آفاق الاستدامة البيئية لمراكز البيانات العالمية

وتشير التقديرات إلى أن قطاع مراكز البيانات العالمي يمثل حوالي 416 تيراواط، وهو ما يعادل حوالي 3% من إجمالي الطلب على الطاقة. تشهد منطقة جنوب شرق آسيا طلبًا كبيرًا، وتتزايد احتياجات الطاقة مع قيام بلدان المنطقة بإضافة بنية أساسية جديدة لمراكز البيانات.

وقد دفعت المخاوف بشأن التأثير البيئي لمراكز البيانات بعض البلدان والمدن الكبرى إلى فرض قيود على بناء المرافق الجديدة. على سبيل المثال، أوقفت سنغافورة تطوير مراكز البيانات الجديدة في عام 2019. والآن انتهى هذا الإيقاف المؤقت، ولكن لا يمكن بناء مراكز البيانات الجديدة إلا "باستخدام أفضل كفاءة للموارد في فئتها".

إن الضغوط الرامية إلى تحسين الأداء البيئي لمراكز البيانات لا تأتي من الحكومات والهيئات التنظيمية فحسب. يسعى مشغلو مراكز البيانات الضخمة مثل Google (Alphabet) وApple وFacebook (Meta) وAmazon وMicrosoft (GAFAM) بشكل متزايد إلى التحسين. في العام الماضي، حددت مراكز بيانات Google هدفًا لتشغيل جميع مراكز بياناتها السحابية بالطاقة الخالية من الكربون على مدار 24 ساعة يوميًا بحلول عام 2030.

ولكن ماذا يعني التحول إلى مرافق أكثر نظافة واستدامة بالنسبة لمعدات مثل مولدات الديزل؟

تجدر الإشارة إلى أن المولدات الموجودة في مراكز البيانات ليست مصدرًا كبيرًا للانبعاثات الكربونية لأنها تُستخدم بشكل غير متكرر ولفترات قصيرة من الزمن فقط. ومع ذلك، لا تزال مولدات الديزل تحمل وعدًا بتحسين الأداء البيئي من خلال تحسين المولدات، وتقليل الاختبارات الميدانية الدورية، وإضافة معالجة العادم والوقود الحيوي.

تطوير خارطة طريق للتنمية المستدامة

وبشكل عام، تشمل مراكز البيانات في جنوب شرق آسيا ثلاث مجموعات رئيسية للطاقة: توليد الطاقة في الموقع أو المرافق؛ وأنظمة المرافق، مثل التبريد وتوزيع الطاقة؛ وأنظمة تكنولوجيا المعلومات. إن التحسينات في كل من هذه المجالات يمكن أن تساهم بشكل كبير في زيادة الاستدامة.

تنتمي المولدات إلى المجموعة الأولى وتمثل توليد الطاقة في الموقع بشكل أساسي من الديزل، ولكن في بعض الأحيان من الغاز الطبيعي. ويعمل مشغلو مراكز البيانات من المستوى الأول في بلدان مثل سنغافورة وكوريا الجنوبية واليابان على تحديد مولدات ذات تصنيف أعلى لمساعدتهم على تحقيق الكفاءة التشغيلية وخفض التكاليف.

توفر مجموعة المولدات الديزل بقوة 4 ميجاوات معظم الطاقة الاحتياطية المطلوبة. إنها توفر استجابة موثوقة للغاية لانقطاعات الطاقة في شبكة النقل المحلية. تجمع عقد الطاقة الأكبر حجمًا بين الأداء العالي في مساحة صغيرة - وهو أمر بالغ الأهمية عندما تكون المساحة محدودة. بالإضافة إلى ذلك، يعد الديزل شائعًا في معظم المناطق ويمكن تخزينه بأمان في الموقع، في حين أن قطع الغيار وإصلاحات المولدات من السهل ترتيبها.

وهذا الدور الحيوي للمهمة يعني أنه نادرًا ما يتم اللجوء إليه، مما يحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. ومع ذلك، يدرك المصنعون تمامًا الحاجة إلى تحسين الأداء البيئي بشكل مستمر، وبالتالي تحسين أداء المولدات بشكل كبير.

على سبيل المثال، تم تصميم مولدات Kohler لتلبية جميع معايير الانبعاثات ذات الصلة في جنوب شرق آسيا وغيرها من المناطق المهمة، بما في ذلك أوروبا والولايات المتحدة. يمكن تحقيق هذا الامتثال من خلال تصميم المولد الداخلي المحسن للغاية والمعالجة اللاحقة.

التطورات في صيانة المولدات

غالبًا ما يواجه العديد من مشغلي مولدات الديزل "تراكمًا رطبًا" حيث تتم إزالة الغازات غير المحترقة من نظام العادم، مما يتسبب في تدهور المولد وتقليل عمره الإنتاجي بشكل كبير، ويمكن أن يؤدي أيضًا إلى انتهاكات لقواعد الانبعاثات. يحدث هذا بشكل أساسي عندما يتم تشغيل المولدات غالبًا بحمل قليل أو بدون حمل لأن مولدات مركز البيانات ليست بالحجم المناسب للطاقة المطلوبة، أو لأنه لا يتوفر دائمًا حمل كافٍ أثناء التشغيل.

الطريقة الأكثر فعالية لتجنب تراكم الرطوبة أثناء التدريبات الشهرية هي تشغيل المولد بالحد الأدنى الموصى به من الحمل. ولكن بما أن مشغلي مراكز البيانات لا يريدون الانتقال إلى أحمال البناء، فإن الممارسات الشهرية تتطلب استخدام صناديق الأحمال، والتي يمكن استخدامها لتكملة أو تنفيذ أنشطة صيانة الأحمال. هذا بنك التحميل يعتبر الاختبار بمثابة وسيلة لزيادة الحمل على المولد بشكل مصطنع لحرق الحمل المتراكم.

