Perspectives de durabilité environnementale des centres de données mondiaux
On estime que le secteur mondial des centres de données représente environ 416 térawatts, soit environ 3 % de la demande énergétique totale. L’Asie du Sud-Est est en forte demande et les besoins énergétiques augmentent à mesure que les pays de la région ajoutent de nouvelles infrastructures de centres de données.
Les inquiétudes concernant l’impact environnemental des centres de données ont incité certains pays et cités-États à imposer des restrictions à la construction de nouvelles installations. Par exemple, Singapour a suspendu le développement de nouveaux centres de données en 2019. Maintenant que le moratoire est terminé, les nouveaux centres de données ne peuvent être construits qu'« avec la meilleure efficacité des ressources de leur catégorie ».
La pression pour améliorer les performances environnementales des centres de données ne vient pas seulement des gouvernements et des régulateurs. Les opérateurs de centres de données hyperscale tels que Google (Alphabet), Apple, Facebook (Meta), Amazon et Microsoft (GAFAM) cherchent de plus en plus à s'améliorer. L'année dernière, Google Data Centers s'est fixé pour objectif d'alimenter tous ses centres de données cloud avec de l'énergie sans carbone 24 heures sur 24 d'ici 2030.
Mais que signifie le passage à des installations plus propres et plus durables pour des équipements tels que les générateurs diesel ?
Il convient de noter que les générateurs dans les centres de données ne sont pas de gros émetteurs de carbone car ils sont utilisés peu fréquemment et seulement pendant de courtes périodes. Cependant, les générateurs diesel offrent toujours des perspectives prometteuses en matière de performances environnementales améliorées grâce à l’optimisation des générateurs, à la réduction des tests périodiques sur le terrain et à l’ajout d’un post-traitement des gaz d’échappement et de biocarburants.
Élaborer une feuille de route pour le développement durable
D’une manière générale, les centres de données en Asie du Sud-Est comprennent trois grands groupes énergétiques : la production d’électricité sur site ou les services publics ; les systèmes d’installation, tels que le refroidissement et la distribution d’électricité ; et les systèmes informatiques. Des améliorations dans chacun de ces domaines peuvent contribuer de manière significative à une durabilité accrue.
Les générateurs appartiennent au premier groupe et représentent une production d’électricité sur site essentielle à la mission, principalement à partir de diesel, mais parfois à partir de gaz naturel. Les opérateurs de centres de données de niveau 1 dans des pays comme Singapour, la Corée du Sud et le Japon spécifient des générateurs de meilleure qualité pour les aider à atteindre une efficacité opérationnelle et à réduire les coûts.
Un groupe électrogène diesel de 4 MW fournit la majeure partie de l’énergie de secours requise. Ils fournissent une réponse très fiable aux pannes de courant sur le réseau de transport local. Les nœuds de puissance plus grands offrent des performances élevées dans un encombrement réduit, ce qui est essentiel lorsque l'espace est limité. De plus, le diesel est courant dans la plupart des régions et peut être stocké en toute sécurité sur place, tandis que les pièces de rechange et les réparations des générateurs sont faciles à organiser.
Ce rôle essentiel signifie qu’ils sont rarement invoqués, ce qui limite les émissions de dioxyde de carbone. Cela dit, les fabricants sont parfaitement conscients de la nécessité d’améliorer continuellement les performances environnementales, optimisant ainsi considérablement les générateurs.
Par exemple, les générateurs Kohler sont conçus pour répondre à toutes les normes d’émission pertinentes en Asie du Sud-Est et dans d’autres régions importantes, notamment l’Europe et les États-Unis. Cette conformité peut être obtenue grâce à une conception de générateur interne hautement optimisée et à un post-traitement.
Progrès dans la maintenance des générateurs
De nombreux opérateurs de générateurs diesel sont souvent confrontés à une « accumulation humide » où les gaz sous-combustionnés sont éliminés du système d'échappement, ce qui entraîne la dégradation du générateur et réduit considérablement sa durée de vie utile, et peut également conduire à des violations des réglementations sur les émissions. Cela se produit principalement lorsque les générateurs fonctionnent souvent avec peu ou pas de charge parce que les générateurs du centre de données ne sont pas dimensionnés pour la puissance requise ou parce qu'il n'y a pas toujours suffisamment de charge disponible pendant le fonctionnement.
Le moyen le plus efficace d’éviter une pile humide pendant les entraînements mensuels est de faire fonctionner le générateur à la charge minimale recommandée. Mais comme les opérateurs de centres de données ne souhaitent pas passer à des charges de construction, les pratiques mensuelles nécessitent l'utilisation de bacs de charge, qui peuvent être utilisés pour compléter ou effectuer des activités de maintenance de charge. Ce banc de charge Le test sert à augmenter artificiellement la charge sur le générateur pour brûler la charge accumulée.
