在决议一个数据中心的建造方位时，保证其与电网的牢靠衔接一般是企业有必要考虑的头等大事。但这也约束了再生动力丰厚却方位偏僻的数据中心的建造和运营。

微软公司期望另辟蹊径，多年来致力开发和研讨更好的处理办法。在曩昔五年中，微软公司一向在研制不同的数据中心供电办法，例如在机架层面运用氢气燃料电池或天然气燃料电池。这将为数据中心建造与运营供给了方位、牢靠性和动力功率方面的优势，但也带来了全新的应战。

上一年，在怀俄明州Dry Creek水收回设备和加州大学欧文分校的美国国家燃料电池研讨中心进行了实验后，微软公司在燃料电池商业化方面迈出了迄今为止的最大一步。

微软公司云基础设备和运营总经理 Christian Belady（左）与微软公司云核算基础设备与运营高档研讨项目经理 Sean James（右）在西雅图的先进动力实验室

2017年9月，微软公司与McKinstry公司和康明斯公司协作推出了"世界上第一个天然气驱动的燃料电池供电数据中心"的规划。

"咱们在西雅图的先进动力实验室（The Advanced Energy Lab）中布置了 20 个机架。"微软公司云核算基础设备与运营高档研讨项目经理 Sean James说，"这个项目如此具有颠覆性的原因是，它怎么从根本上简化了服务器供电的进程，以及使数据中心的能效简直翻了一番，一起降低了本钱，并进步了牢靠性。"

该项目规划称之为"Stark和简略数据中心"，将燃料电池布置在服务器机架。燃料电池由阳极、阴极和它们之间的电解质层组成。

在氢气燃料的质子交流膜燃料电池（PEMFC）的状况下，氢分子在阳极分解成质子和电子，由催化剂激活。质子可直接穿过质子交流膜抵达阴极，而电子只能经过外电路才干抵达阴极。 当电子经过外电路流向阴极时就发生了直流电。

不同的燃料电池运用不同的电解质和电荷转移离子，但最有期望用于数据中心的两种燃料电池似乎是质子交流膜燃料电池 （PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC），后者直接运用天然气作为燃料。

固体氧化物燃料电池具有更高的功率、更大的容量，合适连续发电，但运转在更高的温度，将发生二氧化碳，并对负载改动不灵敏。

质子交流膜 （PEMFC）燃料电池依然是当然最环保洁净的燃料电池体系，只出产废水，但由于氢气的发生和贮存比较困难，很难广泛运用。可是，这种状况可能会在未来发生改动。

固体氧化物燃料电池是替代电网的一种快速和可行的计划，依然能够供给一些环境优势。微软公司估计可削减49％的二氧化碳排放量，削减91％的氮氧化物，削减68％的一氧化碳，削减93％的挥发性有机化合物。

微软公司正在实验在研讨燃料电池供电的数据中心的办法：在机架设备的直流供电方面，该公司解释说，它现已一起对Hydrogenics HyPM 10kW的质子交流膜燃料电池 （PEMFC）和SolidPower Engen 2500 2.5kW的固体氧化物燃料电池（SOFC）进行测验。

Hydrogenics燃料电池体系在规划时考虑到了数据中心和电信设备的运用特色，而现在固体氧化物燃料电池（SOFC）体系尚不存在相似的产品，其首要针对住宅和商业修建范畴，旨在用于热电联产。

该文件指出："估计为数据中心的机架内发电而规划的固体氧化物燃料电池（SOFC）体系将发生更多的电力和更少的热量，而这些将被数据中心中现有的空气和空气通风体系冷却。"

该办法进步动力功率的关键是削减输电损耗。由于电能沿着导线传输时会损耗一部分，而在这些损耗存在于规范数据中心、发电厂、变电站、变压器和交直流改换中。

跟着燃料电池布置在服务器机架，一种称为分布式燃料电池（DFC）的办法现已选用，其电力损耗仅限于电池自身的电源改换。

微软公司称，由于在发电、输电和配电进程的电力损耗，发电厂供给的电能只要不到35％是数据中心耗费的。当考虑到数据中心的现场冷却、照明和动力贮存相关的动力耗费时，发电厂供给的电能只要17.5％用于服务器运转。

在一篇名为"数据中心的燃料电池：从服务器发生的电能"的研讨报告中，微软公司指出，在运用天然气燃料电池办法时，假设服务器的冷却负荷与传统燃料电池和数据中心的的作业负荷成份额，那么服务器耗费的电能高达29.5%.假如能够将燃料电池废热用于冷却进程，还能够取得进一步的收益。

动力功率并不是运用天然气燃料电池供电的数据中心具有招引力的仅有要素。牢靠性也可能是一个首要的招引力，由于天然气的电网基础设备一般埋在地下，而且不受恶劣气候的影响。美国天然气供电的电网牢靠性超越99.999％，而市电电网的牢靠性仅为99.9％或更低。

这意味着数据中心运营商能够不再选用作为备用电源的柴油发电机组和电池，以及不再选用数据中心内的配电体系，这些设备的本钱占数据中心出资本钱的四分之一以上。

可是，应战依然存在，这种技能仍处于研讨阶段。当然，尽管数据中心运营商不再需求忧虑与电网的牢靠衔接，但假如选用固体氧化物燃料电池（SOFC）办法，则需求接近天然气供应地点来免除这些忧虑。

但也许最大的问题是快速改动的负载。数据中心的服务器可能在一会儿就能彻底改动他们的动力需求，电网能够轻松应对。

可是，关于燃料电池来说，假如有一段时间燃料电池运送的电压或容量缺乏，将会导致服务器关闭或损坏，这可能导致数据中心无法运用。微软在研讨报告中表明，能够有用处理燃料电池供电数据中心的电源浪涌。

