존 로치
Microsoft 데이터 센터 고급 개발 팀의 수석 인프라 엔지니어인 Mark Monroe는 "이제 3 메가와트로 실행되고 있습니다."라고 말했습니다.
연료 전지 시스템을 구축한 Plug의 엔지니어들의 박수와 환호성은 선적 컨테이너 상단의 팬과 증기를 배출하는 파이프의 백색 소음을 뚫었습니다. 그 순간은 정전 및 기타 서비스 중단 시 지속적인 작동을 지원하는 백업 디젤 동력 발전기에 대한 탄소 배출 제로 대체품을 찾기 위한 Microsoft의 탐구에서 가장 최근의 이정표였습니다.
Microsoft의 데이터 센터 연구 이사인 Sean James는 "방금 목격한 것은 데이터 센터 업계에서 달 착륙 순간이었습니다. “우리는 배기가스를 배출하지 않는 발전기를 보유하고 있습니다. 정신이 번쩍 듭니다.”
데이터 센터 클라우드 컴퓨팅의 베일 뒤에 있는 물리적 인프라입니다. 고양이 비디오와 휴가 사진이 저장되는 곳, 원격 작업자가 가상 회의를 위해 모이고 게이머가 모여 세계를 구축하고 자동차 경주를 하고 적을 폭파시키는 곳입니다. 이를 통해 전 세계 비즈니스의 디지털 혁신을 지원하여 고객의 요구에 빠르고 안전하게 대응하고 공급망 물류를 관리할 수 있습니다.
핵심에서 데이터 센터는 의도적으로 수만 대의 컴퓨터 서버와 서버를 연중무휴 24시간 가동하고 사용할 수 있도록 유지하는 데 필요한 장비로 가득 찬 웨어하우스입니다. 여기에는 서버를 티셔츠 날씨 온도로 유지하는 기계와 전력망이 중단되는 동안에도 중단 없는 전원 공급을 유지하는 배터리 및 발전기가 포함됩니다.
James는 "데이터 센터를 데이터 센터로 만드는 것은 그리드가 아니더라도 작동할 수 있다는 것입니다."라고 말했습니다. “정전이 발생하면 서버는 계속 가동됩니다. 이것이 데이터 센터와 컴퓨터로 가득 찬 창고의 차이입니다.”
차세대 발전기
Microsoft는 데이터 센터 고객에게 "59.9999999999999999999999999999999999999999999999999999 나를}999999조99조99개]던 서비스 가능성"을 제공하기 위해 노력하고 있습니다. 즉, 데이터 센터는 당시 99.999% 운영 가능합니다. 이를 위해 데이터 센터 운영자는 부분적으로 배터리에 의존합니다. 무정전 전원 공급 장치 또는 UPS, 정전이 발생하는 순간을 시작하고 백업 발전기가 작동되는 동안 서버에 전원을 공급합니다.
발전기가 즉시 준비되었는지 확인하기 위해 Microsoft는 주기적으로 발전기를 테스트하고 부하 테스트를 수행하여 서버 및 기타 데이터 센터 장비의 전기 부하가 발전기로 안정적으로 전송될 수 있는지 확인합니다.
백업 발전기는 드물게 사용되지만 그리드가 다운될 때 중요합니다. 데이터 센터에 무정전 전원을 공급하여 고객에게 서비스를 제공하기 때문입니다.
백업 발전기가 실행되면 일반적으로 화석 연료를 태우지만 Microsoft는 지속 가능한 연료 대안을 개척해 왔습니다. Microsoft는 2030년까지 탄소 배출을 감소시키겠다는 회사의 약속의 일환으로 디젤 연료를 사용하지 않기로 약속했습니다. 이 목표를 달성하기 위해 Microsoft는 장단기 대안을 모색하고 있습니다.
