Учёные Иллинойсского университета предложили использовать подземные водоносные горизонты для охлаждения центров обработки данных

Репортаж от Wedoany，Учёные из Геологической службы штата Иллинойс, входящей в состав Прерийного института Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне, предложили метод охлаждения центров обработки данных с использованием подземных водоносных горизонтов в качестве природных тепловых батарей. Исследование опубликовано в журнале Groundwater.

Центры обработки данных потребляют огромное количество электроэнергии и воды для предотвращения перегрева серверов. Согласно исследованию, в зависимости от конструкции от 10% до 40% энергии центра обработки данных может расходоваться только на охлаждение. В 2023 году компания Google сообщила, что на охлаждение всех своих центров обработки данных было израсходовано более 6 миллиардов галлонов воды. Многие традиционные системы охлаждения основаны на испарении большого количества воды, которая безвозвратно выводится из местной системы водоснабжения.

Исследование выполнено постдокторантом Упасаной Панди совместно с профессорами Ю-Фэн Линем (доктор наук) и Эндрю Стампфом (доктор наук). Они обосновали принцип работы системы аккумулирования тепловой энергии в водоносных горизонтах (ATES): система использует подземные воды для хранения сезонной тепловой энергии, функционируя подобно огромной природной тепловой батарее. С помощью пар скважин (well doublets) вода извлекается и закачивается обратно, обеспечивая энергоэффективное и низкоуглеродное отопление и охлаждение.

В конкретном процессе холодная вода из подземного водоносного горизонта прокачивается через теплообменник внутри центра обработки данных, поглощает тепло, выделяемое вычислительным оборудованием, а затем возвращается в водоносный горизонт для хранения и повторного использования. В более холодные месяцы процесс может быть обращён: тепло, накопленное под землёй летом, может использоваться для обогрева зданий зимой, а холодная вода, собранная зимой, хранится для охлаждения летом. Этот метод позволяет повысить эффективность охлаждения настолько, что снижает общую потребность в электроэнергии.

Стампф отметил, что такие регионы, как Иллинойс, могут использовать почти постоянную подземную температуру Земли. Он привёл пример: традиционные системы требуют понижения температуры с 90 градусов по Фаренгейту (около 32,2 °C) до 70 градусов по Фаренгейту (около 21,1 °C), в то время как система, использующая подземные воды, требует лишь повышения с примерно 55 градусов по Фаренгейту (около 12,8 °C) до 70 градусов по Фаренгейту. Эта технология не зависит от пресной воды, пригодной для питья; для хранения тепловой энергии можно использовать более глубокие солёные водоносные горизонты, загрязнённые подземные воды и даже затопленные заброшенные шахты. Исследовательская группа считает, что Иллинойс особенно подходит для этой технологии из-за значительных сезонных колебаний температуры, обильных ресурсов подземных вод и способности ледниковых отложений эффективно передавать тепло.

Исследовательская группа отмечает, что самым большим препятствием для внедрения этой технологии является экономический, а не технический фактор. Геотермальные системы охлаждения требуют более высоких первоначальных инвестиций, но обычно имеют более низкие эксплуатационные расходы в долгосрочной перспективе. Многие проекты оцениваются с учётом инвестиционного цикла в 5–10 лет, а не с учётом срока службы в 20–40 лет, в течение которого эти системы приносят наибольшую выгоду. Рабочая сила, необходимая для развёртывания такой системы, уже существует, поскольку многие навыки бурения широко распространены в нефтяной, газовой и водяной промышленности.

Линь в своём заявлении отметил, что вода — удивительный материал, обладающий высокой теплоёмкостью и способностью течь, являясь хорошим теплоносителем. Такое сочетание редко встречается в подземных водах, и эти свойства можно использовать для накопления энергии.