![](https://habrastorage.org/webt/8x/zo/zd/8xzozdpxyw53-qnp9ye5-kmayeu.jpeg)
Генераторы на природном газе (NG) иногда рассматриваются как альтернатива дизель-генераторам в качестве резервных источников питания ЦОД. Но газовый генератор может быть не только резервным, но и основным источником питания. Например, если поставить ЦОД прямо у нефтяной скважины, где попутный газ обычно просто сжигают в факеле. Кажется фантастикой, но примеры уже есть.
Это может быть актуально для РФ и других стран, богатых углеводородами. Природный газ в любом случае дешевле, чем дизельное топливо и другие продукты нефтепереработки. А если он бесплатный — вообще приятно.
Природный газ (NG) — смесь углеводородов, преимущественно метана, с небольшими примесями других газов.
Метан дешевле бензина по определению
![](https://habrastorage.org/webt/is/mk/hi/ismkhi19ihm61jtujxlgmuzy2ra.jpeg)
Владельцы автомобилей на природном газе отлично знают, что такой двигатель гораздо экономичнее обычного ДВС. Расходы на топливо снижаются примерно вдвое-втрое, как и вредные выбросы. Кто любит много ездить, разницу почувствует быстро.
На интуитивном уровне понятно, почему природный газ дешевле бензина — он ведь поступает из скважин практически в готовом виде. В каком-то смысле, это «побочный продукт» нефтедобычи. И не нуждается в сложнейшей и дорогой переработке, как разделение нефти на фракции. Если рассуждать логически, стоимость тепловой единицы NG должна быть ниже, чем у бензина.
Так оно и есть. Хотя энергетическая плотность природного газа ниже, но в расчёте на тепловую единицу BTU энергия из газа получается примерно в 2–2,5 раза дешевле бензина, в зависимости от региона (в разных странах и областях цены отличаются).
Теплотворность некоторых видов топлива
Вид топлива | Ед. изм. | Удельная теплота сгорания | ||
МДж | кВт | кКал | ||
Природный газ | м3 | 33,5 | 9,3 | 8000 |
Сжиженный газ | кг | 45,20 | 12,5 | 10800 |
Бензин | кг | 44,00 | 12,2 | 10500 |
Диз. топливо | кг | 43,12 | 11,9 | 10300 |
Метан | м3 | 50,03 | 13,8 | 11950 |
Водород | м3 | 120 | 33,2 | 28700 |
То же самое с электричеством: один киловатт из природного газа заметно дешевле, чем от дизельного топлива. Некоторые специалисты вообще считают, что природный газ с водородом — топливо будущего (именно смесь этих газов). По крайней мере, это хорошее дополнение для возобновляемых источников энергии и зелёной энергетики.
Впрочем, использование природного газа в качестве энергоносителя сдерживает более сложная инфраструктура: газопроводы, особенности хранения и другое.
Газовые генераторы в дата-центрах
Современные ЦОД обязаны соответствовать требованиям надёжности, в том числе по системе аварийного электроснабжения (EPSS) в течение 120 минут и больше. Обычно такая система предусматривает локальное топливное хранилище. Это привело к повсеместному использованию дизель-генераторов как самого распространённого варианта резервного источника энергии для критически важных систем.
Дизель-генераторы эффективнее газовых аналогов по разным показателям. Например, они быстрее заводятся при резком проседании нагрузки. Хотя новое поколение газовых генераторов с динамическим откликом (на диаграмме показаны оранжевым цветом) почти сравнялось с дизельными (серый), сильно отличаясь от генераторов прежнего поколения (синий).
![](https://habrastorage.org/webt/sz/tc/mu/sztcmukpvvfhqkwhjdceklnt0ms.jpeg)
![](https://habrastorage.org/webt/ab/4f/ja/ab4fjaqxyhqobmbe1wj90pufiz4.jpeg)
От современного генератора на природном газе можно ожидать примерно такую же реакцию в 10–15 секунд, как от дизель-генератора.
![](https://habrastorage.org/webt/aj/o4/gy/ajo4gyjpllva5wvfvisx7dqgltg.png)
Топология крупного современного ЦОД сочетает несколько уровней резервирования ИБП с несколькими дизель-генераторами и запасом топлива от 12 до 72 часов или более. Но такие установки становятся всё накладнее из-за ужесточения норм по шуму, требований к качеству воздуха, налоговых изменений, требований получения разрешений, введения целевых показателей выбросов и т. д. Соответственно, увеличиваются издержки на поддержание их работы — и дизельные генераторы становятся менее выгодными.
По экологическим нормативам газовые генераторы выглядят приятнее. У них меньше уровень выбросов NOx и CO2.
