グローバルデータセンターの環境持続可能性の見通し

世界のデータセンターセクターは約416テラワットを占めると推定されており、これは全エネルギー需要の約3%に相当します。東南アジアは需要が高く、同地域諸国が新たなデータセンターインフラを建設するにつれて、エネルギー需要は増加しています。

データセンターの環境への影響への懸念から、一部の国や都市国家は新規施設の建設に制限を設けています。例えば、シンガポールは2019年に新規データセンターの開発を一時停止しました。現在、このモラトリアムは終了していますが、新規データセンターは「最高水準の資源効率」でのみ建設可能です。

データセンターの環境パフォーマンス向上へのプレッシャーは、政府や規制当局からのものだけではありません。Google（Alphabet）、Apple、Facebook（Meta）、Amazon、Microsoft（GAFAM）といったハイパースケールデータセンター事業者も、環境パフォーマンス向上への取り組みを加速させています。昨年、Googleデータセンターは、2030年までにすべてのクラウドデータセンターを24時間体制でカーボンフリーエネルギーで稼働させるという目標を設定しました。

しかし、よりクリーンで持続可能な施設への移行は、ディーゼル発電機などの機器にとって何を意味するのでしょうか?

データセンターの発電機は、使用頻度が低く、使用時間も短いため、大量の炭素を排出するわけではないことに留意すべきです。しかし、ディーゼル発電機は、発電機の最適化、定期的なフィールドテストの削減、排気後処理とバイオ燃料の追加によって、環境性能の向上が期待できます。

持続可能な開発ロードマップを策定する

東南アジアのデータセンターは、大きく分けて3つの主要なエネルギーグループ、すなわちオンサイト発電またはユーティリティ、冷却や配電などの施設システム、そしてITシステムで構成されています。これらの各分野の改善は、持続可能性の向上に大きく貢献します。

発電機は最初のグループに属し、ミッションクリティカルなオンサイト発電を担います。主にディーゼル燃料を使用しますが、天然ガスを使用する場合もあります。シンガポール、韓国、日本などの国のTier 1データセンター事業者は、運用効率の向上とコスト削減のため、より高出力の発電機を指定しています。

4MWのディーゼル発電機セットは、必要なバックアップ電力の大部分を供給します。地域の送電網の停電に対して、非常に信頼性の高い対応力を発揮します。大型の電力ノードは、小さな設置面積ながら高い性能を発揮します。これは、設置スペースが限られている場合に非常に重要です。さらに、ディーゼル燃料はほとんどの地域で普及しており、現場で安全に保管できます。また、発電機のスペアパーツや修理の手配も容易です。

このミッションクリティカルな役割のため、発電機の稼働頻度は低く、二酸化炭素排出量の抑制に寄与しています。しかしながら、メーカーは環境性能を継続的に向上させる必要性を強く認識しており、発電機の大幅な最適化に取り組んでいます。

例えば、コーラー社の発電機は、東南アジアをはじめ、欧州や米国を含む重要な地域のすべての排出ガス規制を満たすように設計されています。この規制への適合は、発電機内部の設計と後処理を高度に最適化することで実現しています。

発電機メンテナンスの進歩

多くのディーゼル発電機の運用者は、排気システムから燃焼不足のガスが排出される「ウェットビルドアップ」という現象にしばしば遭遇します。この現象は発電機の劣化を引き起こし、耐用年数を大幅に短縮するだけでなく、排出ガス規制違反にもつながる可能性があります。これは主に、データセンターの発電機が必要な電力に対応できるサイズではないため、あるいは運転中に十分な負荷が得られないために、発電機がほとんどまたは全く負荷のない状態で頻繁に稼働している場合に発生します。

月例試験中にスタックのウェットスタックを回避する最も効果的な方法は、発電機を推奨最小負荷で運転することです。しかし、データセンター運営者は建物負荷への移行を望まないため、月例試験では負荷バンクの使用が必須となります。負荷バンクは、負荷メンテナンス作業を補完または実行するために使用できます。この負荷バンク試験は、発電機の負荷を人為的に増加させ、蓄積された負荷を燃焼させるための手段として機能します。