예를 들어, 2021년 11월에 Microsoft는 스웨덴의 지속 가능한 데이터 센터 지역 스웨덴 연료 공급업체인 Preem의 Evolution Diesel Plus를 발전기 연료로 사용합니다. 이 디젤에는 최소 50%의 재생 가능한 원료가 포함되어 있으며 표준 화석 디젤 혼합물과 비교하여 순 이산화탄소 배출량이 거의 동일하게 감소합니다.
마이크로소프트의 최고 환경 책임자인 루카스 조파(Lucas Joppa)에 따르면 장기적으로 양성자 교환막(PEM)인 연료 전지 기술은 탄소 배출이 없는 실행 가능한 솔루션이 될 수 있다고 합니다. PEM 연료 전지는 전기, 열 및 물을 생성하는 화학 반응에서 수소와 산소를 결합합니다. 연소, 미립자 물질 및 탄소 배출이 없습니다.
Latham에서 실시한 PEM 연료 전지 테스트는 데이터 센터의 백업 발전기 규모로는 처음으로 3메가와트에서 이 기술의 실행 가능성을 보여주었습니다. 일단 녹색 수소가 이용 가능하고 경제적으로 실행 가능하면 이러한 유형의 고정 백업 전력은 데이터 센터에서 상업용 건물 및 병원에 이르기까지 산업 전반에 걸쳐 구현될 수 있습니다.
"3 메가와트는 우리가 지금 사용하는 디젤 발전기의 크기이기 때문에 매우 흥미롭습니다."라고 Joppa가 말했습니다.
'비전을 세웠다'
마이크로소프트는 시작했다 2013년 연료 전지 기술 탐색 캘리포니아 대학교 어바인에 있는 국립 연료 전지 연구 센터와 함께 천연 가스를 연료로 사용하는 고체 산화물 연료 전지 또는 SOFC로 컴퓨터 서버 랙에 전원을 공급하는 아이디어를 테스트했습니다. 이 기술은 현재 엄청나게 비싸지 만 기저부하 전력에 대한 가능성을 보여줍니다.
Microsoft는 2018년 백업 디젤 발전기 문제에 대한 잠재적인 솔루션으로 PEM 연료 전지를 선택했습니다. PEM 연료 전지는 디젤 엔진과 마찬가지로 빠르게 켜고 끌 수 있고 부하를 따를 수 있기 때문에 자동차 산업에서 일반적으로 사용됩니다. 그리고 아래로. Monroe는 빠른 반응 및 부하 추종 기능이 데이터 센터의 백업 전원에 매우 적합하다고 말했습니다.
“우리는 비용과 수소의 가용성에 대한 예측을 살펴보기 시작했고 이것이 해결책이 될 수 있다는 사실을 믿기 시작했습니다. 그래서 우리는 비전을 세웠습니다. 랙에서 행, 방, 데이터 센터로 이동했습니다.”라고 그는 말했습니다.
2018년 Microsoft는 콜로라도 골든에 있는 국립 재생 에너지 연구소의 엔지니어들과 협력하여 65kW PEM 연료 전지 발전기로 컴퓨터 랙에 전력을 공급했습니다. 그런 다음 2020년에 팀은 유타 주 솔트레이크시티에 있는 Power Innovations를 고용하여 데이터 센터 서버의 10개 랙에 전원을 공급할 수 있는 시스템을 구축하고 테스트했습니다. 2504kW 수소 연료 전지 시스템으로 연속 48시간.
성공적인 개념 증명 시연 후 팀은 데이터 센터에서 디젤 발전기를 대체하기에 충분한 크기인 3메가와트 시스템의 실행 가능성을 증명하기 시작했습니다.
문제는 아무도 PEM 연료 전지 시스템을 그렇게 크게 만들지 않았다는 것입니다. 3메가와트는 회사가 유타에서 테스트한 시스템보다 10배 이상 더 큽니다. 3메가와트는 약 10,000대의 컴퓨터 서버 또는 600가구에 전력을 공급할 수 있는 충분한 에너지입니다.