Некоторые компании вроде Schneider Electric предлагают строить газовые электростанции для самых крупных дата-центров. Здесь собственная электростанция становится основным источником питания для ЦОД, заменяя и обычную электросеть, и резервные дизель-генераторы.
![](https://habrastorage.org/webt/4i/5n/uy/4i5nuyenqjrabgxsfkjnigcqun8.png)
В свою очередь, обычная электросеть становится резервным источником питания и покупателем для излишков электричества с газовых генераторов.
Например, в случае ЦОД 70 МВт рядом с основным зданием строится полноценная электростанция с девятью газовыми генераторами по 10 МВт и полным дублированием всех систем, как это требуется по самым жёстким нормативам Tier.
![](https://habrastorage.org/webt/y_/va/du/y_vadu7f_6cojedoplkzb02nywk.png)
![](https://habrastorage.org/webt/50/1n/z3/501nz3557h8x8oenbom_wb4asgu.png)
Если газовая генерация дешевле электричества от сети, то такая станция окупается через шесть лет эксплуатации за счёт экономии на топливе.
![](https://habrastorage.org/webt/nm/4y/78/nm4y7867u0ofenoayyqa13iiqyc.png)
Но это речь о дата-центрах гигантского масштаба, каких во всём мире лишь около 600.
Модульные дата-центры
Главное преимущество модульных дата-центров — портативность. Их можно поставить там, где это выгодно и удобно в данный момент. То есть они как бы адаптируются к условиям внешней среды.
Например, можно вывезти такой контейнер в океан с бесплатным водяным охлаждением. Или привезти и подключить к линии электропередач, где ожидается отрицательная стоимость электроэнергии.
![](https://habrastorage.org/webt/cm/gb/85/cmgb85mb5rg_bl_jj2bokgntlxq.jpeg)
Так вот, эта идея вполне применима для газовых электростанций. Их тоже можно выпускать в модульном формате и завозить в места, где природный газ очень дешёвый или вовсе бесплатный. Например, где его просто сжигают как побочный и ненужный продукт нефтедобычи. Так можно получить фактически бесплатное электричество.
В прошлом году разработку таких модульных дата-центров на природном газе начал американский стартап Crusoe Energy. Компания считает, что эти контейнеры, нашпигованные Nvidia GPU, найдут применение для майнинга, рендеринга и машинного обучения.
Crusoe Energy уже развернула 40 небольших дата-центров, которые устанавливает рядом с нефтяными скважинами. Электрогенерация предлагается в качестве альтернативы факельному сжиганию попутного нефтяного газа, которое обычно используется.
![](https://habrastorage.org/webt/-q/sm/nb/-qsmnb2oglk0-eo4t7qnnlqd90o.jpeg)
Сейчас Crusoe Energy собирается делать портативные дата-центры в формате модульных контейнеров, готовых к быстрой транспортировке.
Бедная и богатая смеси
Газовые генераторы в диапазоне высоких мощностей могут работать на бедной (lean burn, LBG) или богатой топливной смеси (rich burn, RBG). У каждого типа генераторов есть свои преимущества и недостатки.
![](https://habrastorage.org/webt/ci/8l/n9/ci8ln9kohdvexoledrllbnvlvb4.jpeg)
-
Бедная смесь (lean burn). Высокое соотношение воздуха и топлива понижает температуру горения, что минимизирует выбросы NOx. Также имеет более высокую эффективность.
- Богатая топливная смесь (rich burn). Такой двигатель будет дешевле, что является самым важным параметром для резервного генератора, который много времени проводит в режиме ожидания.
Но в любом случае, по сравнению с дизельными генераторами для дата-центров уровня Tier 2, любые типы газовых генераторов производят меньше NOx и CO2 на кВт электроэнергии при более высокой начальной стоимости и меньшей эффективности преобразования топлива в энергию.
![](https://habrastorage.org/webt/wn/hv/gq/wnhvgqkldfpicubnqnmkjzjtwzm.png)
Таким образом, газовый генератор изначально дороже и экологичнее, но менее эффективен и дешевле в эксплуатации. То есть ключевой вопрос — насколько дороже газовый генератор и в течение какого срока окупится разница в цене, по сравнению с дизельным? Насколько его плюсы перевешивают минусы?
Судя по всему, с ужесточением экологических требований, нормативов и штрафов, генераторы NG будут выглядеть всё более привлекательно.
Аргументы против газа
Против газа есть не только экономические, но и другие аргументы:
-
Хранение топлива. Согласно стандарту Tier, ЦОД обязан хранить топливо минимум на 12 часов работы генератора.
-
Трудное подключение к коммуникациям (газопровод).
- Более высокие первоначальные капитальные затраты. При этом обслуживание дешевле, как было сказано выше.
- Нестандартный проект. В большинстве проектов ЦОД дизель-генератор нельзя просто взять и заменить на газовый. Придётся вносить и другие коррективы.