تتوفر لدى العديد من المرافق احتياطيات من الأحمال بناءً على أنظمة الصيانة التي تم إنشاؤها منذ سنوات عديدة. تستخدم تصميمات مولدات الديزل الحديثة الآن مجموعة متنوعة من التقنيات لتحسين كفاءة التشغيل وتقليل الفجوة بين المكبس وحلقات المكبس، مما يسمح للوقود غير المحترق بالهروب. عند دمجه مع التطورات مثل أنظمة السكك الحديدية المشتركة، يعمل هذا التقدم على تقليل أحمال الحركة من خلال تضمين غازات الاحتراق وتعزيز تكوين الشحنات المشكلة.

إن المدخرات الناتجة عن التحول من اختبار الحمل الشهري إلى اختبار الحمل السنوي كبيرة. على سبيل المثال، تستهلك دورة بنك الأحمال 3250 كيلو وات التي تعمل لمدة 30 دقيقة شهريًا ما يقرب من 660 جالونًا من وقود الديزل وتنبعث منها 186 رطلاً من الملوثات سنويًا. وبالمقارنة، يستهلك نفس التمرين الشهري الخالي من التحميل أقل من 300 جالون سنويًا، مما يقلل إجمالي انبعاثات الملوثات لكل رطل بنحو 82% سنويًا.

الوقود الحيوي المتجدد يدخل المزيج

إن مجال آخر للتقدم البيئي هو اعتماد أحدث أنواع الوقود المتجددة مثل الزيوت النباتية المعالجة بالهيدروجين (HVO)، والتي غالبًا ما تشمل الوقود السائل الحيوي البارافيني المنتج من المواد الخام الزراعية الموجودة بما في ذلك زيت الكانولا وعباد الشمس وفول الصويا. وهي عبارة عن هيدروكربونات ذات سلسلة مستقيمة خالية من المواد العطرية والأكسجين والكبريت ويمكن أن توفر أرقام سيتانية عالية.

ومن المهم أن HVO يمثل حلاً بسيطًا وفعالًا للطاقة المتجددة حيث يصل إلى 90٪ محايدًا للكربون. إنها أسهل في التخزين من وقود الديزل الحيوي، وتوفر حلاً "إضافيًا" يمكن استخدامه في مولدات الديزل التقليدية.

يمكن أيضًا مزجه بالديزل لتسهيل عملية الانتقال. ونتيجة لذلك، أصبحت العديد من مولدات الديزل الصناعية من شركة Kohler متوافقة بالفعل مع الوقود الحيوي الاصطناعي البارافيني HVO.

البطاريات وخلايا الوقود

ماذا عن الحلول الثورية خطوة بخطوة مثل البطاريات وخلايا الوقود؟

يمكن أن تكون البطاريات واسعة النطاق التي تعتمد على التقدم في تكنولوجيا أيونات الليثيوم جنبًا إلى جنب مع إمدادات الطاقة المتجددة حلاً محتملاً. تعمل بعض الشركات المصنعة للبطاريات الضخمة على أنظمة بطاريات بمقياس ميغاواط.

ومن المثير للاهتمام أن تقنيات تخزين الطاقة المتجددة يمكن استخدامها في تطبيقات خدمة الشبكة - حيث يمكن استخدام البطاريات الموجودة في الموقع في مرافق مثل مراكز البيانات لمساعدة شركات المرافق في إدارة تقلبات الشبكة. وتشمل التحديات التي تواجه الأنظمة المعتمدة على البطاريات الموثوقية والجودة والفعالية من حيث التكلفة، ولكن يجري القيام بأنشطة البحث والتطوير للتغلب على هذه المخاوف.

وتمثل خلايا وقود الهيدروجين أيضًا تقنية مثيرة باعتبارها حلاً احتياطيًا للطاقة صديقًا للبيئة. وعلى نحو مماثل، يقوم مشغلو مراكز البيانات وشركاؤهم الصناعيون بتنفيذ خلايا وقود غشاء تبادل البروتون التي تجمع بين الهيدروجين والأكسجين في عملية إنتاج بخار الماء والكهرباء. في إحدى التجارب، تم استخدام نظام خلية وقود بقوة 250 كيلووات لتشغيل صف من خوادم مركز البيانات لمدة 48 ساعة متواصلة.

إن التحديات التي تواجه الهيدروجين تأتي من قابلية التوسع والتكلفة. وتشير التقديرات إلى أن تشغيل 30 ميجاوات من معدات تكنولوجيا المعلومات لمدة 48 ساعة يتطلب 100 طن من الهيدروجين. يمكن لشاحنة التوصيل أن تحمل طنين من الهيدروجين، لذا فإن انقطاعًا لمدة يومين سيتطلب حوالي 50 شحنة من الهيدروجين. لكن الهيدروجين يظل احتمالاً مثيراً، وتعمل شركة كولر على تطوير نموذج أولي لمولد هيدروجين بقوة 60 كيلو وات باستخدام تكنولوجيا خلايا الوقود ذات الغشاء الإلكتروليتي البوليمري.

سيتعين على مراكز البيانات من الجيل التالي الموجودة في جنوب شرق آسيا أن تكون أكثر خضرة واستدامة من أي وقت مضى. ويمكن أن يأتي هذا التحول من خلال التقدم المستمر على جبهات متعددة - من استراتيجيات الصيانة الجديدة وتبني الوقود المتجدد إلى استخدام خلايا الوقود والبطاريات المتقدمة للمساعدة في ضمان أن تصبح مراكز البيانات الأكثر استدامة حقيقة واقعة.