Perspectivas para a sustentabilidade ambiental de data centers globais
Estima-se que o setor global de data centers seja responsável por aproximadamente 416 terawatts, o equivalente a aproximadamente 3% de toda a demanda de energia. O Sudeste Asiático tem alta demanda, e as necessidades de energia estão aumentando à medida que os países da região adicionam novas infraestruturas de data center.
Preocupações com o impacto ambiental dos data centers levaram alguns países e cidades-estados a impor restrições à construção de novas instalações. Por exemplo, Cingapura suspendeu o desenvolvimento de novos data centers em 2019. Agora que a moratória acabou, novos data centers só podem ser construídos "com a melhor eficiência de recursos da categoria".
A pressão para melhorar o desempenho ambiental dos data centers não vem apenas de governos e reguladores. Operadores de data centers de hiperescala, como Google (Alphabet), Apple, Facebook (Meta), Amazon e Microsoft (GAFAM), estão cada vez mais buscando melhorias. No ano passado, o Google Data Centers estabeleceu uma meta de abastecer todos os seus data centers em nuvem com energia livre de carbono 24 horas por dia até 2030.
Mas o que a mudança para instalações mais limpas e sustentáveis significa para equipamentos como geradores a diesel?
Vale ressaltar que geradores em data centers não são grandes emissores de carbono porque são usados com pouca frequência e apenas por curtos períodos de tempo. No entanto, os geradores a diesel ainda prometem melhorar o desempenho ambiental por meio da otimização do gerador, redução de testes periódicos em campo e adição de pós-tratamento de gases de escape e biocombustíveis.
Desenvolver um roteiro de desenvolvimento sustentável
Em termos gerais, os data centers no Sudeste Asiático incluem três grandes grupos de energia: geração de energia no local ou serviços públicos; sistemas de instalações, como refrigeração e distribuição de energia; e sistemas de TI. Melhorias em cada uma dessas áreas podem contribuir significativamente para aumentar a sustentabilidade.
Os geradores pertencem ao primeiro grupo e representam a geração de energia de missão crítica no local, principalmente a partir de diesel, mas às vezes de gás natural. Operadores de data center de nível 1 em países como Cingapura, Coreia do Sul e Japão estão especificando geradores de classificação mais alta para ajudá-los a atingir eficiências operacionais e reduzir custos.
Um gerador a diesel de 4 MW fornece a maior parte da energia de reserva necessária. Eles fornecem uma resposta altamente confiável a falhas de energia na rede de transmissão local. Nós de energia maiores reúnem alto desempenho em um espaço pequeno, o que é essencial quando o espaço é limitado. Além disso, o diesel é comum na maioria das regiões e pode ser armazenado com segurança no local, enquanto peças de reposição e reparos de geradores são fáceis de providenciar.
Essa função crítica da missão significa que eles raramente são invocados, limitando as emissões de dióxido de carbono. Dito isto, os fabricantes estão cientes da necessidade de melhorar continuamente o desempenho ambiental, otimizando significativamente os geradores.
Por exemplo, os geradores Kohler são projetados para atender a todos os padrões de emissão relevantes no Sudeste Asiático e outras regiões importantes, incluindo Europa e Estados Unidos. Essa conformidade pode ser alcançada por meio de projeto de gerador interno altamente otimizado e pós-processamento.
Avanços na Manutenção de Geradores
Muitos operadores de geradores a diesel frequentemente sofrem com "acúmulo de umidade", onde gases subcombustos são removidos do sistema de exaustão, causando a degradação do gerador e reduzindo drasticamente sua vida útil, o que também pode levar a violações das regulamentações de emissões. Isso ocorre principalmente quando os geradores costumam operar com pouca ou nenhuma carga porque os geradores do data center não são dimensionados para a energia necessária ou porque nem sempre há carga suficiente disponível durante a operação.
A maneira mais eficaz de evitar uma pilha molhada durante os treinos mensais é operar o gerador na carga mínima recomendada. Mas, como os operadores de data center não querem fazer a transição para cargas de construção, as práticas mensais exigem o uso de compartimentos de carga, que podem ser usados para complementar ou executar atividades de manutenção de carga. Esse banco de carga O teste serve como um meio de aumentar artificialmente a carga no gerador para queimar a carga acumulada.