'가장 멋진 것'
Latham 기반의 엔지니어들이 공감한 3메가와트 연료 전지 시스템 구축에 대한 도전 플러그, 연료 전지 및 녹색 수소 기술의 상업적 개발의 선구자. 오늘날 이 회사는 생산 및 운송에서 저장, 취급 및 분배에 이르기까지 녹색 수소 생태계 전반에 걸쳐 솔루션을 제공합니다.
Plug의 엔지니어링 이사인 Scott Spink는 "화이트보드에 그림을 그리고 '좋아, 우리는 할 수 있다는 것을 알고, 우리는 할 수 있다'고 말하는 것은 매우 재미있었습니다."라고 말했습니다. “이 프로젝트의 진정한 도전은 하나의 입증된 기술에 의존할 수 없다는 것이었습니다. 연료 전지 시스템의 모든 부분은 그들이 하고 있는 일의 최전선에 있는 팀을 통해 이루어졌습니다.”
각 선적 컨테이너에 18개가 들어 있는 125킬로와트 연료 전지는 회사가 지금까지 만든 것 중 가장 크고 3메가와트 연료 전지 시스템은 플러그의 가장 큰 응용 프로그램입니다. 시스템이 이전에 구축된 어떤 것보다 크기 때문에 압축기와 열교환기에서 그리드 규모의 인버터와 수소 공급용 파이프에 이르기까지 모든 구성 요소도 마찬가지입니다.
이 시스템은 ProGen 연료 전지 라인의 연구 개발 및 제조를 위해 회사 본사 뒤 주차장에 인접한 콘크리트 패드에 조금씩 조립되었습니다. 노출된 와이어와 튜브가 이리저리 움직이며 라디에이터 팬의 모자가 컨테이너 위로 돌출되어 시스템에 첫 번째 반복 프로토타입의 모양을 제공합니다.
Spink가 시스템을 구축하기 위해 모인 엔지니어들은 잡색의 외관에 동요하지 않았습니다.
“이것은 내가 한 일 중 가장 멋진 일입니다.”라고 이 프로젝트에 고용된 Plug의 고출력 고정 그룹의 차세대 전기 엔지니어 Hannah Baldwin이 말했습니다. “나는 내 경력에서 이것을 어떻게 정상에 올릴지 모르겠다. 함께 맞춰야 하는 퍼즐 조각이 너무 많습니다. 그리고 그들이 모두 함께 모여 잘 작동하고 안정적으로 작동하는 것을 보는 것은 보람이 있습니다.”
백업 전원
연료 전지 발전기가 3메가와트의 이정표에 도달한 후 Microsoft의 James는 실제 조건에서 작동할 수 있음을 증명하기 위해 테스트에 뛰어 들었습니다.
그는 “두 가지 질문을 했다. “첫 번째 질문은 다음과 같습니다. 이 기술이 모두 통합되어 내가 필요한 전력을 생산할 수 있습니까? 두 번째 질문은 디젤처럼 작동할 수 있습니까? 디젤 엔진은 많은 동력을 매우 빠르게 생산할 수 있습니다. 그게 핵심이야. 따라서 우리는 데이터 센터 듀티 사이클 시뮬레이션을 시작할 것이며 그 중 하나는 정전입니다.”
정전이 발생하면 UPS의 배터리가 데이터 센터를 몇 분 동안 계속 가동할 수 있으며, 이는 디젤 또는 수소 발전기를 가동하기에 충분합니다. 이론적으로 백업 생성기는 연료 공급이 있는 한 데이터 센터를 무기한 가동 상태로 유지할 수 있습니다.
그 6월 Latham에서 시작하여 다음 몇 주 동안 Spink의 팀은 시뮬레이션된 정전 및 몇 시간 동안 작동하는 것을 포함하여 안정적으로 작동할 수 있음을 입증하기 위해 Microsoft가 디젤 발전기를 검증하는 데 사용하는 테스트를 통해 3메가와트 수소 연료 전지 시스템을 실행했습니다.