Как видим, хватает аргументов и «за», и «против». Но тенденция такова, что экологические требования постоянно ужесточаются, поэтому интерес к газовым генераторам понемногу растёт.
На практике для каждого ЦОДа нужно отдельно просчитывать рентабельность с учётом всех факторов. Бывает, что установка метанового генератора в принципе невозможна, тут и просчитывать ничего не надо.
Природный газ и водород — топливо будущего?
Скорее всего, будущее энергетики — за возобновляемыми источниками энергии. Солнечная, ветровая, гидро, термоядерная. В этих областях наблюдается максимальный научно-технический прогресс в последние десятилетия. И баланс постепенно смещается с углеводородов на альтернативные виды топлива.
Но прогресс идёт одновременно по множеству путей. И вполне возможно, что метан тоже найдёт свою нишу как некий промежуточный вариант — как более дешёвое и экологичное топливо.
Некоторые эксперты видят хорошие перспективы у смеси природного газа и водорода. А в перспективе можно добывать водород с помощью пиролиза метана. Водород считается абсолютно чистым топливом, потому что единственный продукт его сгорания — вода.
![](https://habrastorage.org/webt/rt/61/pp/rt61ppvgorqkytk50v3efzngfmg.png)
Таким образом, углеводороды могут дать толчок для перехода к чистой энергетике будущего, обеспечив сырьё для неё. Это стало бы идеальным выходом для стран с острой «нефтяной зависимостью», таких как Норвегия и ОАЭ.
Кроме того, на природном газе могут работать электростанции и дата-центры, которые можно строить непосредственно в местах добычи ресурсов.
У природного газа масса интересных применений, чтобы превратить «ресурсное проклятье» прошлого в стимул для развития инновационной экономики в стране. Рано или поздно это время наступит в любом случае.
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
— 15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS.
Комментарии (6)
yarikinez
25.04.2022 12:46+2Знаю, что коммерческие индустриальные теплицы не тянут электричество от города, а ставят свой газовый генератор.
anthtml
25.04.2022 15:08+1Тоже слышал, что некоторые вместо протяжки центрально энергоснабжения ставили собственные генераторы. Но там были условия аля: необходимость постоянного безперебойного питания, до трубы ближе и дешевле чем до ТП с нужной мощностью или возможность в качестве топлива использовать местные виды, типо отходов древесины и тп. Ну или как на свалках бурят метановые скважины от слоев перегноя.
А коммерческим теплицам больше нужно тепло, поэтому там палка о двух концах: либо тянуть от города электричество для освещения и газ для обогрева или притянуть только газ, построить минитэц и охлаждение турбины пустить на обогрев теплицы. Второе может быть а) дешевле б) не нужно согласовывать с энергосбытом / надзором нормы и квоты потребления
Palich21
25.04.2022 12:46+1То что в данном случае можно съэкономить на электричестве - факт, но что с передачей данных? В местах добычи углводородов обычно нет инфраструктуры передачи данных. Подключать через спутник? Но это не дешевое удовольствие. Тянуть оптику за сотни, а иногда и тысячи км - но ведь это крайне дорого..
DGN
25.04.2022 17:00Датацентр работающий через спутник это даже не смешно. Пусть оптику тянут, как бы для себя, богатые нефтянники, которые отдают забесплатно газ. А ДЦ им сайтик захостит за это. До кучи, почти бесплатная земля, фрикулинг... По сути, есть всего две небольшие проблемы. Персонал обслуживающий (удаленка и вахтовики), оперативная замена оборудования (ведь не летят туда сегодня самолеты и не ходят даже поезда) и полноценный резервный интернет канал (как убедить нефтянников протянуть себе два, а лучше три оптических канала, без общей точки отказа).
ksbes
25.04.2022 17:31Центр модульный же — обслуживание по сути и не предполагается. Просто отключается сбойный сервер/стойка и всё. И так пока всё не закончится. А чтоб дольше не заканчивалось — закачать азотом и загерметизировать!
Хотя как в эту концепцию модульности ввести газовый генератор — не совсем понятно. Механика более требовательна к обслуживанию (ну там масло поменять и т.п.). Но может можно как-то зарезервировать и протянуть лет пять до полной замены?
А вот с каналами связи — это да. Если есть ЛЭП — зачем тогда огород с газом? А если нет, то почему бы с оптикой и силовой кабель не протянуть?
Датацентр — это всё-таки такая фигня, которая должна быть физически буквально привязана (проводами/оптикой) к всемирному клубку цифровой паутины!
aik
Обычно там, где добывается газ, датацентр так просто не построить. Ибо все эти места находятся далеко от цивилизации. Ну и у меня всё же есть сомнения в том, что газ можно прямо из скважины в датацентр запускать, без предварительной очистки хотя бы.