Prospettive di sostenibilità ambientale dei data center globali
Si stima che il settore globale dei data center rappresenti circa 416 terawatt, equivalenti a circa il 3 percento dell'intera domanda energetica. L'Asia sudorientale è molto richiesta e il fabbisogno energetico è in aumento, poiché i paesi della regione stanno aggiungendo nuove infrastrutture di data center.
Le preoccupazioni relative all'impatto ambientale dei data center hanno spinto alcuni paesi e città-stato a imporre restrizioni alla costruzione di nuove strutture. Ad esempio, Singapore ha sospeso lo sviluppo di nuovi data center nel 2019. Ora che la moratoria è terminata, i nuovi data center potranno essere costruiti solo "con la migliore efficienza delle risorse della categoria".
La pressione per migliorare le prestazioni ambientali dei data center non proviene solo dai governi e dagli enti regolatori. Gli operatori di data center iperscalabili come Google (Alphabet), Apple, Facebook (Meta), Amazon e Microsoft (GAFAM) cercano sempre più di migliorare. L'anno scorso, Google Data Centers si è prefissato l'obiettivo di alimentare tutti i suoi data center cloud con energia a zero emissioni di carbonio 24 ore al giorno entro il 2030.
Ma cosa significa il passaggio a strutture più pulite e sostenibili per apparecchiature come i generatori diesel?
È opportuno sottolineare che i generatori nei data center non sono grandi emettitori di carbonio, perché vengono utilizzati poco frequentemente e solo per brevi periodi di tempo. Tuttavia, i generatori diesel promettono ancora di migliorare le prestazioni ambientali grazie all'ottimizzazione del generatore, alla riduzione dei test periodici sul campo e all'aggiunta di sistemi di post-trattamento dei gas di scarico e di biocarburanti.
Sviluppare una tabella di marcia per lo sviluppo sostenibile
In termini generali, i data center nel Sud-est asiatico comprendono tre principali gruppi energetici: la generazione di energia in loco o i servizi di pubblica utilità; i sistemi di impianto, come il raffreddamento e la distribuzione di energia; e i sistemi IT. Miglioramenti in ciascuno di questi ambiti possono contribuire in modo significativo ad aumentare la sostenibilità.
I generatori appartengono al primo gruppo e rappresentano la generazione di energia in loco di importanza critica, principalmente a gasolio, ma talvolta anche a gas naturale. Gli operatori di data center di livello 1 in paesi come Singapore, Corea del Sud e Giappone stanno specificando generatori di potenza più elevata per aiutarli a raggiungere efficienze operative e ridurre i costi.
Un gruppo elettrogeno diesel da 4 MW fornisce la maggior parte dell'energia di riserva necessaria. Forniscono una risposta altamente affidabile alle interruzioni di corrente nella rete di trasmissione locale. I nodi di potenza più grandi offrono prestazioni elevate in un ingombro ridotto, un aspetto fondamentale quando lo spazio è limitato. Inoltre, il gasolio è diffuso nella maggior parte delle regioni e può essere immagazzinato in sicurezza in loco, mentre i pezzi di ricambio e le riparazioni dei generatori sono facili da organizzare.
Questo ruolo cruciale per la missione implica che vengano raramente invocati, limitando le emissioni di anidride carbonica. Detto questo, i produttori sono pienamente consapevoli della necessità di migliorare costantemente le prestazioni ambientali, ottimizzando così in modo significativo i generatori.
Ad esempio, i generatori Kohler sono progettati per soddisfare tutti gli standard sulle emissioni vigenti nel Sud-est asiatico e in altre regioni importanti, tra cui Europa e Stati Uniti. Questa conformità può essere ottenuta tramite una progettazione del generatore interno altamente ottimizzata e una post-elaborazione.
Progressi nella manutenzione dei generatori
Molti operatori di generatori diesel riscontrano spesso un "accumulo di umidità" in cui i gas sottocombusti vengono rimossi dal sistema di scarico, causando il degrado del generatore e riducendone drasticamente la durata utile, e possono anche portare a violazioni delle normative sulle emissioni. Ciò si verifica principalmente quando i generatori vengono spesso fatti funzionare con poco o nessun carico, perché i generatori del data center non sono dimensionati per la potenza richiesta o perché non c'è sempre abbastanza carico disponibile durante il funzionamento.
Il modo più efficace per evitare di bagnarsi durante gli allenamenti mensili è far funzionare il generatore al carico minimo consigliato. Tuttavia, poiché gli operatori dei data center non vogliono passare ai carichi di costruzione, le pratiche mensili richiedono l'uso di contenitori di carico, che possono essere utilizzati per integrare o eseguire attività di manutenzione del carico. Questo banco di carico Il test serve come mezzo per aumentare artificialmente il carico sul generatore per bruciare il carico accumulato.
