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Microsoft : les piles à hydrogène permettront aux data centers de repenser les systèmes électriques
Microsoft : les piles à hydrogène permettront aux data centers de repenser complètement les systèmes électriques,
La société teste la technologie afin de remplacer les générateurs diesel de secours
Les générateurs diesel étant reconnus comme ayant des implications environnementales à long terme, Microsoft prévoit d'éliminer sa dépendance au carburant diesel d'ici 2030, dans le cadre de son objectif de neutralité carbone. Le géant du Cloud Computing est en train d’expérimenter les piles à hydrogène pour remplacer le diesel de secours et, potentiellement, bien plus encore. Et, selon Mark Monroe de Microsoft, le développement de cette technologie comme alternative aux générateurs diesel permettra aux exploitants de centres de données de « retravailler » complètement leurs systèmes électriques.
Au cours de la prochaine décennie, l'industrie des centres de données devra trouver des moyens encore plus innovants de réduire son impact sur l'environnement, car la politique en matière de changement climatique occupera le devant de la scène et entraînera une nouvelle ère de comportement soucieux du carbone, où toutes les décisions d'achat seront fondées sur des critères de durabilité. Lors lors du dernier événement "Towards Net-Zero" du DCD, qui a eu lieu du 24 au 25 février, Mark Monroe, ingénieur principal du Datacenter Advanced Development Group de Microsoft, a présenté les recherches de Microsoft sur l'utilisation des piles à hydrogène.
Selon Monroe, les piles à hydrogène pourraient notamment rendre l'onduleur redondant, de même que les générateurs diesel de secours. Toutefois, il faudra peut-être attendre encore une dizaine d'années, voire plus, avant que la technologie des piles à hydrogène de deuxième génération soit en mesure de relever le défi.
Les recherches de Microsoft sur les piles à hydrogène et d'autres formes "alternatives" d'énergie pour les centres de données interviennent alors que l'entreprise a promis d'être non seulement neutre en carbone d'ici à 2030 et à éliminer de 2030 à 2050 autant de carbone qu'elle en a émis au cours de son histoire. La réduction des émissions de gaz à effet de serre se retrouve de plus en plus dans les principaux objectifs des entreprises technologiques.
« Si vous commencez par remplacer un générateur diesel, vous finissez par examiner immédiatement certains éléments du système et vous vous dites : "Pourquoi dupliquons-nous telle ou telle fonction ? Pourquoi ne disposons-nous pas d'un autre type d'énergie ? Comment pouvons-nous l'utiliser de manière plus efficace ?" », a déclaré Monroe lors de l’événement.
Les piles à hydrogène, une « véritable opportunité »
Microsoft a annoncé ses tests des piles à hydrogène comme l'alimentation de secours dans ses centres de données en juillet dernier. La société, qui est l'un des principaux acteurs du Cloud, a annoncé à l’époque que les piles à hydrogène ont alimenté une rangée de serveurs d'un de ses centres de données pendant 48 heures consécutives, une première qui pourrait relancer une économie d'énergie propre à long terme construite autour de l'élément le plus abondant de l'univers.
Après la présentation des détails de la recherche de l'entreprise sur la technologie des piles à hydrogène lors du "Towards Net-Zero", Monroe répondait aux questions de l'auditoire. Dans les récentes expériences menées par Monroe et son équipe, l'objectif était purement de voir si les piles à combustible à l'hydrogène pouvaient être utilisées comme système de secours.
« Notre objectif était d'effrayer le moins possible notre groupe d'ingénieurs en leur disant qu'il s'agissait simplement de remplacer un générateur diesel, sans avoir à modifier la conception électrique », a-t-il dit, en répondant aux questions.
« Mais la véritable opportunité, à mon avis, se présentera lorsque nous commencerons à aborder la deuxième génération de ce système et que nous nous demanderons : "Que ferions-nous différemment avec le système électrique d'un centre de données de très grande envergure si nous disposions d'une alimentation fiable en courant continu et non polluante, disponible en un clin d'œil ?". Je pense que vous voudriez commencer à examiner différentes architectures et, peut-être, changer toute la façon dont le système électrique fonctionne ; [examiner] comment il pourrait être retravaillé ».
Microsoft a dit l’année dernière que le carburant diesel représente moins de 1 % des émissions globales de l'entreprise. Son utilisation étant principalement limitée aux centres de données Azure, où, comme chez la plupart des fournisseurs de Cloud dans le monde, les générateurs diesel prennent en charge des opérations continues en cas de panne de courant et d'autres interruptions de service. « Ils sont chers. Et ils ne font rien pendant plus de 99 % de leur vie », a déclaré Mark Monroe dans un billet de blog en juillet dernier.