处理这种容量缺乏的办法有两种。一种是以容量上限供电，但这会约束服务器的功能，并导致燃料电池和数据中心的利用率缺乏。另一种办法是运用电池和超级电容器等储能设备（ESD）来补偿负载浪涌时的缺乏。

可是，关于应对最坏状况的预备需求支付很高的经济代价。为此，微软公司供给了SizeCap处理计划，这个计划能够和谐电池和超级电容器等储能设备（ESD）的规划和功率上限，能够完结经济高效，并处理数据中心的电力缺少问题。微软公司期望在这两种办法之间找到折衷的计划。

关于SizeCap和燃料电池全体计划的进一步研讨是必要的，但电池的本钱依然非常高。可是，微软公司期望该办法很快会被广泛选用。假如呈现这种状况，电网对数据中心的影响可能会成为曩昔。

氢气燃料电池年代的曙光

尽管固体氧化物燃料电池（SOFCs）的支撑者以为全球遍布的天然气基础设备的巨大网络是其布置最大的优势之一，可是也有一些以为燃料电池的未来在于氢气为燃料的质子交流膜燃料电池（PEMFC）。

美国动力部国家可再生动力实验室（NREL）核算科学中心主任Steve Hammond博士表明，"我确实看到固体氧化物燃料电池（SOFCs）是一个利基商场，而且价格恰当贵重。它们最合适于根本负载功率和可变负载或负载。"

一起，质子交流膜燃料电池（PEMFC）在轿车职业推进的功率和本钱方面取得了重大进展。Hammond说，"我以为人们能够在数据中心范畴充分考虑运用这一技能。"

尽管氢气燃料电池和锂离子电池驱动轿车之间的竞赛剧烈，制造商现已在这项技能上投入了很多资金，并促使燃料电池的价格大幅下降。

轿车厂商正在采纳措施将这项技能用于数据中心。戴姆勒公司上一年年末透露，它已与惠普企业（HPE）以及梅赛德斯奔跑、NREL协作开发持续电源处理计划的原型和依靠氢气的固定式电源体系。

"轿车燃料电池体系的成熟度现在不容置疑。他们现已为日常运用做好了预备，并为交通职业供给了一个可行的挑选。"戴姆勒公司燃料电池主管兼戴姆勒子公司NuCellSys首席执行官Christian Mohrdieck教授表明，"可是，动力、工业和住宅部门以外的流动性部门的氢气燃料电池的时机多种多样，需求拟定新的战略。而规划经济和模块化是其重要的应战。"

自2017年11月起，美国动力部国家可再生动力实验室（NREL）一向在测验戴姆勒公司的燃料体系，并将其安装在动力体系集成设备（ESIF）数据中心。据称，它是世界上功率最高的数据中心之一，2016年的年平均动力运用功率（PUE）为1.04.

"这个体系仍处于基础研讨阶段，咱们研讨的重点是能否安全地做到这一点？这是否有含义？是否有一条通往经济可行性的路途，以及需求进一步的研制是什么？" Hammond说，"咱们有一个原型，我信赖戴姆勒公司能够为咱们供给一个实际的出产版别，咱们将能够在年中运转。"

"这将代表一个早期的过程，该技能将会改动轿车技能。咱们正在做的作业是对轿车燃料电池进行改造，现在还没有500-100kW的专用数据中心燃料电池。"Hammond说。

他弥补道，"我以为，假如它会对云核算空间发生影响，那么就需求在数据中心的行级机架上完结。咱们曾与微软公司协作，并对一个50兆瓦数据中心在离网的状况进行了技能经济剖析。他们需求100个小时的备份时间。咱们对其在美国的两个不同数据中心进行了剖析，核算需求多少风力和太阳能来支撑，以及怎么存储5000兆瓦时当量的氢气。微软公司对此很感兴趣，他们正在致力于研讨，而且在某些时分这将具有经济含义，但其效益并不能直接表现。"

经济含义并不是云核算供给商被氢燃料电池招引的仅有原因，也有可能是为了大幅削减碳排放。可是，这些削减的程度取决于氢气的出产办法。

在依靠化石燃料的进程中，氢气的出产总是需求耗费更多的能量，而这种动力能够从天然气中收回，大约95％的氢燃料是运用天然气生成的。制备氢气的办法首要是水蒸气重整甲烷，而甲烷重整进程中将排出二氧化碳和一氧化碳等副产物。

要做到真实的绿色环保，有必要经过电解出产氢气，在电解中经过水别离氢气和氧气原子，而且电力有必要来自可再生动力。

"关于咱们来说，咱们能够做到这一点，咱们在数据中心园里有太阳能发电体系。"Hammond说。，"也能够经过购买电力协议，为电解设备供电，而且具有储氢基础设备。所以咱们想表明，尽可能安全地采纳恰当的安全机制和失效机制来证明其有用性，但我最忧虑的是选用氢气可肥让人感到忧虑。"

1937年在兴登堡的一场毁灭性的飞艇灾祸不只标志着飞艇年代的完毕，也让人们不再信赖氢气的运用。

他说，"在美国动力部国家可再生动力实验室（NREL）在氢气传感器和加气站技能方面做了很多作业。咱们一向安全地运用氢气。可是，关于数据中心技能人员来说，需求做同样的作业，依然需求从根本上从头考虑数据中心设备，以及怎么出产和存储电能的人员进行多年的研讨。"

在曩昔的三年中，Hammond一向在研讨这个概念，但没有取得直接赞助。"我以为这种技能在5到10年内将对数据中心商场发生影响。"他说。

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