De nombreuses installations disposent de réserves de charge basées sur des régimes de maintenance créés il y a de nombreuses années. Les conceptions modernes de générateurs diesel utilisent désormais diverses techniques pour améliorer l'efficacité de fonctionnement et réduire l'espace entre le piston et les segments de piston, permettant ainsi au carburant non brûlé de s'échapper. Associée à des avancées telles que les systèmes à rampe commune, cette avancée réduit les charges de mouvement en incluant des gaz de combustion et en favorisant la formation de charges creuses.
Les économies réalisées en passant d’un test de charge mensuel à un test de charge annuel sont importantes. Par exemple, un cycle de charge de 3 250 kW fonctionnant pendant 30 minutes par mois brûle environ 660 gallons de carburant diesel et émet 186 livres de polluants par an. En comparaison, le même exercice mensuel sans charge consomme moins de 300 gallons par an, réduisant ainsi les émissions totales de polluants par livre d’environ 82 % par an.
Les biocarburants renouvelables entrent dans le mix
Un autre domaine de progrès environnemental est l’adoption des carburants renouvelables les plus récents tels que les huiles végétales hydrotraitées (HVO), qui comprennent souvent des carburants liquides paraffiniques d’origine biologique produits à partir de matières premières agricoles existantes, notamment les huiles de canola, de tournesol et de soja. Il s’agit d’hydrocarbures à chaîne droite exempts d’aromatiques, d’oxygène et de soufre et qui peuvent fournir des indices de cétane élevés.
Il est important de noter que le HVO représente une solution d’énergie renouvelable simple et efficace, jusqu’à 90 % neutre en carbone. Ils sont plus faciles à stocker que le biodiesel et constituent une solution « plug-in » qui peut être utilisée dans les générateurs diesel conventionnels.
Il peut également être mélangé au diesel pour faciliter la transition. Par conséquent, de nombreux générateurs industriels diesel de Kohler sont déjà compatibles avec les biocarburants synthétiques paraffiniques HVO.
Batteries et piles à combustible
Qu’en est-il des solutions révolutionnaires progressives comme les batteries et les piles à combustible ?
Les batteries à grande échelle basées sur les progrès de la technologie lithium-ion combinées à des sources d’énergie renouvelables pourraient être une solution potentielle. Certains hyperscalers travaillent sur des systèmes de batteries à l’échelle du mégawatt.
Il est intéressant de noter que les technologies d’énergie renouvelable et de stockage pourraient potentiellement être utilisées dans les applications de services de réseau : des batteries sur site dans des installations telles que des centres de données pourraient être utilisées pour aider les services publics à gérer les fluctuations du réseau. Les défis posés aux systèmes à base de batteries incluent la fiabilité, la qualité et la rentabilité, mais des activités de recherche et développement sont entreprises pour surmonter ces préoccupations.
Les piles à combustible à hydrogène représentent également une technologie intéressante en tant que solution d’alimentation de secours respectueuse de l’environnement. De même, les opérateurs de centres de données et leurs partenaires industriels mettent en œuvre des piles à combustible à membrane échangeuse de protons de preuve de concept qui combinent l’hydrogène et l’oxygène dans le processus de production de vapeur d’eau et d’électricité. Dans une expérience, un système de pile à combustible de 250 kilowatts a été utilisé pour alimenter une rangée de serveurs de centre de données pendant 48 heures en continu.
Les défis de l’hydrogène proviennent de l’évolutivité et du coût. On estime que 100 tonnes d’hydrogène sont nécessaires pour faire fonctionner 30 MW d’équipements informatiques pendant 48 heures. Un camion de livraison peut transporter 2 tonnes d’hydrogène, donc une panne de deux jours nécessiterait environ 50 expéditions d’hydrogène. Mais l’hydrogène reste une possibilité intéressante, et Kohler développe un prototype de générateur d’hydrogène de 60 kW utilisant la technologie des piles à combustible à membrane électrolytique polymère.
Les centres de données de nouvelle génération situés en Asie du Sud-Est devront être plus écologiques et plus durables que jamais. Ce changement pourrait provenir de progrès continus sur plusieurs fronts, depuis de nouvelles stratégies de maintenance et l’adoption de carburants renouvelables jusqu’à l’utilisation de piles à combustible et de batteries avancées pour contribuer à garantir que des centres de données plus durables deviennent une réalité.