Ces dernières années, les coûts des piles à hydrogène ont chuté au point de devenir une alternative économiquement viable aux générateurs de secours alimentés au diesel. « Et l'idée de les faire fonctionner à l'hydrogène vert s'inscrit parfaitement dans nos engagements globaux en matière de carbone », avait-il ajouté.
« Les générateurs diesel sont une nécessité absolue pour nous permettre d'avoir une disponibilité de cinq à neuf dans les centres de données, et beaucoup de centres de données gardent 24 à 48 heures de carburant sur site... Mais personne dans l'industrie n'aime vraiment les générateurs diesel parce qu'ils sont bruyants, ils polluent et ils produisent, non seulement du carbone, mais aussi des particules, y compris des oxydes d'azote. Et il devient de plus en plus difficile de les autoriser aux niveaux auxquels certaines entreprises hyperscale se développent », a déclaré Monroe en février dernier.
De plus, avec l'avènement des centres de données hyperscale, le niveau de secours des générateurs diesel doit également être augmenté en conséquence. « Si nous nous adressons à une autorité et que nous lui disons : "Nous allons avoir besoin de 200 MW de générateurs diesel de secours", elle commence à faire le calcul et se dit : "Nous ne pouvons pas l'autoriser. C'est une charge trop importante pour nos permis de qualité de l'air". Et si nous ne pouvons pas obtenir les permis, nous ne pouvons pas nous développer pour répondre à la demande », a-t-il expliqué.
Une énergie alternative, qui présente actuellement un certain nombre d'inconvénients
Brian Janous, directeur général de l'équipe de Microsoft pour la stratégie énergétique et de développement durable des centres de données a déclaré l’année dernière que Microsoft recherche des technologies de remplacement du diesel qui maintiendraient ou amélioreraient la disponibilité des services et voit des promesses dans les piles à hydrogène et les batteries. « Le travail que l'équipe effectue aujourd'hui consiste vraiment à essayer d'évaluer la faisabilité de différentes solutions », a-t-il déclaré.
L'idée est née il y a environ deux ans avec une pile à combustible automobile développée avec HPE et le constructeur automobile Daimler. L'objectif de cette expérience était simplement d'alimenter un rack de serveurs avec une pile à combustible de 65 kW comme preuve de concept.
Cette expérience s'est déroulée dans ce que Monroe a décrit comme un "onduleur sans fond", la pile à combustible fournissant un courant continu à l'onduleur, qui alimentait le rack. Si cette démonstration a fonctionné, l'étape suivante consistait à voir si elle pouvait être mise à l'échelle, non seulement en termes de puissance, mais aussi de durabilité – les piles à combustible de Daimler avaient été conçues pour fonctionner pendant quatre à six heures avant de s'arrêter pour être rechargées.
L'équipe de Mark Monroe devait notamment déterminer si le fonctionnement des piles à combustible à l'hydrogène pendant une période prolongée pouvait poser des problèmes de surchauffe. Cette expérience impliquait une série de camions de stockage d'hydrogène alimentant les piles à combustible pendant 48 heures, sans interruption. « Le seul résultat des piles à combustible est de la vapeur d'eau chaude après la combinaison de l'hydrogène et de l'oxygène », a déclaré Monroe. Heureusement, la vapeur générée n'est pas brûlante. « Elle s'est refroidie très rapidement à sa sortie et elle était très silencieuse par rapport à un générateur diesel ».
Si, les batteries à hydrogène fournissent déjà une alimentation de secours à court terme, comblant l'écart de 30 secondes entre une panne sur le réseau et le temps nécessaire pour alimenter les générateurs diesel, la technologie présente actuellement un certain nombre d'inconvénients, ce qui signifie qu'il est loin d'être certain qu'elle remplacera le diesel.
L'un des principaux est le fait que le transport et le stockage sûrs de l'hydrogène exigent qu'il soit liquéfié. Cela signifie que le gaz volatil doit être refroidi à 20 degrés Kelvin, soit environ -250 degrés Celsius ou au-delà de -420 degrés Fahrenheit. Son stockage à long terme pourrait également constituer un défi car, comme l'admet Monroe, une partie du gaz se vaporisera chaque jour. Et pour que les piles à combustible puissent fournir trois mégawatts d'énergie pendant 48 heures, il en faut aussi une quantité considérable : environ 18 000 gallons américains (1 gallon us égal à environ 4 litres).
