На плоском участке земли на юго-востоке Миннесоты Google строит новый объект, который считается одним из самых технологически амбициозных центров обработки данных и предназначен почти полностью для работы на возобновляемых источниках энергии. Этот центр обработки данных, расположенный на Пайн-Айленде, будет совместно с энергетическим гигантом Xcel Energy развивать вспомогательную ветроэнергетическую и фотоэлектрическую инфраструктуру. Он планирует получать до 19 ГВтч энергии с нулевым выбросом углерода, что в общей сложности составит 1,9 ГВт, и оснащен системой долгосрочного хранения энергии с «Rust» в качестве ядра.
Это первый проект Google по центру обработки данных в Миннесоте. Он будет опираться на технологию железно-воздушных батарей, разработанную Form Energy, для обеспечения долгосрочного хранения энергии до 100 часов с общей емкостью хранения энергии до 30 гигаватт-часов, обеспечивая поддержку всепогодных облачных вычислений и бизнеса в области искусственного интеллекта. В индустрии центров обработки данных всегда было проблемой, как обеспечить стабильное электроснабжение объектов с высокой нагрузкой, не полагаясь на ископаемое топливо. Google пытается обеспечить многодневную стабильность сети возобновляемых источников энергии посредством крупномасштабного внедрения железо-воздушных батарей.
В отличие от нынешних литий-ионных батарей, широко используемых в мобильных телефонах, электромобилях и сетевых накопителях энергии, технический подход Form Energy отказывается от механизма миграции ионов лития в электролите и вместо этого использует обратимые химические реакции «восстановления ржавчины» для хранения и высвобождения энергии. Во время фазы разряда батарея генерирует оксид железа путем окисления кислорода в воздухе мелкими частицами железа, одновременно высвобождая электроны для образования электрического тока; во время фазы зарядки электрическая энергия используется, чтобы обратить этот процесс вспять и восстановить «ржавый» оксид железа обратно до металлического железа, тем самым завершая цикл.
С точки зрения энергоэффективности, железо-воздушные батареи имеют КПД в обоих направлениях около 50–70%, что значительно ниже, чем уровни более 90%, обычно встречающиеся в литий-ионных батареях. Но его преимущество заключается в стоимости и продолжительности хранения энергии: стоимость хранения энергии, составляющая около 20 долларов США за киловатт-час, составляет примерно лишь одну треть от эквивалентного литий-ионного решения, что делает его более экономичным в крупномасштабных, долгосрочных сценариях хранения энергии, что особенно подходит для энергетических сетей, в которых преобладают ветровые и солнечные электростанции, которым необходимо сбалансировать спрос и предложение в течение нескольких дней.
Миннесота стала одним из полигонов для испытаний этой технологии. В дополнение к проекту Google, также строится меньший демонстрационный проект, развернутый Form Energy в партнерстве с местной коммунальной компанией Great River Energy. Планируемая емкость накопителя энергии составляет 150 МВтч и может непрерывно выдавать 1,5 МВт в течение до 100 часов, обеспечивая долгосрочное снижение пиковой нагрузки и аварийную поддержку местной электросети. На этой основе объем хранилища энергии в дата-центре Google в Пайн-Айленде увеличен на несколько порядков с целью довести эту экспериментальную технологию до реального промышленного масштаба.
Помимо технического аспекта, этот проект также представляет инновацию в политике и бизнес-модели: новую структуру цен на электроэнергию, направленную на ускорение процесса инвестиций в чистую энергетику. Этот механизм называется «Ускорительный сбор за чистую энергию (CEAC)» и представляет собой расширение и развитие «Тарифа чистого перехода» (Clean Transition Tariff), пилотируемого Google в сотрудничестве с Nevada NV Energy.
В рамках механизма CEAC компания Google обязалась инвестировать 50 миллионов долларов США в программу Xcel Energy Energy Connect для поддержки проектов распределенного хранения энергии и развертывания небольших аккумуляторных систем по всей сети для повышения общей надежности и смягчения колебаний прерывистой возобновляемой энергии. Цель такого типа структурного проектирования — «открыть канал» для коммунальных предприятий, чтобы они могли быстрее продвигать разработку и строительство чистых источников энергии и объектов хранения энергии, не нарушая при этом нормативных ограничений на цены на электроэнергию и не увеличивая нагрузку на счета жителей за электроэнергию.
В Google заявили, что это сотрудничество демонстрирует, как крупные энергопотребляющие компании могут сотрудничать с коммунальными предприятиями, чтобы не только увеличить долю возобновляемой энергии в энергосистеме за счет инновационных цен на электроэнергию и инвестиционных механизмов, но и продвигать новое поколение технологий хранения энергии от экспериментов до крупномасштабного применения. Для Миннесоты этот проект обеспечивает новую парадигму промышленного использования электроэнергии: в пасмурные дни и безветренные ночи в будущем то, что поддерживает стабильную работу облачных вычислений и центров обработки данных искусственного интеллекта, может больше не быть ископаемым топливом, а батареями, которые работают на основе «реакции ржавчины».