Цифровая энергетика Евразии. Как построить низкоуглеродное интеллектуальное общество в регионе?

Многие страны в мире приняли стратегии снижения углеродного следа и перехода на "зелёные" источники энергии, в том числе и Казахстан. В Казахстане разработана Доктрина углеродной нейтральности до 2060 года. По планам, к 2060 году доля возобновляемых и альтернативных источников энергии достигнет более 80% от общего энергобаланса страны. На первый план выходят технологии, которые позволят перевооружить крупные компании, МСБ и домохозяйства для достижения целей безкарбонового будущего. Возникают вопросы: что это за технологии, на что они способны и какие разработчики предлагают их на мировом рынке? 

Одна из технологичных компаний, которая продвигает концепцию "зелёного" развития для построения низкоуглеродного интеллектуального общества – это Huawei. На конференции "Huawei Цифровое сообщество 2021" она поделилась своими бизнес-стратегиями цифровой энергетики с клиентами и партнёрами в евразийском регионе, представив инновации в области центров обработки данных (ЦОДы), цифровые технологии в области интеллектуальных фотоэлектрических систем, а также решения в области систем питания постоянного тока.

В июне 2021 года в компании Huawei было создано подразделение цифровой энергетики (Digital Power), основные цели которого:

• интегрировать технологии цифровой и силовой электроники;
• развивать экологически чистую энергетику;
• обеспечить цифровизацию энергетики;
• стимулировать энергетическую революцию для лучшего, более "зелёного" будущего.

Цифровое подразделение Huawei для реализации этих целей сотрудничает с отраслевыми партнёрами для достижения углеродной нейтральности во всем мире. 

Как именно интегрируются достижения цифровой и силовой электроники? Об этом рассказал генеральный директор департамента цифровой энергетики Huawei в регионе Евразия Сюй Хай.

"Многие страны сейчас поставили перед собой задачу снизить углеродный след. Китай поставил цель достичь углеродной нейтральности в 2060 году, Евросоюз – в 2050-м. Для реализации этих целей, во-первых, страны должны выделить больше ресурсов для модернизации наиболее проблемных отраслей, во-вторых, определить источники основных выбросов углерода. С нашей точки зрения, есть несколько отраслей, в которых следует снизить углеродный след, яркие примеры – генерация электроэнергии, транспорт, телеком, потребление электроэнергии домохозяйствами. Для снижения выбросов есть два пути: пользоваться более чистой электроэнергией и пользоваться этой электроэнергией более эффективно", – говорит Сюй Хай.  

Он выделил две тенденции, связанные с энергопотреблением. Первая: потребление электроэнергии в мире растёт, к 2050 году оно увеличится на 50%. Вторая: к 2050 году уровень использования "зелёной" энергии увеличится. "Мы мечтаем, что к тому времени он сможет занимать уже до 80-90% от общего уровня потребления электроэнергии", – делится Сюй Хай.

Почему компания Huawei решила войти на этот рынок и поставить перед собой определённые цели, чтобы участвовать в процессе перехода к "зелёной" энергии? По словам Сюй Хая, у компании есть для этого необходимые базовые технологии, сильная исследовательская база (в том числе наработки в области охлаждения оборудования), а также методы создания более энергоэффективного оборудования (например ЦОДов и зарядного оборудования).

Подразделение цифровой энергетики Huawei имеет 12 центров исследований во всём мире, в которых работают 6 тысяч сотрудников. Исследования направлены на развитие базовых технологий в области цифровой энергетики. Компания тратит 10-15% своего годового дохода на подобные исследования.

Направления работы подразделения цифровой энергетики – солнечные станции, инфраструктура для ЦОДов, телекомоборудование и базовые станции, электродвигатели и зарядные модули для электромобилей, энергетическое оборудование для домохозяйств. Всё оборудование, над разработкой которого работает подразделение цифровой энергетики, становится более энергоэффективным. 

Кроме того, у такого оборудования ниже стоимость обслуживания. Сюй Хай приводит пример: если на обычной солнечной станции с тысячами батарей что-то ломается, то в дело вступает сотрудник, который ходит и ищет поломку. На солнечной станции с оборудованием Huawei автоматика сразу находит проблему, и можно быстро устранить неполадки, что снижает расходы компаний.  

