Сервери гріють скелі влітку, щоб обігрівати будинки взимку — інженери знайшли спосіб накопичувати тепло

Дата-центри протягом року виділяють величезну кількість тепла, а це тепло могло б обігрівати цілі кампуси взимку. Інженери знайшли спосіб накопичувати виділену енергію: закачувати надлишкове тепло під землю в теплу пору року, а взимку витягувати його з гірських порід і використовувати для опалення будівель.

Джерело зображення: Unsplash, Eric Stoynov

Поверхня землі не так швидко нагрівається і остигає, як атмосферне повітря. Цю властивість людство давно використовує для покращення свого побуту. Літом у підземних об'єктах досить прохолодно, а взимку відносно тепло. Це властивість можна застосовувати для охолодження центрів обробки даних, які виділяють багато тепла.

Американська компанія Epic Systems у штаті Вісконсин протягом двох десятиліть експериментує з технологією теплових геотермальних насосів для охолодження власних ЦОД і обігріву допоміжних приміщень. На території її кампусу у Вероні розташовано близько 40 будівель, які обігріваються взимку та охолоджуються влітку за допомогою системи теплових насосів, інтегрованої з системою охолодження ЦОД. Компанії довелося пробурити приблизно 6100 свердловин глибиною від 90 до 240 метрів, щоб використовувати поверхню землі для терморегулювання режимів на своїх об'єктах. Місцевий ЦОД цього розробника ПЗ має потужність 3,5 МВт.

Подібна ідея на етапі практичної реалізації часто стикається зі складнощами теплового балансу. ЦОД виділяє тепло протягом року, а використовувати виділене ним тепло для обігріву інших будівель потрібно лише взимку, яка в кліматичному розумінні в США рідко триває більше чотирьох місяців. Для теплової енергії, що постійно виділяється ЦОД, потрібне якесь буферне сховище. Технологія теплових насосів якраз допомагає вирішити цю проблему.

Великі підземні шматки скель можуть досить довго зберігати теплову енергію, оскільки вона швидко втрачається лише через периферійні ділянки. Якщо підводити тепло до центру такого масиву, він зможе зберігати його кілька місяців поспіль. Нагріта ЦОД у літні місяці вода подається по трубах глибоко під землю до центру великих фрагментів скель. Взимку воду знову прокачують через труби, і вона вже нагрівається від підземного скельного масиву, що дозволяє обігрівати приміщення. Гарячою цю воду назвати не можна, але на її нагрів не потрібно витрачати додаткову енергію. У Нідерландах подібна система підводить взимку накопичене тепло за допомогою води, температура якої становить близько 15 °C.

На виході з систем охолодження ЦОД вода досягає температури 60 °C, її не можна використовувати для виробництва електроенергії за допомогою спеціальних генераторів, але для опалення приміщень цього цілком достатньо. У Вісконсині компанія Epic використовує цю гарячу воду в офісах, громадських приміщеннях і навіть підігріває нею тротуари, щоб на них не скупчувався сніг. За офіційною статистикою, будівлі в кампусі Epic витрачають на 25% менше енергії, ніж порівнянні будівлі в окрузі.

У довгостроковій перспективі така схема використання надлишкового тепла від ЦОД створює проблему, оскільки підземні скелі з часом перестають приймати тепло вище певного порогу. Epic з цієї причини пробурила свердловини з запасом, щоб розподіляти теплову енергію по скельним об'єктам на більшій площі.

Знизити витрати на буріння свердловин можна, використовуючи вже наявні закинуті свердловини, які були обладнані для видобутку підземних корисних копалин. На території США таких нараховується понад 141 000 штук. Потрібно лише узаконити таке переоснащення цих свердловин. Правда, застосовувати свердловини для роботи теплових насосів можуть лише будівлі, розташовані безпосередньо над ними або на невеликій відстані.

ЦОД компанії Epic зі своїми 3,5 МВт потужності не здається таким вже великим на фоні гігаватних варіантів, а ще компанія за допомогою свого поля свердловин обігріває весь кампус, а не лише обслуговує ЦОД. У Німеччині подібна система забезпечує від 60 до 80% зимової потреби в тепловій енергії цілого комплексу офісів, готелю, ЦОД і медичного центру з 2009 року.

Розвиток ЦОД буде зберігати актуальність проблеми використання генерованої ними теплової енергії. Один лише витрата електрики у 2024 році, що припадав на ЦОД у США, становив 4,7% від загальнонаціонального обсягу. За прогнозами, ця величина до 2030 року наблизиться до 12%. В окремих американських штатах на ЦОД припадає від 15,4 до 25,6% витрат електроенергії. Генероване ними тепло краще використовувати з вигодою, ніж просто розсіювати. У ЦОД до 40% електроенергії витрачається саме на їх охолодження, а ще нагріта ними вода активно випаровується в атмосферу. Це не найефективніша схема, і над її оптимізацією варто подумати.

Хочеш дізнатися більше — читай відгуки