Néanmoins, la technologie des piles à hydrogène n'en est encore qu'à ses débuts et Monroe espère pouvoir effectuer un essai de 3 MW dans le courant de l'année. Ce n'est pas la seule alternative à la génération d'énergie de secours diesel que Microsoft étudie : « Nous étudions certainement d'autres combustibles... Je pense qu'à l'horizon 2030, il y aura un certain nombre de solutions différentes, y compris d'autres combustibles liquides », a déclaré Monroe.
Source : Microsoft
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Voir aussi :
:fleche: Microsoft annonce qu'il veut être négatif en émission de carbone d'ici 2030, et éliminer autant de carbone qu'il en a émis au cours de son histoire d'ici 2050
:fleche: Microsoft teste les piles à hydrogène comme l'alimentation de secours dans ses centres de données, ces piles pourraient-elles relancer une économie d'énergie propre à long terme ?
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Microsoft annonce la réussite d'un essai de pile à hydrogène dans son centre de données américain
Microsoft annonce la réussite d'un essai de pile à hydrogène dans l'un de ses centres de données américains
l'entreprise ajoute que ces piles ne génèrent aucune émission de carbone
Microsoft a annoncé la semaine dernière avoir testé avec succès des générateurs sans émission dans un centre de données américain en utilisant des piles à hydrogène au lieu du diesel. L'essai réussi a eu lieu à Latham, dans l'État de New York, et a impliqué des piles à hydrogène emballées dans deux conteneurs d'expédition d'environ 12 mètres de long (40 pieds) dans ce que Microsoft a appelé un générateur d'hydrogène unique en son genre. La firme de Redmond a ajouté que ces générateurs pourraient fournir à l'avenir une alimentation de secours sans émissions pour ses centres de données.
Dans un billet de blogue publié la semaine dernière, le géant des logiciels a salué sa première tentative d'utilisation de générateurs de secours alimentés à l'hydrogène pour faire face à d'éventuelles coupures de courant et autres interruptions de service dans son centre de données de Latham. Microsoft utilise actuellement des générateurs fonctionnant au diesel, qui brûlent généralement des combustibles fossiles. Mais l'entreprise s'est engagée à éliminer le carburant diesel dans le cadre de son engagement à être neutre en carbone d'ici 2030. Parmi les nouvelles solutions envisagées, on trouve les piles à hydrogène.
Également connus sous le nom de piles à combustible à membrane d'échange de protons (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - PEMFC), ils combinent l'hydrogène et l'oxygène dans une réaction chimique qui génère de l'électricité, de la chaleur et de l'eau sans dégager de combustion, de matières particulières ou d'émissions de carbone. Selon Lucas Joppa, responsable de l'environnement chez Microsoft, ces piles pourraient être une solution durable pour éviter les émissions de carbone. L'essai de la pile à combustible à Latham a démontré qu'elle pouvait faire fonctionner le centre de données avec trois mégawatts.
Les ingénieurs de Microsoft estiment que cette quantité d'énergie est suffisante pour alimenter environ 10 000 ordinateurs, ou 600 foyers. « Trois mégawatts, c'est super intéressant parce que c'est la taille des générateurs diesel que nous utilisons actuellement », a déclaré Joppa. Le fabricant de technologies de l'hydrogène Power inc. a construit le système de piles à combustible à membrane d'échange de protons et a placé 18 piles à combustible dans deux conteneurs d'expédition de 12 m de long pour soutenir le site du centre de données. Selon les ingénieurs de Plug, il s'agit des plus grandes piles que l'entreprise ait jamais fabriquées.
Comme le système est plus grand que tout ce que Plug a construit auparavant, il en va de même pour tous les composants, des compresseurs et des échangeurs de chaleur aux onduleurs à l'échelle du réseau et aux tuyaux d'alimentation en hydrogène. L'hydrogène utilisé lors du test était un hydrogène "bleu" à faible teneur en carbone, obtenu comme sous-produit de la production industrielle de chlore et d'hydroxyde de sodium. Toutefois, Microsoft prévoit d'utiliser de l'hydrogène "vert" à l'avenir. Cela signifie que l'hydrogène proviendra des électrolyseurs, qui séparent les molécules d'eau en atomes d'hydrogène et d'oxygène.