В связи с тем, что целые государства приняли программы для достижения углеродной нейтральности, подобные цели ставятся перед конкретными крупными компаниями, и им теперь следует задумываться над снижением углеродного следа в своей работе. Huawei предлагает современные решения для этого.

Сюй Хай напомнил, что до сих пор в мире 800 млн человек живут без доступа к электросетям. Обычно для получения электричества они пользуются дизельными генераторами: их сложно обслуживать, снабжать топливом, это дорого и вредно для окружающей среды. Huawei предлагает комплекс решений для таких пользователей: генерацию солнечной энергии, системы хранения электроэнергии. 

Солнечная энергия и источники бесперебойного питания

Менеджер по продукции департамента цифровой энергетики Huawei в регионе Евразия Артур Хашимов отмечает, что как резкий переход на "зелёные" технологии, так и полное их игнорирование могут привести к энергетическому коллапсу. Важен постепенный, продуманный переход к низкоуглеродным стратегиям. Он рассказал более детально, чем Huawei может в этом помочь.

Например, снабжение электричеством без постоянного источника питания обеспечивают силовые модули и системы аккумуляторов. Это удобно для больниц, аэропортов, метро, поликлиник и других объектов соцобеспечения. 

В своё время компания Huawei первая вывела на рынок модульные источники питания, что на тот момент было новинкой, к которой потребители отнеслись с осторожностью. Теперь мы видим, что модули планомерно вытесняют моноблоки с рынка.

Например, источники бесперебойного питания Huawei SmartLi обеспечивают непрерывное электроснабжение на новом заводе по производству вакцины "Спутник V" в Москве (совместный проект правительства Москвы и компании "Р-Фарм").

Объект такого уровня крайне требователен к наличию надёжного источника питания. Даже кратковременное отключение энергии может привести к сбою технологического оборудования на производственных участках и к порче всей партии вакцины. Поэтому оборудование источников бесперебойного питания должно обеспечивать чрезвычайно высокий уровень надёжности и стабильности работы. 

Что касается солнечной энергии, то многие правительства сейчас строят большие солнечные электростанции и заводы по производству солнечного энергооборудования. Huawei многое может предложить для оборудования таких предприятий, например, инверторные технологии мощностью до 200 кВт. 

Вопрос с распределением систем питания стоит более глобально, потому что многие страны мира не готовы к переходу от углеродных технологий к "зелёным". Здесь также есть решение – это небольшие солнечные электростанции мощностью до 50 кВт, которые могут обеспечить небольшие дома, животноводческие фермы, а также обособленные участки, полностью лишённые энергопитания. Намного выгоднее с точки зрения экономики в таких случаях поставить небольшие солнечные инверторные станции.   

"С одной стороны, все мы пытаемся использовать более энергоэффективное оборудование. С другой стороны, на информацию во всём мире растёт спрос, включая, конечно же, и развитие 5G-сетей. Если десять лет назад спрос был на серверные стойки мощностью 2-3 кВт – в перспективе 5 кВт по офтоповым решениям, то сейчас 25% спроса приходится на решения мощностью 15 кВт и выше на серверную стойку", – говорит Артур Хашимов.

Отсечка на 10 кВт на стойку уже была пройдена, поэтому важно развитие технологий. Здесь, по его мнению, очень выгодно выглядят "стринговые" инверторы, которые позволяют очень гибко производить наращивание и обслуживание сетей.

Последнее поколение стринговых инверторов, на которых остановился Huawei, это так называемые биполярные стринги, которые могут максимально эффективно использовать солнечные ресурсы. Таким образом, если раньше в самых солнечных регионах земного шара солнечные ресурсы можно было потреблять от 8 до 10 часов в день с эффективностью от 15 до 20%, при использовании четвёртого поколения инверторов эффективность возрастает в среднем на 4-5%, что немало, учитывая количество инверторов, применяемых на больших системах.

