マイクロソフトは、データセンターのバックアップ電源について水素燃料電池をテストします

世界で初めて、水素燃料電池がMicrosoftデータセンターのサーバーラックに48時間連続で電力を供給しました。これは、宇宙で最も豊富な要素を中心に構築された待望のクリーンエネルギー経済の発展に拍車をかける可能性があります。



この成果は、2030年までに二酸化炭素排出量を削減するという同社のコミットメントを達成するためのステップの1つです 。この目標を達成し、化石燃料の世界的な段階的廃止を加速するために、マイクロソフトは2030年までにディーゼルへの依存を排除することも目指してい ます。



ディーゼルは、マイクロソフトの総排出量の1％未満を占めています。その使用は主にAzureデータセンターに限定されており、世界中のほとんどのクラウドプロバイダーと同様に、ディーゼル発電機は停電やその他のサービスの中断が発生した場合でも継続的な運用に対応します。

"それらは高価です。そして、彼らの人生の99％以上の間、彼らはほこりを集めて何もしていません」とMicrosoftのデータセンター最先端開発チームのチーフインフラストラクチャエンジニアであるMarkMonroeは言いました。



マイクロソフトの最高環境責任者であるルーカスホッパは、水素経済を促進するための主要なエネルギー、輸送、および産業企業の世界的なイニシアチブである水素評議会のマイクロソフトのスポークスマンです。写真：ロデリゴデメデイロス。



近年、水素燃料電池のコストは、ディーゼルスタンバイ発電機の費用効果の高い代替品になるまで低下しています。



「クリーンな水素でそれらを使用するという考えは、私たちの全体的な炭素コミットメントに適合します」とモンローは言いました。



さらに、燃料電池、水素貯蔵タンク、水分子を水素と酸素に変換する電解槽を備えたAzureデータセンターを送電網と統合して、負荷分散サービスを提供できると彼は付け加えました。



たとえば、余剰の風や太陽エネルギーの生産中に電解セルをオンにして、再生可能エネルギーを水素の形で貯蔵することができます。次に、需要が高い時期に、マイクロソフトはグリッド用の電力を生成するために水素燃料電池を発売する可能性があります。長距離水素車は、タンクに燃料を補給するためにデータセンターに引き上げられる可能性があります。



「このインフラストラクチャはすべて、Microsoftが今後数年間に世界が実施するエネルギー最適化プログラム全体を確実に推進する上で重要な役割を果たす機会を表しています」とMicrosoftの最高環境責任者であるLucasHoppaは述べています。



マイクロソフトが水素燃料電池および関連インフラストラクチャへの投資を最適化する方法をさらに調査するために、同社は本日、水素経済を刺激する主要なエネルギー、輸送、および産業企業の世界的イニシアチブである水素評議会の代表としてホップを任命しました。



科学者たちは、宇宙で最も豊富な元素である水素からの燃料電池を使用して、温室効果ガスのないエネルギーを生成できることをすでに証明しています。



「私たちはそれを行う方法を知っています」と彼は言いました。「しかし、 評議会 が存在するのは、水素の生産、その輸送と供給、そして消費を私たちが望む方法でスケールアップする方法を常に正確に知っているわけではないからです。やるべきことはまだたくさんあります。」



MicrosoftのAdvancedData CenterDevelopmentチームのチーフインフラストラクチャエンジニアであるMarkMonroeは、データセンターのスタンバイジェネレータに電力を供給する水素燃料セルの可能性を調査するプロジェクトを主導しています。写真：マークモンロー/マイクロソフト。

ディーゼル交換

Microsoftは、Azureデータセンターの消費者に「ファイブナイン」のサービス可用性を提供することに取り組んでいます。これは、データセンターが99.999％の時間稼働していることを意味します。スタンバイジェネレータは、停電やその他のサービスの中断時に起動します。



「私たちはディーゼル発電機をあまり使用しません」とモンローは言いました。 「月に1回実行して、確実に機能するようにしています。負荷を正しく転送できることを確認するために、年に1回負荷テストを行っていますが、平均して、年に1回未満の停電をカバーしています。」



MicrosoftのEnergyand Sustainable Data CenterStrategyチームのゼネラルマネージャーであるBrianJenusによると、Microsoftは、サービスの可用性をサポートまたは改善するディーゼル交換技術を模索しており、水素燃料セルとバッテリーに有望であると考えています。



「チームが今日行っている作業は、実際にはさまざまなソリューションの実現可能性を評価しようとすることです」と彼は言います。



バッテリーはすでに短期間のバックアップ電力を供給しており、主電源の切断とディーゼル発電機への電力供給に必要な時間との間の30秒のギャップを埋めています。最新のバッテリーは寿命が長くなります。



