Microsoft a annoncé la première expérience à grande échelle au monde visant à utiliser des piles à hydrogène pour alimenter des serveurs dans un centre de données.
L'installation de 250 kW a été réalisée par Power Innovations . À l'avenir, une telle unité de 3 MW remplacera les générateurs diesel traditionnels, qui sont maintenant utilisés comme source d'alimentation de secours dans les centres de données.
L'hydrogène est considéré comme un carburant respectueux de l'environnement car seule de l'eau est produite à la suite de sa combustion.
Microsoft s'est fixé pour objectif de remplacer complètement tous les générateurs diesel de ses centres de données d'ici 2030 .
Comme dans d'autres centres de données, dans les centres de données Azure, les générateurs diesel sont utilisés comme sources d'alimentation de secours lorsque l'électricité est perdue via le canal principal. Ce matériel est inactif 99% du temps, mais le centre de données le maintient toujours opérationnel pour le maintenir en bon état de fonctionnement en cas de pannes rares. En pratique, chez le même Microsoft, ils ne subissent que des bilans de santé mensuels et des tests de résistance annuels, lorsque la charge qui en découle est effectivement livrée aux serveurs. Les pannes de courant ne se produisent pas chaque année.
Cependant, Microsoft a calculé que les derniers modèles de piles à hydrogène sont déjà plus rentables que les générateurs diesel.
De plus, les batteries sont désormais utilisées pour l'alimentation de secours (UPS), qui fournissent de l'énergie dans un court intervalle (de 30 secondes à 10 minutes) entre la déconnexion du secteur et la montée des générateurs diesel. Ces derniers sont capables de travailler en continu jusqu'à épuisement de l'essence.
Une pile à hydrogène remplace à la fois l'onduleur et le générateur diesel. Il se compose de réservoirs de stockage d'hydrogène et d'une unité d'électrolyse qui divise les molécules d'eau en hydrogène et oxygène. Voici à quoi ressemble en réalité le modèle Power Innovations 250 kW:
L'unité est simplement connectée au réseau électrique existant - et ne nécessite pas d'alimentation en carburant de l'extérieur, comme un générateur diesel. Il peut être intégré à des panneaux solaires ou à des parcs éoliens pour générer suffisamment d'hydrogène pour remplir les citernes. Ainsi, l'hydrogène est utilisé comme accumulateur chimique d'électricité pour les centrales solaires et éoliennes.
En 2018, des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory du Colorado (États-Unis) ont mené la première expérience réussie pour alimenter un rack de serveurs à partir de piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM), c'est-à-dire à membranes échangeuses de protons .
Le PEM est une technologie relativement nouvelle de production d'hydrogène. De nos jours, de telles installations remplacent progressivement l'électrolyse alcaline traditionnelle. Le cœur du système est la cellule d'électrolyse. Il a deux électrodes, une cathode et une anode. Un électrolyte solide est situé entre eux, il s'agit d'une membrane échangeuse de protons en polymère de haute technologie.
Technologiquement, les protons circulent de manière stable à l'intérieur de la membrane, tandis que les électrons se déplacent le long du canal externe. L'eau désionisée pénètre dans l'anode, où elle est divisée en protons, électrons et oxygène gazeux. Les protons passent à travers la membrane et lorsque les électrons se déplacent à travers un circuit électrique externe. À la cathode, les protons et les électrons se réunissent pour former de l'hydrogène gazeux (H 2 ).
Il s'agit d'une méthode extrêmement performante, fiable et économique pour produire de l'hydrogène directement au point de consommation. Ensuite, lorsque l'hydrogène et l'oxygène se combinent, de la vapeur d'eau se forme et de l'électricité est générée.
En septembre 2019, Power Innovations a commencé à expérimenter une pile à combustible de 250 kilowatts qui alimente 10 racks de serveurs complets. En décembre, le système a passé un test de fiabilité de 24 heures et en juin 2020, un test de 48 heures.
Lors de la dernière expérience, quatre de ces piles à combustible étaient en mode automatique. Indicateurs enregistrés du dossier :
- 48 heures de travail continu
- Production de 10560 kWh d'électricité
- 814 kg d'hydrogène utilisé
- Produit 7000 l d'eau
L'entreprise envisage maintenant de concevoir une pile à combustible de 3 mégawatts en utilisant la même technologie. Déjà, en termes de puissance, il correspondra parfaitement aux générateurs diesel installés dans les data centers Azure. Hydrogen Council , une
organisation internationale qui rassemble des équipementiers, des sociétés de transport et de grands clients, promeut l'hydrogène comme carburant - Microsoft a déjà désigné son représentant au sein de ce conseil. En principe, toutes les technologies de production d'hydrogène et de production d'électricité sont déjà disponibles. Le défi pour l'organisation est de les mettre à l'échelle. Il reste encore beaucoup de travail à faire.
Les experts voient un bel avenir pour les piles à combustible PEM. Au cours des deux dernières années, leur coût a diminué d'environ quatre fois. Ils complètent parfaitement les centrales photovoltaïques et éoliennes, accumulant de l'énergie pendant les périodes de production maximale - et la transmettant au réseau aux heures de pointe de charge.
Encore une fois, ils peuvent être utilisés pour le courtage sur l'échange d'énergie, lorsque le système achète de l'énergie pendant des périodes de prix minimum ou même négatifs - et la restitue à des moments de coût maximum. Ces systèmes de courtage peuvent fonctionner automatiquement comme des robots de trading.
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Comment nous avons construit un cluster pour ce service dans cet article sur Habré.