"그냥 간지러워요." 먼로가 말했습니다. "이것은 우리가 2018년에 시작한 여정의 연속입니다. 그리고 2020년에 소규모 테스트에서 수행 중인 작업을 발표할 때 우리는 언젠가 3메가와트 테스트를 실행할 것이라는 사실을 암시했습니다. 미래. 미래는 지금이다.”
프로토타입 테스트가 완료되고 개념이 입증된 Plug는 집중합니다.
고성능 고정식의 최적화된 상용 버전 출시
설치 공간이 더 작고 간소화된 연료 전지 시스템
주차장에 인접한 패드의 것보다 세련된 미학
라탐에 많이 있습니다.
Microsoft는 이러한 2세대 연료 전지 시스템 중 하나를 엔지니어가 수소 안전 프로토콜 개발을 포함하여 새로운 기술을 사용하고 배포하는 방법을 배울 연구 데이터 센터에 설치할 것입니다. 실제 데이터 센터의 첫 배포 날짜는 알 수 없지만 대기 품질 표준이 디젤 발전기를 금지하는 위치의 새 데이터 센터에서 발생할 가능성이 있다고 James는 말했습니다.
“흥분이 가라앉으면 돌아서서 '좋아요, 우리가 하나를 했습니다. 어디서 1,000을 얻을 수 있습니까?'라고 묻기 시작할 것입니다."라고 그는 말했습니다. "우리는 완전히 디젤을 사용하지 않겠다는 약속을 하고 있으며 그 공급망은 견고해야 합니다. 우리는 전체 수소 산업에 걸친 규모에 대해 이야기해야 합니다."
수소경제
수소는 우주에서 가장 가볍고 가장 풍부한 원소입니다. 청정 에너지 잠재력으로 인해 오랫동안 지구에서 주목해 왔습니다. 문제는 태양과 같은 별은 대부분이 수소로 구성되어 있지만 지구에서 수소는 다른 원소(물 또는 천연 가스 및 석유와 같은 탄화수소를 생각하면)와의 화합물 형태로만 자연적으로 발생한다는 것입니다.
이러한 천연 화합물에서 수소를 분리하고, 저장하고, 수송하고, 대규모로 힘을 짜는 데 필요한 높은 비용과 기술은 그 사용을 제한했습니다. Plug의 고정 전력 판매 및 제품 관리 부사장인 Darin Painter에 따르면 지난 10년 동안 그 계산법이 바뀌기 시작했습니다.
변화는 지속 가능성에 대한 관심과 헌신이 증가하면서 수소 생태계 전반에 걸친 발전에 의해 주도되고 있다고 그는 말했습니다.
예를 들어, 풍부하고 저렴한 풍력 및 태양 에너지는 전해조라고 하는 기계를 사용하여 소위 녹색 수소를 비용 효율적으로 생성할 수 있습니다. 이 기계는 반대로 연료 전지처럼 작동합니다. 에너지를 사용하여 물 분자를 수소와 산소로 분해합니다. 전해조를 실행하는 데 사용되는 에너지가 재생 가능 에너지인 경우 생산된 수소는 친환경으로 간주됩니다.
Latham 테스트 동안 사용된 수소는 염소와 수산화나트륨의 산업적 생산에서 부산물로 얻은 저탄소 "청색" 수소였습니다. Plug는 증가하는 수요를 충족시키기 위해 미국과 유럽 전역의 시설에서 녹색 수소 생산을 확장하는 과정에 있다고 Painter는 말했습니다. Microsoft는 생산 데이터 센터에서 녹색 수소만 사용할 계획입니다.
수소 생태계의 다른 쪽 끝에서 기술 발전으로 인해 수소와 산소를 결합하여 전기, 열 및 물을 생성하는 더 조밀하고 효율적인 연료 전지 스택이 만들어졌습니다.
Painter는 "이 모든 것이 대규모로 실행 가능한 솔루션에 도달하기 전에 발생해야 합니다."라고 말했습니다. "만약 10년 또는 15년 전에 이 3메가와트 시스템을 구축하려고 했다면 그렇게 할 수 없었을 것입니다."