La mention "vert" vient du fait que ces électrolyseurs sont alimentés par une énergie verte (par exemple, éolienne ou solaire) pendant le processus. Le système a été assemblé au coup par coup sur une plateforme en béton derrière le siège de la société pour la recherche, le développement et la fabrication de sa gamme de piles à combustible ProGen. « Ce à quoi nous venons d'assister était, pour l'industrie des centres de données, un moment d'atterrissage sur la lune. Nous avons un générateur qui ne produit aucune émission. C'est stupéfiant », a déclaré Sean James, directeur de la recherche sur les centres de données chez Microsoft.
Les essais du prototype sont terminés et le concept a été prouvé. Plug prévoit maintenant de déployer une version commerciale optimisée des systèmes de piles à combustible stationnaires à haute puissance, dont l'empreinte est plus petite et l'esthétique plus rationnelle et plus soignée que celle qui a été testée. De son côté, Microsoft installera également l'un de ces systèmes de piles à combustible de deuxième génération dans un centre de données de recherche où les ingénieurs apprendront à travailler avec cette nouvelle technologie et à la déployer, notamment en élaborant des protocoles de sécurité pour l'hydrogène.
Notons que cela fait presque dix ans que Microsoft a commencé à explorer la technologie des piles à combustible avec le National Fuel Cell Research Centre en Californie en 2013. Toutefois, ce n'est qu'en 2018 qu'il a commencé à considérer les piles à combustible à membrane d'échange de protons comme une solution, qui sont couramment utilisées dans l'industrie automobile. La date du premier déploiement dans un centre de données réel n'est pas connue, mais James a déclaré qu'il est probable que cela aura lieu dans un endroit où les normes de qualité de l'air interdisent les générateurs diesel.
D'un autre côté, Microsoft travaille également sur d'autres systèmes de refroidissement de ces centres de données. En effet, les centres de données sont non seulement de grands consommateurs d'énergie, mais ont également une forte demande en eau pour refroidir les serveurs. Si cela est une source de préoccupation majeure pour les entreprises, Microsoft cherche des solutions pour rendre les serveurs moins gourmands en énergie et rendre leur demande en eau quasi nulle. La société a commencé à utiliser depuis plus d'un an un liquide en ébullition pour évacuer la chaleur générée par les serveurs informatiques dans un centre de données.
Microsoft est le premier fournisseur de services de cloud computing à utiliser ce procédé appelé "refroidissement par immersion à deux phases" dans un environnement de production. Selon la société, ses nouvelles techniques pourraient lui permettre de réduire de 95 % la quantité d'eau utilisée par ses centres de données d'ici 2024, dans le but d'éliminer "à terme" l'utilisation de l'eau. Elle a testé l'utilisation de processeurs surcadencés fonctionnant dans des réservoirs de refroidissement par immersion et affirme que cette combinaison permet aux serveurs d'atteindre un niveau de performance supérieur.
« Nos tests ont montré que pour certains chipsets, les performances peuvent augmenter de 20 % grâce au refroidissement liquide. Cela démontre comment le refroidissement liquide peut être utilisé non seulement pour soutenir nos objectifs de durabilité visant à réduire et, à terme, à éliminer l'eau utilisée pour le refroidissement dans les centres de données, mais aussi pour générer des puces plus performantes fonctionnant à des températures de refroidissement plus chaudes pour les charges de travail avancées d'IA et de ML », a déclaré Christian Belady, vice-président du groupe de développement avancé des centres de données de Microsoft.
Selon Microsoft, ces types d'amélioration des performances pourraient être significatifs lorsqu'ils sont appliqués à l'échelle du cloud, et permettre de nouvelles approches de la façon dont les centres de données sont construits et exploités. L'entreprise ajoute que le refroidissement par immersion peut offrir un rendement énergétique exceptionnel, car il utilise des réservoirs scellés qui ne nécessitent pas de planchers surélevés ou de refroidissement par air au niveau de la pièce, comme c'est le cas actuellement dans la plupart des centres de données commerciaux.
Microsoft estime que le refroidissement par immersion à deux phases jouera un rôle beaucoup plus important dans les futures conceptions de données. « Le refroidissement liquide ouvre la voie à des serveurs plus denses dans des espaces plus réduits », a déclaré Belady. À l'avenir, Microsoft pourrait combiner le refroidissement par immersion à deux phases et les piles à combustible à membrane d'échange de protons pour réduire l'impact environnemental de ses centres de données.
Source : Microsoft
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