Мне нравится солнечная энергия, но…

При всей симпатии к солнечной энергии, внимательный анализ нескольких примеров крупномасштабной установки солнечных батарей в дата-центрах, Джеймс Гамильтон (компания Amazon Web Services) все больше сомневается, что этот путь ведет к уменьшению влияния ЦОД на окружающую среду. По его мнению, цифры доказывают их несостоятельность, а большие солнечные энергоустановки представляют из себя нечто среднее между плохой идеей и чистой воды маркетинговым ходом, создающим лишь видимость положительного эффекта для экологии.

Facebook Prineville

Первый из двух рассматриваемых примеров – крупномасштабная установка матрицы солнечных батарей на ЦОД Facebook Prineville, штат Орегон. Установка, производящая 100 киловатт солнечной энергии явилась кульминацией нашумевшей кампании Гринпис под названием «Удали уголь из друзей». Многие сотрудники этой сферы уверены, что кампания сработала. В буквальном смысле вроде бы так и есть. Но Джеймс Гамильтон все же предлагает внимательнее взглянуть на цифры и задуматься, действительно ли это шаг вперед с точки зрения экологии. Что было установлено в Facebook Prineville? 100-киловаттная матрица солнечных батарей, и это при том, что весь центр потребляет 25 МВт (см. материал «Фейсбук устанавливает солнечные панели в новом ЦОД»). Несмотря на то, что это довольно большая матрица солнечных батарей, ее вклад в общее потребление предприятия составляет всего 0,4%.

К сожалению, реальные цифры еще скромнее – из-за погодных условий и географической широты. Солнечные батареи дают намного меньше энергии, чем их номинальная мощность – это вызвано длительностью ночного времени суток, облачностью и другими проявлениями негативного влияния погоды. При всем нежелании создать негативное впечатление о своем же работодателе из Сиэтла, Джеймс Гамильтон вынужден отметить, что на северо-западном тихоокеанском побережье иногда все же бывает облачно. Конечно, в Орегонской пустыне на возвышении 875 м над уровнем моря облачность меньше, но даже там большую часть времени солнце находится в положениях, не лучшим образом подходящих для генерации электроэнергии.

Воспользовавшись имеющимся в сети калькулятором для оценки выхода солнечных батарей, можно увидеть, что солнечные панели на этой широте и при таком размещении дают эффективный выход 13,75%. Это значит, что в среднем эта матрица солнечных батарей дает 13,75 киловатт или 0,055% общего энергопотребления ЦОД. Иными словами, этой энергии может быть достаточно для освещения ЦОД, но она практически не имеет влияния на общее энергопотребление предприятия. И хотя эта установка ставится в пример как экологически сознательное решение, ее влияние на общий экологический эффект предприятия практически нулевое. Джеймс Гамильтон приводит следующее наглядное сравнение: вся солнечная энергоустановка дает примерно столько же энергии, сколько нужно для питания одной плотно заставленной серверной стойки. Одна серверная стойка – это еще не успех, она не дает измеряемого уменьшения потребления угля, и почти наверняка не отличается хорошим соотношением между ценой и производительностью.

Упомянув о том, что матрицу солнечных батарей Фейсбука практически полностью можно отнести к разряду маркетинговых издержек, Джеймс Гамильтон спешит добавить, что Фейсбук – все-таки один из самых энергетически эффективных и ориентированных на окружающую среду операторов ЦОД. Ирония заключается в том, что они действительно много делают на благо окружающей среды, но матрица солнечных батарей существенным образом не преумножает их достижений.

Apple iDataCenter, Мейден, штат Северная Каролина

Второй рассматриваемый пример – ЦОД Apple в Мейдене, штат Северная Каролина, известный под именем iDataCenter. В рассмотренном выше примере с Фейсбуком, мощность солнечных батарей была настолько мала, что практически не влияла на процентное соотношение или общее количество энергии, потребляемой ЦОД. Но в этом случае все иначе: энергетическая установка, задействованная на предприятии в Мейдене, просто огромна. Огромна настолько, что считается самой большой коммерческой солнечной установкой в США, и рассчитана на 20 мегаватт. Учитывая огромные размеры этой установки, у нее, казалось бы, намного больше шансов оправдать себя экономически.

Как сообщается, ЦОД Apple в Мейдене обошелся в 1 млрд. долларов, и имеет общую площадь 46500 м². Руководство компании Apple слишком умно, чтобы открыто публиковать данные о своем энергопотреблении, но, согласно существующим оценкам, оно достигает 100 мегаватт. Если принять консервативное допущение, что серверы занимают всего 60% площади, и что среднее потребление – всего 200 Вт на квадратный фут, критическая нагрузка все равно составит 60МВт (т.е. столько же, сколько у Чикагского ЦОД Microsoft площадью 65000 м²). Приняв среднее значение энергоэффективности (PUE) равным 1.3, получаем, что Apple Maiden необходимо 78МВт электроэнергии. Даже несмотря на то, что были сделаны довольно консервативные допущения, как для современного ЦОД, все равно получаем огромную цифру в 78МВт. Реальное же энергопотребление, скорее всего, еще больше.

