Привет! Я расскажу про геоохлаждение и геообогрев базовых станций сотовой сети, ветрогенерацию, практику солнечной энергетики (в частности, для обсерватории), генерацию тепла и энергии из биологических отходов, охлаждение дата-центра от реки, оптимизацию классических систем и немного про управляющий всем этим софт.
Начнём с реки в Сибири:
Проектировали ЦОД рядом с ТЭЦ. А ТЭЦ питается водой от реки. Собственно, температура воды в реке от 0 до +15, а ТЭЦ надо +25. Мы подумали: как это замечательно, что кому-то нужна тёплая вода! И сели с теплообменником на эту подпитку. В итоге подогреваем воду в среднем на один градус (зависит от вычислительной нагрузки и времени года) и передаём чуть более тёплую в контур ТЭЦ. От ТЭЦ не убудет, а для нас получается очень эффективно. PUE ЦОДа — 1,15 круглый год.
Автономность базовых станций
Вот тут в посте было больше деталей.
Если очень коротко, то мы попробовали обеспечить автономное питание нескольких базовых станций. Использовали ветрогенерацию и солнечные батареи. Были сложности с выбором ветряка, выбором батарей, монтажом, ветряком, который сдуло жестоким и беспощадным ветром, и много других приключений. В итоге в Самаре и Мурманске всё работает. Развиваем тему, в т. ч. готовы строить крупные системы. Сейчас общаемся с потенциальными заказчиками на Дальнем Востоке.
Пример интерфейса системы мониторинга и управления электроснабжением автономных базовых станций:
На них же мы пробовали геозонд: бурится скважина глубиной от 30 до 100 метров. Внизу стабильная температура для средней полосы России — примерно 6–10 градусов круглый год. В зависимости от теплопроводности материала грунта можно обеспечить порядка 50 Вт тепловой мощности на метр длины геозонда. Мы обкатывали схему для отопления помещения базовой станции зимой и утилизации избыточного тепла от работы оборудования летом (то есть охлаждения станции).
Результат — да, работает, стоит недорого + эксплуатация и техническое обслуживание почти ничего не стоит. И работает как танк — надёжно. Мороки с этими инсталляциями никакой, но денег в этой сфере мало, поэтому мы пока приостановили эксперименты. Сама система стоит настолько дёшево, что её невыгодно продавать, т. к. накладные расходы получаются дороже, чем она сама стоит. Есть ощущение, что в ряде регионов это будет востребовано.
Возможно, для объектов, где есть ограничение по входной мощности, не очень критичен точный температурный режим. Прямо берёшь из земли +8, подаёшь воду, она проходит через теплообменник и возвращается обратно подогретой, допустим, 10–12 градусов. И ты с лёгкостью поддерживаешь диапазон внутри. Зимой — наоборот. За лето прогревается грунт — так, что зимой вокруг базовой станции аж трава зелёная. А за ней — снег. За лето так разогрели землю вокруг, на глубину там метров 30, что её потом всю зиму не может заморозить, она всё отдаёт и отдаёт тепло. Мы с +8 вот начали, в конце лета у нас, допустим, +18 земля. Затраты — цена скважины и насос.
Наша заслуга в том, что мы понимаем, как всё работает и что реально нужно. Оптимальным образом совместили геоохлаждение и потребности базовой станции. То есть под определённую задачу нашли оптимальное решение. Что можно с гораздо более широким диапазоном температур работать, что можно внутри электричество экономить, что можно без чиллера обойтись одним насосом — об этом мало кто думает.
Автономность обсерватории
Вот здесь мои коллеги из инженерного спецотряда рассказывали, как ездили в Чили монтировать энергоблок и ИТ-начинку станции и как сразу «что-то пошло не так».
Местный подрядчик смонтировал купола, солнечные батареи и проложил кабель-каналы. И сразу же благополучно их засыпал, чтобы не лазили грызуны, — и мы не смогли просунуть кабель
На 100% автономное электроснабжение обсерватории в Чили (к ней вообще не подводится никакого внешнего питания) — полностью наша разработка (на основе оборудования вендоров), мы проектировали HLD, LLD большей части систем и обеспечивали интеграцию всего. Там много автономного управления: сервер обсерватории сам контролирует параметры электропитания, нагружает солнечные панели, управляет зарядом солнечных батарей, запускает и останавливает резервный (аварийный) источник питания станции (дизель), сам управляет питанием. Помимо этого, сервер сам реагирует на события безопасности вроде пересечения периметра, сам переключает каналы и перезагружает маршрутизатор. В общем, ничего космически сложного, просто увязано много консолей в одну приборную панель и прикручена куча скриптов — до стадии, когда это стало почти фреймворком.
Солнце кончилось, пошёл закат — батарейки начали разряжаться. К закату появилась нагрузка. Это ток батареи. Нагрузка скачет-скачет. Потом, скорее всего, это охлаждение телескопов включили
Сейчас планируем интегрировать солнечную электростанцию мощностью 0,5 МВт в проект дата-центра в стране с похожим солнечным профилем.
