混沌とした時代のレジリエンス設計【特集】

北極圏の森林が燃え、都市がかつてない大洪水を経験し、記録的なハリケーンや台風が無防備な町を襲った年に、安定した世界への信頼はおそらく不安定な兆候を示し始めています。

私たちの惑星はますます危険な場所になりつつあり、人々の生活だけでなく、社会を支える建物、そしてそれをすべて支えるグリッドを脅かしています。しかし、これら増大しつつあるリスクを示す豊富な証拠があるにもかかわらず、多くは従来のビジネスの考え方で運用を続けています。

「データセンター運用事業者でさえ、それをまったく(と言っていいほど)考慮していないのは信じられないことです。」と、グローバルのデザイン・コンサルティング会社Arupのリスク・レジリエンスプラクティスの責任者であるIbbi Almufti氏はDCDに語りました。

「彼らはただ他の人と同じように構築しているだけです。クレイジーです。」

現実に直面

データセンターは多くの場合、最新の建築基準に準拠し設計されていますが、その基準は一見、災害に対し合理的に耐えられるよう定められているように見えます。「しかし、建築基準が気にしているのは生命の安全だけです。仮に、より高いレベルの基準性能を目指して設計したとしても、生命の安全リスクを下げるだけです。

「機能レベルの性能などは見てはいけません。」と Almufti氏 は言います。脅威の高まり、そしてデータセンターの 可用性を保つ必要性を考慮すると、データセンターの設計では「生命の安全から、それを超えるレベルまで“敢えて規制を変え”(= move the goalposts)つつ、ダウンタイムや修理コストを抑えつつ、投資を保護する必要があります。」

彼はさらにこう付け加えます。「現在、自然災害リスクが高い地域にデータセンターを建設している場合、最新の建築基準に準拠した設計であっても、可用性目標を達成できない可能性が高いと思います。」

– DCD/Dot McHugh

それは、データセンターの レジリエンス (回復)力を高めるためのコストと、ダウンタイムに悩まされないことに対するメリット、あるいは少なくともサービスの迅速な復旧とのバランスの問題、です。「データセンターの場合、1〜2日の停止は、数百万ドル相当の損失になります。」とAlmufti氏は言います。「そもそも何百万ドルも費用を掛け前もって投資をする事で、それらを予防することはできます。簡単なことではありません。」

人為的な気候変動は、天候をより獰猛に、また予測不可能にし、短期的に悪化させます。しかし、それだけが問題ではありません。

「地球温暖化を少し忘れてください。例えば10年前に建設したサイトがあり、そしてあなたがその付近に新たなサイト開発用の区画を得たとします、そこで突然水が流れ出るのを見たりした場合、それは浸水による障害の危険性が高い事を意味します。」と Almufti氏 は言います。

例えば、米国中西部や世界中のどこでも、フラッキング(水圧破砕法: 地下の岩体に超高圧の水を注入して亀裂を生じさせる手法)に起因する新しい種類の地震が発生しています。「これは人為的な誘発地震です。」と Almufti氏 は言います。「そして、研究者は常に新たな断層を見つけます。私は耐震エンジニアです。その場所で地震の危険性が下がることは決して無く、それは常に上昇していきます。」

地震活動に対する設計を検討している人は、地震に次ぐ地震と格闘している日本から学ぶことができます。

2017年に日本国内に新しいデータセンターを開設した後、Colt DCSのオペレーション部門VPのIan Dixon氏はDCDに次のように述べていました。「構造物を地震の横方向の力に対しより強靭にするために試行し信頼を得た手法は、壁、床、屋根を結び付けて、上部構造を形成することです。」

「それが我々の最新データセンターにおける基本前提です。しかし、振動を取り除き、機器を居住者と同じくらい安全に保つために、建物が何の上に置かれているかを調べる必要もありました。」

