微軟在本周一(八月二日)宣布，氫燃料動力鋰電池已持續48小時為一排數據中心服務器供電，這是全球首創，可以啟動可持續的清潔能源經濟，該經濟基于宇宙中最豐富的元素。

這一舉措是該公司承諾到2030年實現負碳排放的最新里程碑。為了幫助實現這一目標，并加速全球從化石燃料的轉型，微軟還計劃到2030年消除對柴油燃料的依賴。

目前，柴油燃料占微軟總排放量的不到1%。它的使用重要限于Azure數據中心，在那里，與世界各地的大多數云服務商相同，柴油發電機支持在停電和其他服務中斷的情況下持續供電。

“它們是昂貴的。他們有超過99%的時間無所事事，”微軟數據中心高級開發團隊的首席基礎架構工程師馬克.門羅(MarkMonroe)說。

近年來，氫燃料動力鋰電池的成本大幅下降，現在它們已成為柴油備用發電機經濟可行的替代方法。

“而且用綠色氫運行它們的想法符合我們的整體碳承諾，”門羅說。

此外，他補充說，配備燃料動力鋰電池、儲氫罐和將水分子轉化為氫和氧的電解槽的Azure數據中心可以與電網集成，以供應負載平衡服務。

例如，可以在風能或太陽能生產過剩期間開啟電解槽，將可再生能源儲存為氫。然后，在高需求時期，微軟可以啟動氫燃料動力鋰電池為電網發電。

氫動力長途汽車可以停在數據中心以裝滿它們的油箱。

微軟首席環境官盧卡斯·喬帕(LucasJoppa)表示：“所有這些基礎設施都為微軟供應了一個機會，可以在未來幾年在全球將要部署的更具活力的整體能源優化框架中發揮用途。”

為了進一步探索微軟如何利用其在氫燃料動力鋰電池和相關基礎設施方面的投資，該公司今天任命喬帕作為其在氫能理事會的代表，該委員會是由領先的能源、運輸和工業公司組成的全球組織，旨在促進氫經濟。

“我們了解該怎么做，”他說。“該理事會的存在是因為我們不一定了解如何以我們想要的各種方式擴大氫氣的出現、運輸、供應以及隨后的消耗。還有大量的工作要完成。”

柴油的替代品

微軟努力為Azure數據中心客戶供應“五個九”的服務可用性，這意味著數據中心99.999%的時間都在運行。備用發電機在電網停電和其他服務中斷期間啟動。

“我們很少使用柴油發電機，”門羅說。“我們每個月啟動一次以確保它們運行，并每年對它們進行一次負載測試，以確保我們可以正確地將負載轉移給它們，但平均下來一年也停不了一次電。”

微軟數據中心能源和可持續性戰略團隊總經理布萊恩·賈努斯(BrianJanous)解釋說，微軟正在研究柴油的替代技術，以維持或提高服務可用性，并看到了氫燃料動力鋰電池和儲能電池的前景。

“團隊今天所做的工作實際上是在嘗試評估不同解決方法的可行性，”他說。

儲能電池已經供應短時間備用電源，填補了電網停電和柴油發電機啟動之間所需的30秒時間。更先進的電池具有更長的持續時間。

“假如你遇到這樣一個場景，你要的持續時間如此之長，以至于儲能電池不再有效，那你就會考慮看看燃料動力鋰電池之類的東西，”賈努斯說。

PowerInnovations構建了一個250千瓦的燃料動力鋰電池系統，以幫助微軟探索使用氫燃料動力鋰電池在數據中心進行備用發電的潛力。

概念證明

使用氫燃料動力鋰電池作為備用電源的種子是在2018年春天播下的，當時科羅拉多州戈爾登國家可再生能源實驗室的研究人員用質子交換膜(PEM)氫燃料動力鋰電池為一臺計算機供電。門羅和他的同事們都在現場參與了演示。

“我們很感興趣，因為我們了解他們使用的是汽車上的燃料動力鋰電池，”門羅說。“汽車燃料動力鋰電池的反應時間與柴油發電機相同。它可以快速開啟，在幾秒鐘內就準備好滿載。你可以把它放在地板上，然后讓它閑著。”

PEM燃料動力鋰電池在出現水蒸氣和電力的過程中將氫和氧結合在一起。汽車公司正在開發為汽車、卡車和其他車輛供應動力的技術。那次演示后，微軟開始考慮在數據中心使用燃料動力鋰電池作為備用電源。

門羅的團隊采購了一個250千瓦的燃料動力鋰電池系統，足以為一整排數據中心服務器供電，數量為10個機架。測試于2019年九月在鹽湖城郊外的系統開發商PowerInnovations處開始。該系統于同年十二月通過了24小時耐力測試；以及今年六月的48小時測試。

“這是我們所了解的最大的計算機備用電源系統，它使用氫氣運行，并且它通過了最長的持續測試，”門羅說。

該團隊的下一步是采購和測試一個3兆瓦的燃料動力鋰電池系統，該系統與Azure數據中心的柴油動力備用發電機的規模相當。

燃料動力鋰電池探索

甚至在2018年的演示之前，微軟就一直在尋找使用燃料動力鋰電池的方法。該公司于2013年與加州大學歐文分校的國家燃料動力鋰電池研究中心開始探索燃料動力鋰電池技術，在那里他們測試了用固體氧化物燃料動力鋰電池(SOFC)為服務器機架供電的想法，這些電池以天然氣(甲烷)為燃料。

“他們有能力從天然氣原料中制造自己的氫氣，”門羅解釋說。“他們使用天然氣和一點點水，將其加熱到600攝氏度，這是熱木炭火的溫度。”

這有關稱為蒸汽甲烷重整的過程來說足夠熱，該過程會出現用于發電的氫原子流。

微軟一直在探索SOFC燃料動力鋰電池技術在供應基本負載電力方面的潛力，這可以將數據中心從電網中解放出來，同時使它們的能效提高8到10倍。不過，目前來看，該技術有關廣泛部署而言仍然過于昂貴。

門羅指出，SOFC的運行過程仍會出現二氧化碳，這是微軟探索PEM燃料動力鋰電池的另一個原因。

此外，自國家可再生能源實驗室的示范以來，用于數據中心備用發電的PEM燃料動力鋰電池系統的成本已下降75%以上。假如這種趨勢繼續下去，在一兩年內，燃料動力鋰電池發電機的成本可能會與柴油發電機相比具有價格競爭力。

他補充說，為滿足數據中心行業的需求而新增燃料動力鋰電池的產量可能會進一步降低成本。

“我們將自己視為整個氫經濟的催化劑之一，”門羅說。

氫經濟

從微軟的角度來看，這種經濟的其他部分包括用于采購、儲存和維持足夠的綠色氫供應的基礎設施，為備用發電機供電12到48小時，這是行業標準，以實現“五個九”的服務可用性。

例如，有關48小時的備用發電，每個數據中心將要多達100,000公斤的氫氣來為備用發電機供應燃料，以應對長時間停電，門羅說。

賈努斯指出，有關如何維護這一基礎設施的內部對話引發了有關微軟在刺激氫經濟方面可以發揮的用途的討論。

他說：“假如您可以將數據中心擁有的所有這些資產整合到電網中，以幫助進一步加速電網脫碳，而不僅僅是數據中心本身的單點解決方法，那將會怎么樣？這就是我認為這一切變得有趣的地方。”

（素材來自：Microsoft全球氫能網、新能源網綜合）