הפיזיקה דוחפת אותנו ל– HVDC אבל הדרך לשם לא תהיה אחידה לכולם.

עולם חוות השרתים עובר שינוי משמעותי: דרישות ההספק ממשיכות לעלות, ובעיקר בחוות שרתים המיועדות להפעלת עומסי AI גדולים, התשתיות המסורתיות כבר אינן מספיקות. הפיזיקה דוחפת אותנו לעבר אספקת מתח ישר (DC) גבוה — ואם עד היום ה-AC היה פיתרון סטנדרטי, העתיד שייך ל-HVDC.

במאמר זה נדון בסיבות למעבר, בגישות השונות שנבחנות כיום, ובאתגרים שנותרו בדרך.

מדוע זרם החילופין AC הגיע למגבלותיו

במשך שנים, חוק מור אפשר לנו להרגיש בנוח. יכולנו להגדיל ביצועים בלי לחרוג ממגבלות הספק מסורתיות. זה נגמר בערך ב-2020. יותר ויותר עומסי מחשוב מגיעים לצפיפויות הספק שלא היו מוכרות עד כה — לעיתים עד רמת מגה-ואט לכל ארון שרתים. בהספקים כאלה, מעבר ל-400 קילוואט לארון, חלוקת AC מתחילה להיתקל במגבלות פונקציונליות וכלכליות: כמויות עצומות ובלתי מעשיות של כבלי נחושת, פסי צבירה  מוגדלים מאוד וזרמים גבוהים בצורה קיצונית. זו הסיבה ש-DC נמצא היום במפת הדרכים של כולם.

כדי להפחית את האובדן הנגרם מהמרות ולעבור לניתוב אנרגיה יעיל יותר ישירות אל הציוד, הדיון בתעשייה מתמקד היום ב-DC — במיוחד במתחי ±400 VDC וביעד עתידי של 800 VDC.

שתי אסטרטגיות עיקריות היום

בפועל, אנחנו רואים כיום שתי גישות עיקריות בתעשייה:

1. ±400 VDC כשלב ביניים

גישה זו משתמשת ברכיבים ותשתיות שכבר מוכרים בשוק. עמידה בתקנים קיימים ושימוש ברכיבים נפוצים יותר הופכים את VDC ±400   לפחות מסוכן מבחינת תכנון. המשמעות היא אספקה קלה יותר, סיכון נמוך יותר בשלבי הפיתוח הראשוניים, ומעטפת הספק מוכרת יותר. בנוסף, רמת הסיכון לקשת חשמלית (Arc Flash) נמוכה יותר בהשוואה ל-VDC800 , מה שמקל על הדרכות ועמידה בדרישות רגולציה. בחוות קיימות (Brownfield) זה מאפשר לעיתים הכנסת DC מבלי לשדרג את כל התשתית מחדש.

2. 800 VDC כיעד ארוך טווח

גישה זו, שמקדמת בין היתר Vertiv בשילוב עם NVIDIA, מכוונת ישירות אל עתיד שבו הספקים עולים ל-300 קילוואט ואף למעלה מכך לארון שרתים. היתרונות: הפסדי המרה מופחתים, שימוש מופחת בחומר (כבלים ואביזרים), ויכולת מדרגיות גבוהה יותר לדורות הבאים של ציוד חישובי.

האתגרים שבדרך

מעבר ל-HVDC, במיוחד ברמות מתח גבוהות כמו 800 VDC, לא יקרה בין לילה ויש לו כמה חסמים משמעותיים:

• בטיחות: מתחי HVDC גבוהים הם מסוכנים אם לא מטופלים נכון. זה מחייב חידוש תקנים, נהלים והכשרות בטיחות ייעודיות.  נושא הבטיחות אף עלול להאט את האימוץ, משום שמפעילים יידרשו למעבדות, תוכניות הדרכה ונהלים מאומתים לפני הפעלה בפועל.

• רמת בשלות טכנולוגית: רכיבי מפתח כמו ממירי מצב מוצק (SST) שיכולים לבצע ייעול והמרה קומפקטית עדיין בשלבי פיתוח ושיפור כדי להיות זמינים בהיקפים מסחריים. 

• תיאום תקני: עד שהגופים המתקנים יגדירו פרוטוקולים מוסכמים לשימוש רחב ב-HVDC, אנשי מקצוע רבים יעדיפו אפיקים בטוחים ויותר מוכרים.

בינתיים, פתרונות כמו power sidecars — ארונות ספק כוח שמרכזים המרה מ-AC ל-DC במקום אחד — משמשים כדרך ביניים מעשית בפרויקטים רבים, עד שמתאפשר מעבר מלא ל-HVDC.

גם ארכיטקטורות היברידיות ישחקו תפקיד: אנו מצפים לראות אספקת VDC 800 עד לרמת הארון, ולאחר מכן הורדת מתח ל 50 – 48 וולט בתוך הארון עצמו. כך ניתן לנצל את האקוסיסטם הקיים של רכיבי, Point-of-Load תוך קבלת יתרונות חלוקת HVDC.

מעבר לחלוקה: מקורות הספק

אספקת ההספק היא לא רק עניין של כיצד מחלקים אותו — אלא גם מאיפה הוא מגיע. במקומות שבהם ההספק הוא עשרות ומאות מגה-ואט, לעיתים מקורות כמו טורבינות גז או מיקרו-גרידים מבוססי אנרגיה מתחדשת מספקים DC ישירות, וכך ניתן להזין HVDC למרכז הנתונים ללא שלבי המרה מיותרים.

האם כולם יאמצו 800 VDC?

התשובה תלויה בעומס ובצרכים. חוות שרתים המיועדות לעומסי AI כבדים ככל הנראה יאמצו 800 VDC קודם כל, כיוון שזה משפר יעילות ותפעול בקנה מידה גדול.

אתרי Enterprise עשויים להישאר על ±400 VDC או אפילו רמות נמוכות יותר במשך זמן רב יותר, תלוי במורכבות, בתקציב ובתקנים שאליהם הם צריכים לעמוד.

לסיכום

המעבר ל-HVDC — ובפרט ל-800 VDC — אינו בגדר “אם” אלא “מתי”, שכן הוא מציע יתרונות ברורים ברמות הספק גבוהות. הדרך לשם תהיה הדרגתית ולא אחידה, בהתאם לצרכים, לתקנים, ולרמת הבשלה הטכנולוגית.

המלצה אסטרטגית לכל מי שמתכנן ומפעיל תשתיות עתידיות היא לתכנן כבר היום עם גמישות למעבר — שימוש במערכות מודולריות, בממשקים סטנדרטיים, וברכיבים שיכולים לעבוד גם עם AC וגם עם DC.

המעבר ידרוש שיתוף פעולה מתמשך בין מפעילים, גופי תקינה וספקי טכנולוגיה. – עבור מי שבוחן פתרונות מעשיים להתמודדות עם האתגרים המתפתחים של הקמת מרכזי נתונים ל AI  – מוזמן להיות עימנו, צוות אלכסנדר שניידר, בקשר.