多くの施設では、長年に渡って整備された保守体制に基づいて、負荷余裕を確保しています。現代のディーゼル発電機の設計では、運転効率を向上させ、ピストンとピストンリングの隙間を縮小することで未燃焼燃料を排出するための様々な技術が採用されています。コモンレールシステムなどの技術革新と相まって、この技術革新は燃焼ガスを封じ込め、成形爆薬の形成を促進することで、運動負荷を低減します。

月次負荷試験から年次負荷試験への切り替えによる節約効果は計り知れません。例えば、3250kWの負荷バンクサイクルを月30分運転すると、約660ガロンのディーゼル燃料が消費され、年間186ポンドの汚染物質が排出されます。一方、同じ月次無負荷試験では、年間300ガロン未満の消費量となり、1ポンドあたりの汚染物質排出量を年間約82%削減できます。

再生可能バイオ燃料が加わる

環境改善のもう一つの分野は、水素化処理植物油（HVO）などの最新の再生可能燃料の導入です。HVOには、キャノーラ油、ヒマワリ油、大豆油といった既存の農産物原料から生産されるパラフィン系バイオベース液体燃料が含まれることが多く、芳香族、酸素、硫黄を含まない直鎖炭化水素であり、高いセタン価を実現できます。

重要なのは、HVOが最大90%のカーボンニュートラルを実現する、シンプルで効率的な再生可能エネルギーソリューションであるということです。バイオディーゼルよりも貯蔵が容易で、従来のディーゼル発電機に使用できる「プラグイン」ソリューションを提供します。

また、ディーゼル燃料との混合も可能で、移行を容易にします。その結果、Kohlerの多くの産業用ディーゼル発電機は、既にHVOパラフィン系合成バイオ燃料に対応しています。

電池と燃料電池

バッテリーや燃料電池のような段階的な革命的なソリューションについてはどうでしょうか?

リチウムイオン技術の進歩と再生可能エネルギー供給を組み合わせた大規模バッテリーは、潜在的な解決策となる可能性があります。一部のハイパースケーラーは、メガワット規模のバッテリーシステムの開発に取り組んでいます。

興味深いことに、再生可能エネルギーと蓄電を組み合わせた技術は、電力系統サービスへの応用が期待されています。データセンターなどの施設に設置されたオンサイトバッテリーは、電力会社が電力系統の変動を管理するのに役立つ可能性があります。バッテリーベースのシステムには、信頼性、品質、費用対効果といった課題がありますが、これらの懸念を克服するための研究開発活動が進められています。

水素燃料電池も、環境に優しいバックアップ電源ソリューションとして期待される技術です。同様に、データセンター運営者とその産業パートナーは、水素と酸素を反応させて水蒸気と電気を生成する固体高分子型燃料電池の概念実証実験を実施しています。ある実験では、250キロワットの燃料電池システムを用いて、データセンターのサーバー列に48時間連続で電力を供給しました。

水素の課題は、拡張性とコストにあります。30MWのIT機器を48時間稼働させるには、100トンの水素が必要と推定されています。配送トラック1台には2トンの水素を積載できるため、2日間の停電には約50回分の水素輸送が必要になります。しかし、水素は依然として魅力的な可能性を秘めており、コーラー社は高分子電解質膜燃料電池技術を用いた60kWの水素発生装置の試作機を開発中です。

東南アジアに拠点を置く次世代データセンターは、これまで以上に環境に配慮し、持続可能性を高める必要があります。この変化は、新たなメンテナンス戦略や再生可能燃料の導入、先進的な燃料電池やバッテリーの活用など、様々な分野における継続的な進歩によってもたらされる可能性があります。これらの技術は、より持続可能なデータセンターの実現に貢献します。