2022年6月初，两个40英尺长的海运集装箱里装着的氢燃料电池正在加速运行，工程师们聚集在笔记本电脑前，观察着这台史无前例的氢能发电机里电池的状态、健康状况和功率输出等数据。

微软数据中心高级开发团队的首席基础设施工程师马克·门罗惊呼道:“就是这样，现在运行的功率是3兆瓦。”

建造燃料电池系统的Plug公司工程师们发出了热烈的掌声和欢呼，穿透了集装箱顶部风扇和蒸汽管道发出的白噪声。这一刻是微软为备用柴油发电机寻找零碳排放替代品的最新里程碑，备用柴油发电机能在停电或其他服务中断的情况下持续运行。

“对于数据中心行业来说，我们刚刚目睹的是登月时刻，”微软数据中心研究主管Sean James说，“我们有一台零碳排放的发电机，这是令人兴奋的。”

数据中心是云计算背后的物理基础设施，是储存猫咪视频和度假照片的地方，是远程工作人员聚集在一起进行虚拟会议的地方，是游戏玩家聚集在一起构建世界、赛车和炸飞敌人的地方。它们使世界各地的企业实现数字化转型，使它们能够快速、安全地响应客户的需求并管理供应链物流。

从本质上讲，数据中心是一个不起眼的仓库，里面装着成千上万台计算机服务器，以及维持这些服务器每天24小时、每周7天运转所需的设备。这包括可以使服务器保持在正常温度的机器，以及电池和发电机，即使在电网中断时也能保持不间断的电力供应。

詹姆斯说:“数据中心之所以成为数据中心，是因为它可以在电网无法运行的情况下持续运行，保持工作。这就是数据中心和堆满电脑的仓库的区别。”

新一代的发电机

微软努力为数据中心客户提供“五个九”的服务可用性，这意味着数据中心99.999%的时间在运行。为了做到这一点，数据中心的运营商在一定程度上依赖于所谓的不间断电源(UPS)中的电池，在停电发生时启动电池，通过备用发电机向服务器提供电力。

为了确保发电机随时准备就绪，微软会定期对它们进行测试，并执行所谓的负载测试，以确保来自服务器和其他数据中心设备的电力负载能够可靠地传输到发电机上。

虽然备用发电机并不经常使用，但在停电时它们是至关重要的。当备用发电机运行时，它们通常使用化石燃料，然而微软(Microsoft)承诺为实现2030年零碳排放的目标，将停止使用柴油，并探索利用可持续燃料的替代方案。

例如，在2021年11月，微软在瑞典推出了可持续数据中心区域，使用瑞典燃料供应商Preem的Evolution Diesel Plus作为发电机燃料。这种柴油含有至少50%的可再生原材料，与标准的化石柴油混合燃料相比，其净二氧化碳排放量减少量几乎相当。

微软首席环境官Lucas Joppa表示，从长远来看，质子交换膜(PEM)燃料电池技术可能是一个可行的无碳排放解决方案。PEM燃料电池通过化学反应将氢和氧结合，产生电、热和水——没有燃烧，没有颗粒物，没有碳排放。

在莱瑟姆进行的PEM燃料电池测试证明了该技术在3兆瓦时的可行性，这是数据中心第一次在备份发电机的规模上进行测试。一旦绿色氢气可用并且经济上可行，这种固定备用电力就可以在各行各业得到应用。“3兆瓦是非常有趣的，因为这是我们现在使用的柴油发电机的规模，”Joppa说。

“我们建立了一个愿景”

2013年，微软与加州大学欧文分校(University of California, Irvine)的国家燃料电池研究中心(National fuel cell Research Center)开始探索燃料电池技术，在那里，他们测试了用固体氧化物燃料电池(SOFCs)为计算机服务器机架供电的想法，这种燃料电池以天然气为燃料，且目前还不是贵的要命。

2018年，微软将PEM燃料电池作为备用柴油发电机挑战的潜在解决方案。PEM燃料电池通常用于汽车行业，因为像柴油发动机一样，它们可以快速启动和关闭，并可以跟随负载，非常适合作为数据中心的备用电源。

2018年，微软与科罗拉多州戈尔登的国家可再生能源实验室的工程师合作，用一台65千瓦的PEM燃料电池发电机为计算机机架供电。然后，在2020年，该团队聘请了位于犹他州盐湖城的Power Innovations公司，建造并测试了一个系统，该系统可以用250千瓦的氢燃料电池系统连续48小时为10个机架(一排)的数据中心服务器供电。

在成功的概念验证演示之后，该团队开始证明3兆瓦系统的可行性，该系统的规模足以取代数据中心的柴油发电机，然而测试面临的首要问题是没有人制造出3兆瓦这么大的PEM燃料电池系统，其能量足以为大约1万台计算机服务器或600个家庭供电。

建造3兆瓦燃料电池系统的挑战，引起了位于莱瑟姆的Plug公司工程师的共鸣。Plug公司是燃料电池和绿色氢技术商业化开发的先驱，该公司为整个绿色氢气生态系统提供从生产、运输到存储、处理和分配的解决方案。125千瓦的燃料电池——每个集装箱里装有18个——是该公司有史以来制造的最大的燃料电池，而3兆瓦的燃料电池系统是Plug公司最大的应用。因为该系统比以前建造的任何系统都要大，所以所有的部件也都要大，从压缩机、热交换器到电网规模的逆变器，再到输送氢气的管道。

该系统是在该公司研发和制造ProGen燃料电池生产线的总部停车场旁边的一个混凝土平台上组装的。裸露的电线和管子纵横交错，散热器风扇的帽子悬挂在容器上，使系统看起来像第一次迭代的原型。但是来建造这个系统的工程师们并没有被它五花八门的外观所困扰。

“这是我做过的最酷的事情，”Plug公司大功率固定设备组的新一代电气工程师Hannah Baldwin说，“我不知道如何才能在我的职业生涯中超越这一切。有太多的拼图碎片需要拼在一起。看到他们聚在一起，工作良好、稳定，是值得的。”

备用电源

在燃料电池发电机达到3兆瓦的里程碑后，微软启动了测试来证明其在实际条件下的表现，判断其是否可以在真实环境中运行。测试的关键在于燃料电池是否可以像柴油发电机一样快速产生大量动力。所以，需要模拟数据中心的工作周期，其中之一就是停电。当停电发生时，UPS中的电池可以让数据中心运行几分钟，这对于柴油或氢气发电机来说绰绰有余。理论上，备用发电机一旦启动，只要有燃料供应，就可以让数据中心无限期地运行。

从6月那一天开始，在接下来的几周里，微软对3兆瓦的氢燃料电池系统进行了测试，测试的目的是让柴油发电机合格，以证明它可以可靠地运行，包括模拟停电和长时间运行。

随着原型测试的完成和概念的验证，Plug专注于推出一款优化的商用大功率固定式燃料电池系统，该系统比Latham停车场附近的平台上的系统占地面积更小，更流畅、更美观。微软将在一个研究数据中心安装一个这样的第二代燃料电池系统，工程师将在那里学习如何使用和部署新技术，包括氢安全协议的开发。