Monroe와 그의 동료들은 2018년 수소 연료 전지 프로젝트를 시작할 때 수치를 실행했을 때 이러한 미적분학의 변화를 보았습니다. 디젤 발전기와 같은 다른 소스의 전력과 경쟁합니다.
청정 에너지 솔루션의 혁신을 가속화하기 위해 미국 에너지부는 발표했습니다. 첫 번째 에너지 어스샷 – Hydrogen Shot – 2021년 6월, 10년 이내에 1kg의 청정 수소 비용을 80%에서 US$1로 줄이는 것을 목표로 합니다. Monroe는 수소 1kg은 가솔린 1갤런과 거의 같은 에너지 함량을 가지고 있다고 말했습니다.
그는 필요한 것은 녹색 수소와 연료 전지의 생산을 확대하기 위한 촉매라고 덧붙였습니다. 이는 비용을 낮추고 기술의 채택을 증가시킬 것입니다.
Microsoft와 데이터 센터 업계의 다른 업체들은 CCO(최고 환경 책임자)로서의 역할과 더불어 Microsoft의 수소 위원회, 청정 에너지 전환에서 수소의 역할을 촉진하기 위해 형성된 선도적인 에너지, 운송 및 산업 기업의 글로벌 이니셔티브.
연료 전지 및 녹색 수소에 대한 Microsoft의 비즈니스 및 지속 가능성 요구는 시장에 수요 신호를 보내고 있다고 Joppa는 말했습니다. 게다가 마이크로소프트가 수소 기술에 투자하고 기술이 효과를 발휘한다면 다른 기업들도 수소에 대한 투자에 자신감을 갖게 될 것이라고 덧붙였다.
Joppa는 "따라서 데이터 센터 서비스의 연속성을 보장하기 위해 이를 사용하는 데 자신이 있다고 느낀다면 이는 큰 믿음의 척도입니다."라고 말했습니다.
도시 규모의 솔루션
강력한 녹색 수소 경제는 도시가 100% 재생 에너지로 전환하는 데 도움이 될 수 있다고 James는 말했습니다. 풍력 및 태양열 발전소에서 생성된 초과 에너지는 전해조를 가동하는 데 사용될 수 있고, 사실상 이 초과 에너지를 수소에 저장할 수 있기 때문입니다. 그런 다음 태양이 빛나지 않고 바람이 불지 않을 때 이 녹색 수소는 탄소 배출을 생성하지 않고 연료 전지에 전력을 공급할 수 있습니다.
"우리는 무료 청정 에너지인 태양으로부터 클라우드에 전력을 공급하기를 원합니다."라고 그는 말했습니다. "글쎄요, 실질적으로 어떻게 합니까? 에너지를 저장하는 데 정말 능숙해야 하며, 수소는 이를 수행하는 좋은 방법입니다.”
James는 데이터 센터에 수소 연료 전지, 수소 저장 탱크 및 전해기가 장착되어 과도한 재생 에너지로 물 분자를 수소로 변환하는 미래를 상상합니다. 에너지 수요가 높은 기간 동안이나 태양이 빛나지 않고 바람이 더 이상 불지 않을 때 Microsoft는 연료 전지를 늘리고 그리드에서 데이터 센터 부하를 제거하여 다른 사람들이 사용할 수 있도록 그리드 전력을 확보할 수 있습니다.
이 비전의 버전을 현실로 가져오는 문제는 차세대 전기 엔지니어인 Baldwin이 수소 경제 분야의 경력을 계속 유지하도록 강요하는 이유라고 그녀는 인정합니다. 세포 프로젝트.
그녀는 “세상을 변화시킬 수 있는 일을 한다는 아이디어에 흥분하고 있으며 수소는 엄청난 게임 체인저가 될 잠재력을 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. “많은 사람들이 재생 가능 에너지를 생각할 때 풍력 터빈과 태양 전지판을 생각하지만 반드시 수소를 생각하는 것은 아닙니다. 내가하지 않았다는 것을 알고 있습니다. 확실히 바뀔 거라고 생각해요.”
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