Coltの印西の2施設は、一連の免震装置とテフロンスライダーの上に置かれています。「これらのアイソレータはシェイクテーブルと呼ばれることもあります。1平米あたり125トンを保持でき、建物全体を地震の力から隔離し、下部構造と上部構造が独立して移動できるようにしています。」とDixon氏は言います。「したがって、地震の衝撃/エネルギーの大部分を下部構造で消散させ、上部構造への影響を減らすことができます。」

これは米国の多くのデータセンターでは過剰かもしれませんが、問題は多くのデータセンター事業者が施設を取り巻くリスクや、どのような設計変更が必要かを認識していない可能性があるということです。

悪化の一途を辿っている

天候の悪化、洪水発生リスク、地震の変化…「これら多くは隙間をすり抜ける」と Almufti氏 は言います。「ある時点でのリスク評価は実施していたかもしれません。(もしくはリスク評価していない場合もありますが)しかし、たとえリスク評価を行なっていたとしても大丈夫ではなく、過去5年、10年と比較して状況は大きく変化しています。」

もし施設自体がそれらの変化に対し守られていたとしても、周囲のインフラ設備が抱える弱点に翻弄される可能性があります。「我々の分析では、風速が比較的低い場合に停電事故が発生する可能性が高まります。これは主に、送電線に木が落ちてサービスを中断するためです。通常この場合、1〜2日間程度の停止に繋がります。まれな事象ではありません。」

別の問題として、「複数のデータセンターが同じ変電所に依存している可能性があり、変電所は本質的に単一障害点( SPoF )である。」とAlmufti氏は警告します。「我々が見てきた変電所の多くは、例えば洪水発生地帯にあったりします。」

– DCD/Dot McHugh

そのため、一部の企業は、データセンターの可用性を維持するために、電力をよりコントロール可能とする マイクログリッド に注目しています。

「我々はガス供給が停止する可能性があることを知っています。電力が停止する可能性があることを知っています。とにかくサイトをよりセキュアにすることです。」と、ArupのアソシエイトRussell Carr氏はDCDに語りました。

マイクログリッドには3つの主要コンポーネントが含まれます。「発電、貯蔵、そして需要と負荷です。」とCarr氏は言います。「発電は複数のソースから提供されます。太陽光発電、風力、バイオガス燃料電池、天然ガス燃料電池、天然ガス発電機、通常の発電機など可変する 再生可能エネルギー です。電力を供給するシステムは必要ですが、リチウムイオン電池、 フロー電池 などさまざまな技術により貯蔵しておくことも可能です。」

どの発電技術、貯蔵技術を使うかの判断は、それぞれの土地で想定される危険性や、現地の規制条件によって決まります。

「私は(米国の)東海岸に住んでいます。」Carr氏は続けます。「そこには架空送電線が数多くあります。”ハリケーン・サンディ( 2012年10月29日に米国東海岸を襲い大規模な高潮災害を引き起こした)”の時は、電力システムが停止した間も、ガスシステムは停止しなかったことを知っているので、私はガス燃料電池のバックアップ発電機を使用しています。」

「一方、西海岸の場合、そこでの災害リスクの要因は地震であり、ガス供給ラインは長期間使用できなくなりますが、電気は通常1週間程度で復旧します。」また、カリフォルニア州では大気環境法などの規制により、設計については指示されています。 「カリフォルニア州はガスを段階的に廃止しようとしているため、ディーゼル発電機を常時作動させることはできません。ガスタービンは多くの許可を得たうえで稼働しています。これらは考慮しなければならないことです。」

Arupは最近、複数のエッジデータセンターを備えた多目的キャンパスを構築したいとするある顧客のために、カリフォルニア州でのマイクログリッド・プロジェクトを完了しました。「レジリエンスがこのサイトの大きな推進力であった。」とCarr氏は言います。「クライアントの目的は、重要な負荷をグリッドから独立して無制限に動作可能とすることだった。」と、サイトを広範なグリッドから分離( アイランディング =単独運転)しました。