Для средних и небольших городов тоже есть свои решения – это инверторы и солнечные батареи мощностью до 50 кВт, которые могут устанавливаться на небольших домохозяйствах. Здесь особое внимание стоит уделить модулям ESS на литиевых батареях, которые более безопасны для экологии и не выделяют никакого газа, в отличие от кислотных батарей. Литиевые батареи интересны и для оснащения ЦОДов, например, они весят в 2-2,5 раза меньше, чем кислотные, и подходят для домов в низкой несущей способностью. 

ЦОДы и системы охлаждения

Компания разработала контейнерные и модульные ЦОДы, которые в отличие от обычных не требуют много места для размещения и быстро устанавливаются, что значительно снижает затраты компаний-потребителей.

Проблема энергоэффективности ЦОДов стоит остро. Например, по данным управляющего директора российского отделения The Uptime Institute Алексея Солодовникова, в России рынок ЦОДов удвоится уже через четыре года: сейчас в РФ насчитывается более 50 тысяч серверных стоек ЦОДов, а к 2025 году их будет уже 100 тысяч. То есть рост рынка прогнозируется на уровне 16-17% в год. В мире, по данным IDC, сейчас 5 млн серверных стоек ЦОДов, рост этого рынка прогнозируется на уровне 6% в год. 

Мы видим, что развивающиеся рынки, возможно, будут расти быстрее остальных и важно снабдить их "зелёным" оборудованием сразу, а не перевооружать по истечении нескольких лет. 

"Пока по объёму рынка облачных услуг Россия сильно отстаёт от развитых стран – в финансовом выражении их объём в стране сейчас оценивается в 1 млрд долларов, в то время как в мире, по оценкам IDC, эта сумма составляет 400 млрд долларов. и всё же в сегменте облачных услуг Россия и остальной мир будут идти в ногу – расти примерно на 25% в год", – приводит прогнозы Алексей Солодовников.

Учитывая рост потребления информации и активность крупнейших компаний по строительству ЦОДов, Huawei работает над тем, чтобы делать центры обработки данных энергоэффективнее. Менеджер по продукции департамента цифровой энергетики Huawei в регионе Евразия Артур Хашимов рассказывает, что  если 5-7 лет назад коэффициент PUE (power usage effectiveness, коэффициент эффективности использования энергии) работы ЦОДа со значением 1,45 являлся нормальным, сейчас часто от клиентов приходит требование со значением PUE 1,3-1,35.

"Используя имеющиеся технологии, достичь такого показателя невозможно, потому что используется система охлаждения – тот же самый фрион, система освещения и так далее. Необходим приход новых технологий, в том числе искусственного интеллекта и гибридных систем охлаждения. Здесь Huawei может предоставить решения, которые уменьшат PUE. Уже в этом году мы сталкивались с проектами и по некоторым из них сейчас идет процесс проектирования систем альтернативного охлаждения, в том числе и адиабатического охлаждения, который поможет достичь PUE в 1,3, то есть с энергоэффективностью выше на 15%", – говорит Артур Хашимов.

Такие возможности тесно связаны с прорывом в разработке более энергоэффективных систем охлаждения.

 "Если раньше 25 кВт на однорядный кондиционер являлось большим достижением, то сейчас для Huawei и 65 кВт на один кондиционер в 600 мм не является проблемой. Но мы идём дальше, на данный момент уже порядка двух лет идёт активное продвижение нового решения, так называемого гибридного охлаждения, которое позволяет производить охлаждение ЦОДа с помощью непрямого фрикулинга. В случае повышения температуры идёт задействование воды, и только потом фриона. Например, для средней полосы России фрион используется только два месяца в год. Это и позволяет достичь PUE 1,3 в этом регионе", – объясняет Артур Хашимов.

Электродвигатели и зарядки для электрокаров

Менеджер по продукции департамента цифровой энергетики Huawei упомянул и про "умные" электрические двигатели для автомобилей. В области двигателестроения Huawei  развивается уже больше пяти лет – речь идет об электродвигателях и зарядных станциях для электрокаров.

"Компания собрала уже несколько типов гиперконвергентных двигателей, эффективность которых достигает 89-90%, что уже выше европейских аналогов. Между Huawei и несколькими крупнейшими производителями электрокаров в Китае подписан контракт, компания будет поставлять им электродвигатели собственного производства", – рассказал Артур Хашимов.