Итак, Apple приняла решение построить для этого ЦОД матрицу солнечных батарей на 20 МВт. Взяв из Википедии данные о месторасположении батарей и их высоте над уровнем моря, и введя эту информацию в уже приводившуюся здесь математическую модель для оценки выхода солнечных панелей, мы узнаем, что расположение ЦОД Apple лучше подходит для этих целей, чем Орегон. Модель дает следующий результат: средний выход 20-мегаваттной установки составляет 15,8% от номинала, то есть 3,2 МВт.

Для матрицы солнечных батарей потребовалось 69,2 гектара земли, то есть 692000 м². А что если было бы нужно построить установку, полностью питающую ЦОД, используя такие же солнечные батареи при прочих равных условиях? Чтобы солнечных батарей хватило на питание всего ЦОД, потребовалась бы установка номинальной мощностью 488 МВт, занимающая 1688 гектаров, то есть в 24,4 раза больше, чем сейчас. Чтобы генерировать энергию для ЦОД общей площадью 46500 м², потребовалось бы 16880000 м² земли, то есть, приводя эти цифры к соотношению, для питания каждого квадратного метра ЦОД необходимо 363 м² земли.

Неужели мы действительно готовы отдать ЦОД такие огромные площади? Большинство ЦОД расположены на густонаселенных территориях, где соотношение 363 м² площади для генерации электропитания 1 м² ЦОД уже само по себе смешно; более того, необходимость полного освобождения этой площади от теней делает это условие практически невыполнимым: для этого подхода не хватило бы площади крыш во всем Нью-Йорке. При таком месторасположении подход попросту нереализуем.

Налоговые выгоды?

Обратимся теперь к ЦОД, расположенным в сельской местности, где проблема с местом не так критична. Как сообщается, Apple срезала деревья на 69,2 гектарах земли, чтобы обеспечить примерно 4% (по оценкам Джеймса Гамильтона) энергопотребления своего ЦОД. Стоит ли это вырубки и загромождения 69,2 гектаров? Рич Миллер, написавший для сайта «Знание о дата-центрах» статью под названием «Apple iDataCenter обзаводится матрицей солнечных батарей», цитирует в ней репортажи местных СМИ Северной Каролины о том, что «местные жители жалуются на дым от сжигания деревьев и мусора на участке Apple».

Джеймс Гамильтон абсолютно не впечатлен зачисткой 69,2 га ради того, чтобы обеспечить всего 4% электроэнергии на предприятии. Существует множество способов уменьшения влияния ЦОД на окружающую среду – и для этого не требуются такие огромные участки земли. Увеличение эффективности распределения энергии, системы охлаждения, хранения данных, работы сетей и серверов, а также более интенсивное использование всех имеющихся ресурсов кажутся ему лучшими путями снизить вредное влияние ЦОД на экологию.

Внимательнее рассмотрев ситуацию с матрицей солнечных батарей в Apple Maiden, можно обратить внимание, что они построены фирмой SunPower. Об этой фирме известно, что ее долги составляют 820 млн. долл., и что она получила федеральные гарантии для покрытия долговых обязательств на сумму 1,2 млрд. долл. Таким образом, солнечные панели построены под гарантии налогоплательщиков, да еще и с налоговыми льготами, оплачиваемыми налогоплательщиками.

Может быть, для экономики в целом здесь имеется какой-то выигрыш, но, согласно имеющимся цифрам, он далеко не очевиден. А после нашумевшего провала другого производителя солнечных батарей, Солиндры, обанкротившейся с федеральными гарантиями займа на сумму 535 млн. долл., становится очевидным, что эти установки влекут за собой внушительные убытки для налогоплательщиков. Однако налогоплательщики не должны же оплачивать их электропитание…

Внимательно рассмотрев цифры по двум самым известным солнечным установкам для ЦОД, приходим к выводу, что они бы не вышли в плюс без налоговых льгот. И он не считает, что использование налогового фонда – это решение, применимое для внедрения повсеместно. Даже если бы можно было доказать, что со временем для этого налоговые льготы не потребуются, все равно загромождение сотен гектаров земли ради добычи электроэнергии не выглядит захватывающей перспективой. А если для этого необходимо еще и срезать деревья, то увидеть в этом что-то хорошее становится еще сложнее.

Пока бесперспективны…

Как подытоживает Джеймс Гамильтон, на сегодняшний день эта идея не движется в правильном направлении. Если у нас имеется «Х» долларов на снижение влияния ЦОД на экологию, и если в решении не принимает участия отдел маркетинга, то солнечные батареи, скорее всего, не станут следующим шагом.