– Max pixel

「このクライアントは馬鹿ではありませんでした。彼らはタダでこれを導入したくはなく、システムでお金を稼ぐことも希望していたので、我々はどのようにしてサイトのバッテリー容量からお金を稼げるかの方法を検討しました。」

そのキャンパスでは、クライアントは4つの建物それぞれに4MWのエッジデータセンターを備え、キャンパス全体で約20MWの負荷がありました。「このサイトには、16MWの太陽光発電、6MWのディーゼル発電、4MWの燃料電池発電、5MWのバッテリーを備えました。」とCarr氏。

ソーラーパネル上空に雲が集まり、日陰が太陽光発電の出力を止める前に、システムは重要ではない負荷を積極的に停止します。外界で何が起ころうと、キャンパスはそれ自体稼働を継続し続けることができるといいます。

しかし、Carr氏は、このような豪華なグリッドによるレジリエンス(復元)力は、小規模なデータセンターにのみ適していると考えています。「大規模な ハイパースケールデータセンター の場合、仮に屋根をソーラーパネルで覆ったとしても、データセンター全体を再生可能エネルギーでまかなうことは困難です。100MWのデータセンターですよ。おそらく照明に電力を供給する程度でしょう。」

「建物の負荷や規模を見て、その建物に適した発電や蓄電の方法を見極める必要があります。」

大規模施設向けのマイクログリッドは、依然として経済的利益をもたらし、グリッドのレジリエンス(回復)力の向上に役立ちますが、完全な アイランディング は考えられません。代わりに、そのようなサイトでは通常 、データセンター運営企業が複数の施設を管理するのに役立ちます。

「基本的には、これらのデータセンターの相互依存関係を結合することだ。」とAlmufti氏は述べています。「たとえば、個々のデータセンター間の親子関係を特定のハザードシナリオの空間的範囲と比較して、複数のデータセンターの同時停止やダウンタイムが起こりうる可能性について理解します。」

このようなアプローチにより、「既存のデータセンターと新しいデータセンターの間で離すべき理想的な距離を知ることができます。」

そのような予防策にもかかわらず、いくら準備しても、どれだけ強靭にサイトを構築しても、予測不可能な未知の危険はまだあります。「巨大な太陽フレアは、米国東海岸全体を一掃する可能性がある。」と Almufti氏 は言います。「事は数か月間停止するでしょう。個々のデータセンターのみならず、全て。太陽フレアはちょっと怖いです。これに対するリスクを定量化できるとは思いません。それはブラックスワン(=事前にほとんど予想できず、起きた時の衝撃が大きい事象)イベントのようなものですが、250年前に実際に起こった事なので、起こり得ます。」

何百年も影響を受けていない場合、費用面でのメリットとして、それらのイベントに対しての設計は考慮すべきではないが、そのような危険はいくつか存在します。

「(米国内で)一つ潜んでいるのは、メンフィス地域のニューマドリッド断層線です。その断層は数千年ごとに破裂していますが、一旦破裂すると巨大になります。では、それに対してどのような設計をしますか?」

そして、地域の人口を一掃してしまうかもしれないようなリスクに対し、設計するポイントすらあるでしょうか?そのような質問は誰かに重くのしかかる可能性があり、Almufti氏はリスクの世界に没頭することで彼が変わった事を認めています。

「私は非常にリスクを嫌っている。」と彼は言います。「私はサンフランシスコに住んでいます。ダウンタウンを歩いているとき、私はいつも「ああ、神様、今起きないでくれ」と空を見上げたり、あるいは、古い建物に入ると、「ここから今すぐに出してくれ」などと考えます。

「それは”マトリックス“のように生きているようなものです。誰もそれを見ないのに、それを見るのです。なぜなら毎日それをしているから。災害が発生したときに建物内にいる可能性は非常に低いですが、実際には起こり得ます。

「それは起こるんです。」

Data Center Dynamics

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