Генерация тепла и электроэнергии из твёрдых бытовых и промышленных отходов
Уже сейчас нами проработаны решения, готовые встать на эксплуатацию. Это интересная тема для аграрных комплексов и промышленности с большими объёмами отходов производства, крупных населённых пунктов с проблемами утилизации мусора. Очень серьёзный вопрос, поскольку решает сразу две проблемы — и мусора, и энергии. И прибыльно.
Есть законодательно установленный перечень видов возобновляемых источников энергии, и среди всего прочего к ним относятся бытовые и промышленные отходы, в частности отходы мясокомбинатов и ферм. Можно перерабатывать кожу, кизяк, навоз коровы или птицы, получать биогаз и удобрения или сжигать кости и получать чистейший уголь. Можно перерабатывать просто мусор, тот, что складируется на свалках, и тот, что в очистных сооружениях (что из воды выделяется, ну, в основном фекальные массы) Это хорошее сырьё для переработки — например, для термолиза.
Причём сжигание — это не так просто. Просто сжигать, чтобы утилизировать… Такие заводы уже сейчас планируется делать в Подмосковье, Казани и Тульской области. Но можно поступать и куда хитрее, используя разные химические процессы, высокие температуры горения.
Интереснее сжигания, например, термолиз: суть в том, что мусор не сжигают, а нагревают при невысокой температуре и из него начинает выделяться газ. И вот уже газ сжигают. Мусор чуть меньше в объёме становится и продолжает свой жизненный путь на опрессовке и/или свалке.
А ещё интереснее глубокое сжигание отходов: получается чистейший углерод (то есть почти уголь активированный). Но тут температуры уже недетские, плавления металлов. В Европе это хорошо работает. У них есть спрос на такого формата уголь, в т. ч. в медицину. Продукт хорошо стоит, он дорогой.
Очень перспективно выглядит переработка навоза. Собирается из фермы, закидывается в лагуны, лежит там 3–4 месяца, и это называется типа «перегнивание». Он становится удобрением. Точно так же можно перерабатывать его в биогазовых установках. Это бак, куда сливается вся биомасса. Там живут бактерии, которые в ходе брожения массы выделяют газ, содержащий метан.
Потом очистка газа — и либо его сжигают, либо подают на газопоршневые машины.
Холод из тепла
Есть такая штука — АБХМ, абсорбционная холодильная машина. В своё время продумывали, как с помощью неё вырабатывать холод из энергии солнечного тепла. Солнце нагревает теплоприёмник, дальше это всё передаётся на АБХМ, и мы получаем в результате захоложенную воду для климат-контроля офисного или торгового центра.
Пока остановились на опытах: старые добрые тригенерационные центры выглядят куда понятнее для заказчиков.
Докручивание классических систем
Довольно плотно поработали со специалистами вендора для сейсмоустойчивого дата-центра. Но наш многолетний опыт проектирования и инженерная подготовка команды позволили много чего поменять в обычных системах. В итоге получилась система с очень высокими расчётными параметрами. Проверить с полной нагрузкой пока нет возможности — дата-центр ещё испытывается.
Удалось добиться среднегодового показателя PUE 1,25–1,3 при пиковых значениях менее 1,5: глубокая оптимизация системы «чиллер — фанкойл» — пришлось покопать данные по климату региона, цене за воду и электричество, росту мощностей. От системы с мокрыми градирнями отказались сразу: влажность высокая, а вода дорогая. Идея в чём: ЦОД практически никогда не работает на полную мощность, значит, нужны чиллеры с широким диапазоном энергетической эффективности. Нашли такие, с высоким EER как при максимальных, так и при минимальных нагрузках. Вендор — компания крупная, но всё больше по холодилке для супермаркетов и т. д. — даже сам не знал, что так можно.
В итоге нашли винтовой чиллер с инверторным приводом, который обеспечивает высокий EER не только при максимальной нагрузке на систему кондиционирования, но и при минимальной. Сопротивление в сети удалось снизить с помощью прямых широких трасс и применения оборудования с минимальным гидравлическим сопротивлением. Сумели подобрать сочетание чиллеров и фанкойлов так, что разница температуры жидкости на входе и на выходе составила 7 °C вместо стандартных 5 °C. Выбор больших фанкойлов с энергоэффективными вентиляторами позволил уменьшить потери при протоке воздуха. В итоге, благодаря комплексной оптимизации системы охлаждения, расход электроэнергии снизился на 20%.
Помимо перечисленного, ставим системы бесперебойного питания большой мощности (единицы и десятки мегаватт), это тоже поможет в оптимизации систем охлаждения.
Промежуточные итоги
Много что выглядит перспективно, но поделиться опытом внедрений пока не могу. Наша команда за последние пару лет успела написать управляющий софт для автономных станций (скриншоты видно выше) и поставить много опытов. Всё остальное время мы занимались инфраструктурой стадионов, узлами спецсвязи и системами безопасности. Когда футбольный сезон кончится, думаю, вернёмся к энергоэффективности уже более плотно.
Ссылки
- Зелёная энергетика для базовых станций и всего до 2 КВт — трёхлетний опыт с ветряками, солнечной генераций + геозондом
- «Космонавты» в Чили: как мы делали всю ИТ-инфраструктуру для четырех телескопов в Андах
- Энергоцентр с тригенерацией: как раз то что надо в российской реальности
- Моя почта — PVashkevitch@croc.ru
Автор: Петр Вашкевич