「必要な実行時間が長すぎてバッテリーの効率が低下する状況がある場合は、燃料電池のようなものに切り替えることになります」とJenus氏は述べています。

コンセプトの証明

コロラド州ゴールデンにある国立再生可能エネルギー研究所の研究者が水素プロトン交換膜燃料セル（PEM）を使用してコンピューターのラックに電力を供給した2018年春に、バックアップ電源に水素燃料セルを使用するというアイデアの種が蒔かれました。モンローと彼の同僚は、システムのデモンストレーションに参加しました。





Power Innovationsは、データセンターでのバックアップ発電に水素燃料セルを使用する可能性をマイクロソフトが調査できるように、250キロワットの燃料セルシステムを構築しました。概念を証明するために、システムは48時間連続して多数のデータセンターサーバーに電力を供給しました。写真：パワーイノベーション。



「彼らが自動車の燃料セルを使用していることを知っていたので、私たちは興味をそそられました」とモンローは言いました。 -自動車用燃料セルの応答時間はディーゼル発電機と同じです。すぐにオンにできます。数秒でフルロードの準備が整います。あなたは彼を覆い、彼を手放し、彼を遊ばせておくことができます。」



PEM燃料セルで水素と酸素を組み合わせるプロセスにより、水蒸気と電気が生成されます。自動車会社は、自動車、トラック、その他の車両に動力を供給する技術を開発しています。デモの後、Microsoftはデータセンターに電力を供給するために燃料電池を使用することを考え始めました。



モンローチームは250キロワットの燃料セルシステムを購入しました。これは、データセンターサーバーの全列（約10ラック）に電力を供給するのに十分です。テストは、2019年9月にソルトレイクシティ郊外のシステム開発者であるPowerInnovationsで開始されました。システムは、12月に24時間の強度テストに合格し、6月に48時間のテストに合格しました。



「これは、水素で動作することがわかっている最大のコンピューターバックアップシステムであり、最長の連続テストに合格しています」とモンロー氏は述べています。



チームの次のステップは、Azureデータセンターのディーゼルスタンバイジェネレーターと同じ大きさの3MW燃料セルシステムを取得してテストすることです。

燃料電池研究

この2018年のデモの前でさえ、マイクロソフトは燃料電池を使用する方法を探していました。同社は2013年 に、カリフォルニア大学アーバイン校の国立燃料電池研究センターで燃料電池技術の調査を開始 しました。そこでは、天然ガスで動作する固体酸化物燃料電池（SOFC）でサーバーラックに電力を供給するというアイデアをテストしました。



「彼らは彼らが生産する天然ガスから彼ら自身の水素を生産する能力を持っています」とモンローは説明しました。 「彼らは天然ガスと水を取り、それを熱い石炭の温度である600℃まで加熱します。」



これは、電気を生成するために水素原子のストリームを生成する蒸気メタン変換と呼ばれるプロセスに十分なほど高温です。

マイクロソフトは、SOFC燃料セル技術の可能性を探求し続けて、データセンターを送電網から解放し、エネルギー効率を8〜10倍にすることができる基本負荷を提供します。ただし、現時点では、このテクノロジーは高額すぎて広く採用できません。



「SOFCプロセスは二酸化炭素も生成します。これは、MicrosoftがPEM燃料セルを検討しているもう1つの理由です」とMonroe氏は述べています。



さらに、国立再生可能エネルギー研究所でのデモンストレーション以来、データセンターでのスタンバイ発電用のPEM燃料セルシステムの推定コストは75％以上減少しました。この傾向が続くとすれば、1、2年後には、燃料電池発電機の資本コストはディーゼル発電機と価格競争力を持つ可能性があります。



彼は、データセンター業界からの需要を満たすために燃料電池の生産を増やすことは、さらなるコスト削減につながる可能性があると付け加えました。



「私たちは自分たちをこの水素経済全体の触媒と見なしています」とモンローは言いました。

水素経済

マイクロソフトの観点からすると、この経済の他の部分には、スタンバイ発電機に12〜48時間電力を供給するのに十分な環境に優しい水素を購入、保管、および維持するためのインフラストラクチャが含まれます。 ..。



たとえば、48時間のスタンバイ電力の場合、長時間の停電が発生した場合にスタンバイ発電機に燃料を供給するために、各データセンターには最大100,000キログラムの水素が必要になるとモンロー氏は説明しました。



「このインフラストラクチャを保護する方法についての社内でのさらなる会話は、水素経済を推進する上でのマイクロソフトの役割についての議論につながりました」とジェヌスは言いました。



「これらすべての資産をデータセンターに取り込み、データセンター自体のポイントソリューションとしてだけでなく、ネットワークの脱炭素化をさらに広範囲に加速する方法でネットワークに統合できるとしたらどうでしょうか。彼は言った。「ここに本当の発見があると思います。」



ヘッダー画像：マイクロソフトは、ユタ州ソルトレイクシティ近くの研究所の外に駐車されたトレーラーのタンクに保管された水素を使用して、48時間連続して多数のデータセンターサーバーに電力を供給する水素燃料セルに燃料を供給しました。写真：パワー イノベーション。