Molte strutture dispongono di riserve di carico basate su regimi di manutenzione creati molti anni fa. I moderni generatori diesel utilizzano ora una serie di tecniche per migliorare l'efficienza operativa e ridurre lo spazio tra il pistone e le fasce elastiche, consentendo la fuoriuscita del carburante non bruciato. In combinazione con innovazioni quali i sistemi common rail, questo progresso riduce i carichi di movimento includendo i gas di combustione e favorendo la formazione di cariche sagomate.
I risparmi derivanti dal passaggio dai test di carico mensili a quelli annuali sono significativi. Ad esempio, un ciclo di carico da 3250 kW in funzione per 30 minuti al mese brucia circa 660 galloni di carburante diesel ed emette 186 libbre di inquinanti all'anno. In confronto, lo stesso esercizio mensile a vuoto consuma meno di 300 galloni all'anno, riducendo le emissioni totali di inquinanti per libbra di circa l'82% all'anno.
I biocarburanti rinnovabili entrano nel mix
Un altro ambito di progresso ambientale è l'adozione dei più recenti combustibili rinnovabili, come gli oli vegetali idrotrattati (HVO), che spesso includono combustibili liquidi paraffinici di origine biologica prodotti da materie prime agricole esistenti, tra cui oli di colza, girasole e soia. Si tratta di idrocarburi a catena lineare, privi di aromatici, ossigeno e zolfo, che possono fornire numeri di cetano elevati.
È importante sottolineare che l'HVO rappresenta una soluzione energetica rinnovabile semplice ed efficiente, con un impatto zero sulle emissioni di carbonio fino al 90%. Sono più facili da immagazzinare rispetto al biodiesel e rappresentano una soluzione "plug-in" che può essere utilizzata nei generatori diesel convenzionali.
Può anche essere miscelato con il gasolio per facilitare la transizione. Di conseguenza, molti dei generatori industriali diesel di Kohler sono già compatibili con i biocarburanti sintetici paraffinici HVO.
Batterie e celle a combustibile
E che dire delle soluzioni rivoluzionarie graduali come le batterie e le celle a combustibile?
Le batterie su scala industriale basate sui progressi della tecnologia agli ioni di litio, combinate con l'approvvigionamento di energia rinnovabile, potrebbero rappresentare una potenziale soluzione. Alcuni iperscalatori stanno lavorando su sistemi di batterie su scala di megawatt.
È interessante notare che le tecnologie di energia rinnovabile e di accumulo potrebbero essere potenzialmente utilizzate nelle applicazioni di servizi di rete: le batterie in loco in strutture come i data center potrebbero essere utilizzate per aiutare le aziende di servizi a gestire le fluttuazioni della rete. Le sfide dei sistemi basati sulle batterie includono l'affidabilità, la qualità e il rapporto costo-efficacia, ma sono in corso attività di ricerca e sviluppo per superare queste preoccupazioni.
Le celle a combustibile a idrogeno rappresentano anche una tecnologia interessante come soluzione di alimentazione di riserva ecologica. Allo stesso modo, gli operatori dei data center e i loro partner industriali stanno implementando celle a combustibile a membrana a scambio protonico proof-of-concept che combinano idrogeno e ossigeno nel processo di produzione di vapore acqueo ed elettricità. In un esperimento, è stato utilizzato un sistema di celle a combustibile da 250 kilowatt per alimentare una fila di server di un data center per 48 ore consecutive.
Le sfide per l'idrogeno derivano dalla scalabilità e dai costi. Si stima che per far funzionare 30 MW di apparecchiature IT per 48 ore siano necessarie 100 tonnellate di idrogeno. Un camion per le consegne può trasportare 2 tonnellate di idrogeno, quindi un'interruzione di due giorni richiederebbe circa 50 spedizioni di idrogeno. Ma l'idrogeno rimane una possibilità entusiasmante e Kohler sta sviluppando un prototipo di generatore di idrogeno da 60 kW utilizzando la tecnologia delle celle a combustibile a membrana elettrolitica polimerica.
I data center di nuova generazione situati nel Sud-est asiatico dovranno essere più ecologici e sostenibili che mai. Questo cambiamento potrebbe derivare da continui progressi su più fronti: dalle nuove strategie di manutenzione all'adozione di combustibili rinnovabili, fino all'uso di celle a combustibile e batterie avanzate per contribuire a garantire che data center più sostenibili diventino una realtà.
