MS, 데이터센터 백업 전력 수소연료전지로

-MS는 이번 일을 달착륙 만큼이나 기념비적인 것으로 판단
-데이터센터는 전력공급 중단이 가장 큰 리스크. 메인 전력 이외에 백업 전력원 확보는 기본
-기존의 백업 전력원은 디젤 발전기와 UPS. 탄소배출량 크지만 디젤을 사용하는 이유는 빠른 전력 생산이 가능하기 때문
-MS가 이를 수소연료전지로 대체하는 실험을 성공한 것
-플러그파워의 3MW PEM연료전지 사용
-중국에서도 데이터센터에 PEM 수소연료전지 사용이 시작되는 단계
-글로벌 데이터센터의 전력사용량은 1%에 달하고 계속 비중이 확대되는 중
-데이터센터의 메인 전력은 재생에너지, 백업 전력은 수소연료전지로 구성되는 것이 표준화될 것

(출처 : 유진투자증권 코스닥벤처팀)

 

원문 기사

Hydrogen fuel cells could provide emission free backup power at datacenters, Microsoft says

뉴욕주 라탐 – 40피트 길이의 한 쌍의 선적 컨테이너에 포장된 수소 연료 전지는 올해 6월 초 흐린 날에 엔지니어들이 랩톱 주위에 모여 전지의 상태, 건강 및 전력 출력에 대한 데이터를 표시하면서 증가했습니다. 최초의 수소 발생기.

Microsoft 데이터 센터 고급 개발 팀의 수석 인프라 엔지니어인 Mark Monroe는 "바로 이것이다. 현재 3메가와트에서 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 는 클라우드 컴퓨팅의 이면에 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 전력망 정전 중에도 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 "99.999999%"의 서비스 가용성을 제공하기 위해 노력하고 있습니다. 이를 위해 데이터 센터 운영자는 정전이 발생하는 순간에 시동을 걸고 백업 발전기가 가동되는 동안 서버에 전원을 공급하기 위해 무정전 전원 공급 장치(UPS ) 라고 하는 배터리에 부분적으로 의존 합니다.

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 정전이 발생하면 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 11월 Microsoft 는 스웨덴 연료 공급업체인 Preem의 Evolution Diesel Plus를 발전기 연료로 사용하는 지속 가능한 데이터 센터 지역을 스웨덴에 출시했습니다. 이 디젤에는 재생 가능한 원료가 50% 이상 포함되어 있으며 표준 화석 디젤 혼합과 비교하여 순 이산화탄소 배출량이 거의 동등하게 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.

Latham의 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'

Microsoft는 2013년 에 캘리포니아 대학교 어바인에 있는 국립 연료 전지 연구 센터와 함께 연료 전지 기술을 탐구하기 시작했습니다. 이곳에서 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.

 

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 말했다. "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 주차장에 인접한 패드에 있는 것보다 더 작은 설치 공간과 더 능률적이고 세련된 미학을 가진 고전력 고정식 연료 전지 시스템의 최적화된 상용 버전을 출시하는 데 중점을 두고 있습니다. 라담에서.

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.

“나는 흥분이 가라앉으면 돌아서서 '좋아, 우리가 하나를 했고, 어디서 1,000을 얻을 수 있니?'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 말했다.

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 작동하는 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 10~15년 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 돌파구를 가속화하기 위해 미국 에너지부는 10년 이내에 청정 수소 비용을 1kg당 1달러로 80% 절감하는 것을 목표로 2021년 6월 첫 번째 Energy Earthshot – Hydrogen Shot –을 발표했습니다. Monroe는 수소 1kg은 가솔린 1갤런과 거의 같은 에너지 함량을 가지고 있다고 말했습니다.

그는 필요한 것은 녹색 수소 및 연료 전지의 생산을 확대하기 위한 촉매라고 덧붙였습니다. 이는 비용을 낮추고 기술의 채택을 증가시킬 것입니다.

Microsoft와 데이터 센터 업계의 다른 업체들은 이러한 촉매가 될 수 있는 고유한 위치에 있습니다. Joppa는 최고 환경 책임자로서의 역할 외에도 에너지, 운송 및 산업 기업을 이끄는 글로벌 이니셔티브인 수소 위원회( Hydrogen Council )의 Microsoft 대표입니다. 청정 에너지 전환에서 수소의 역할을 촉진하기 위해 설립되었습니다.

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 그것은 큰 믿음의 척도입니다."라고 말했습니다.

 

PEM 연료 전지는 전기, 열 및 물을 생성하는 화학 반응에서 수소와 산소를 결합합니다.  대부분의 물은 액체 형태로 배출되지만 일부는 증기로 배출됩니다.  사진: John Brecher

(출처 : 마이크로소프트 뉴스)