Muitas instalações têm reservas de carga baseadas em regimes de manutenção criados há muitos anos. Os projetos modernos de geradores a diesel agora usam uma variedade de técnicas para melhorar a eficiência operacional e reduzir a folga entre o pistão e os anéis do pistão, permitindo que o combustível não queimado escape. Combinado com avanços como sistemas common rail, esse avanço reduz as cargas de movimento ao incluir gases de combustão e promover a formação de cargas moldadas.
A economia obtida ao mudar de testes de carga mensais para testes de carga anuais é significativa. Por exemplo, um ciclo de banco de carga de 3250 kW funcionando por 30 minutos por mês queima aproximadamente 660 galões de óleo diesel e emite 186 libras de poluentes por ano. Em comparação, o mesmo exercício mensal sem carga consome menos de 300 galões por ano, reduzindo as emissões totais de poluentes por libra em cerca de 82% ao ano.
Biocombustíveis renováveis entram na mistura
Outra área de avanço ambiental é a adoção dos mais recentes combustíveis renováveis, como óleos vegetais hidrotratados (HVO), que geralmente incluem combustíveis líquidos parafínicos de base biológica produzidos a partir de matérias-primas agrícolas existentes, como óleos de canola, girassol e soja. São hidrocarbonetos de cadeia linear, livres de aromáticos, oxigênio e enxofre, e podem fornecer altos índices de cetano.
É importante ressaltar que o HVO representa uma solução de energia renovável simples e eficiente, com até 90% de neutralidade em carbono. Eles são mais fáceis de armazenar do que o biodiesel e fornecem uma solução "plug-in" que pode ser usada em geradores a diesel convencionais.
Também pode ser misturado com diesel para facilitar a transição. Como resultado, muitos dos geradores industriais a diesel da Kohler já são compatíveis com biocombustíveis sintéticos parafínicos HVO.
Baterias e células de combustível
E quanto a soluções revolucionárias passo a passo, como baterias e células de combustível?
Baterias em larga escala baseadas em avanços na tecnologia de íons de lítio combinadas com fontes de energia renováveis podem ser uma solução potencial. Alguns hiperescaladores estão trabalhando em sistemas de baterias em escala de megawatts.
Curiosamente, tecnologias de energia renovável mais armazenamento poderiam ser potencialmente usadas em aplicações de serviços de rede — baterias locais em instalações como data centers poderiam ser usadas para ajudar as concessionárias de serviços públicos a gerenciar flutuações da rede. Os desafios dos sistemas baseados em baterias incluem confiabilidade, qualidade e custo-benefício, mas atividades de pesquisa e desenvolvimento estão sendo realizadas para superar essas preocupações.
As células de combustível de hidrogênio também representam uma tecnologia interessante como solução de energia de reserva ecologicamente correta. Da mesma forma, operadores de data centers e seus parceiros industriais estão implementando células de combustível de membrana de troca de prótons de prova de conceito que combinam hidrogênio e oxigênio no processo de produção de vapor de água e eletricidade. Em um experimento, um sistema de célula de combustível de 250 quilowatts foi usado para alimentar uma fileira de servidores de data center por 48 horas continuamente.
Os desafios do hidrogênio vêm da escalabilidade e do custo. Estima-se que 100 toneladas de hidrogênio sejam necessárias para operar 30 MW de equipamentos de TI por 48 horas. Um caminhão de entrega pode transportar 2 toneladas de hidrogênio, então uma interrupção de dois dias exigiria cerca de 50 remessas de hidrogênio. Mas o hidrogênio continua sendo uma possibilidade empolgante, e a Kohler está desenvolvendo um protótipo de gerador de hidrogênio de 60 kW usando tecnologia de célula de combustível de membrana de eletrólito de polímero.
Os data centers de próxima geração localizados no Sudeste Asiático precisarão ser mais verdes e sustentáveis do que nunca. Essa mudança pode vir de avanços contínuos em diversas frentes — desde novas estratégias de manutenção e adoção de combustíveis renováveis até o uso de células de combustível e baterias avançadas para ajudar a garantir que data centers mais sustentáveis se tornem realidade.
