(University of California, Irvine)的國家燃料電池研究中心(National fuel cell Research Center)開始探索燃料電池技術(shù)，在那里，他們測試了用固體氧化物燃料電池(SOFCs)為計算機服務(wù)器機架供電的想法，這種燃料電池以天然氣為燃料，且目前還不是貴的要命。 2018年，微軟將PEM燃料電池作為備用柴油發(fā)電機挑戰(zhàn)的潛在解決方案。PEM燃料電池通常用于汽車行業(yè)，因為像柴油發(fā)動機一樣，它們可以快速啟動和關(guān)閉，并可以跟隨負載，非常適合作為數(shù)據(jù)中心的備用電源。 2018年，微軟與科羅拉多州戈爾登的國家可再生能源實驗室的工程師合作，用一臺65千瓦的PEM燃料電池發(fā)電機為計算機機架供電。然后，在2020年，該團隊聘請了位于猶他州鹽湖城的Power Innovations公司，建造并測試了一個系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用250千瓦的氫燃料電池系統(tǒng)連續(xù)48小時為10個機架(一排)的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器供電。 在成功的概念驗證演示之后，該團隊開始證明3兆瓦系統(tǒng)的可行性，該系統(tǒng)的規(guī)模足以取代數(shù)據(jù)中心的柴油發(fā)電機，然而測試面臨的首要問題是沒有人制造出3兆瓦這么大的PEM燃料電池系統(tǒng)，其能量足以為大約1萬臺計算機服務(wù)器或600個家庭供電。 建造3兆瓦燃料電池系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，引起了位于萊瑟姆的Plug公司工程師的共鳴。Plug公司是燃料電池和綠色氫技術(shù)商業(yè)化開發(fā)的先驅(qū)，該公司為整個綠色氫氣生態(tài)系統(tǒng)提供從生產(chǎn)、運輸?shù)酱鎯?、處理和分配的解決方案。125千瓦的燃料電池——每個集裝箱里裝有18個——是該公司有史以來制造的最大的燃料電池，而3兆瓦的燃料電池系統(tǒng)是Plug公司最大的應(yīng)用。因為該系統(tǒng)比以前建造的任何系統(tǒng)都要大，所以所有的部件也都要大，從壓縮機、熱交換器到電網(wǎng)規(guī)模的逆變器，再到輸送氫氣的管道。 該系統(tǒng)是在該公司研發(fā)和制造ProGen燃料電池生產(chǎn)線的總部停車場旁邊的一個混凝土平臺上組裝的。裸露的電線和管子縱橫交錯，散熱器風扇的帽子懸掛在容器上，使系統(tǒng)看起來像第一次迭代的原型。但是來建造這個系統(tǒng)的工程師們并沒有被它五花八門的外觀所困擾。 “這是我做過的最酷的事情，”Plug公司大功率固定設(shè)備組的新一代電氣工程師Hannah Baldwin說，“我不知道如何才能在我的職業(yè)生涯中超越這一切。有太多的拼圖碎片需要拼在一起?？吹剿麄兙墼谝黄?，工作良好、穩(wěn)定，是值得的。” 備用電源 在燃料電池發(fā)電機達到3兆瓦的里程碑后，微軟啟動了測試來證明其在實際條件下的表現(xiàn)，判斷其是否可以在真實環(huán)境中運行。測試的關(guān)鍵在于燃料電池是否可以像柴油發(fā)電機一樣快速產(chǎn)生大量動力。所以，需要模擬數(shù)據(jù)中心的工作周期，其中之一就是停電。當停電發(fā)生時，UPS中的電池可以讓數(shù)據(jù)中心運行幾分鐘，這對于柴油或氫氣發(fā)電機來說綽綽有余。理論上，備用發(fā)電機一旦啟動，只要有燃料供應(yīng)，就可以讓數(shù)據(jù)中心無限期地運行。 從6月那一天開始，在接下來的幾周里，微軟對3兆瓦的氫燃料電池系統(tǒng)進行了測試，測試的目的是讓柴油發(fā)電機合格，以證明它可以可靠地運行，包括模擬停電和長時間運行。 隨著原型測試的完成和概念的驗證，Plug專注于推出一款優(yōu)化的商用大功率固定式燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)比Latham停車場附近的平臺上的系統(tǒng)占地面積更小，更流暢、更美觀。微軟將在一個研究數(shù)據(jù)中心安裝一個這樣的第二代燃料電池系統(tǒng)，工程師將在那里學(xué)習如何使用和部署新技術(shù)，包括氫安全協(xié)議的開發(fā)。