Triển vọng về tính bền vững môi trường của các trung tâm dữ liệu toàn cầu

Ngành trung tâm dữ liệu toàn cầu ước tính chiếm khoảng 416 terawatt, tương đương khoảng 3 phần trăm tổng nhu cầu năng lượng. Đông Nam Á đang có nhu cầu cao và nhu cầu năng lượng đang tăng lên khi các quốc gia trong khu vực bổ sung cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu mới.

Mối lo ngại về tác động của các trung tâm dữ liệu đến môi trường đã khiến một số quốc gia và thành phố phải áp dụng các hạn chế đối với việc xây dựng các cơ sở mới. Ví dụ, Singapore đã tạm dừng phát triển trung tâm dữ liệu mới vào năm 2019. Giờ đây lệnh tạm hoãn đã kết thúc -- nhưng các trung tâm dữ liệu mới chỉ có thể được xây dựng "với hiệu quả sử dụng tài nguyên tốt nhất trong phân khúc".

Áp lực cải thiện hiệu suất môi trường của các trung tâm dữ liệu không chỉ đến từ chính phủ và cơ quan quản lý. Các nhà điều hành trung tâm dữ liệu siêu lớn như Google (Alphabet), Apple, Facebook (Meta), Amazon và Microsoft (GAFAM) đang ngày càng tìm cách cải thiện. Năm ngoái, Google Data Centers đã đặt mục tiêu cung cấp năng lượng không carbon cho tất cả các trung tâm dữ liệu đám mây của mình 24 giờ một ngày vào năm 2030.

Nhưng việc chuyển sang cơ sở sạch hơn, bền vững hơn có ý nghĩa gì đối với các thiết bị như máy phát điện diesel?

Cần lưu ý rằng máy phát điện trong các trung tâm dữ liệu không phải là nguồn phát thải carbon lớn vì chúng được sử dụng không thường xuyên và chỉ trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, máy phát điện diesel vẫn hứa hẹn cải thiện hiệu suất môi trường thông qua việc tối ưu hóa máy phát điện, giảm thử nghiệm định kỳ tại hiện trường và bổ sung thêm hệ thống xử lý khí thải và nhiên liệu sinh học.

Xây dựng lộ trình phát triển bền vững

Nói chung, các trung tâm dữ liệu ở Đông Nam Á bao gồm ba nhóm năng lượng chính: phát điện tại chỗ hoặc tiện ích; hệ thống cơ sở vật chất, chẳng hạn như làm mát và phân phối điện; và hệ thống CNTT. Việc cải thiện ở từng lĩnh vực này có thể góp phần đáng kể vào việc tăng cường tính bền vững.

Máy phát điện thuộc nhóm đầu tiên và đại diện cho hoạt động phát điện tại chỗ quan trọng, chủ yếu từ dầu diesel, nhưng đôi khi từ khí đốt tự nhiên. Các nhà điều hành trung tâm dữ liệu cấp 1 tại các quốc gia như Singapore, Hàn Quốc và Nhật Bản đang chỉ định các máy phát điện có công suất cao hơn để giúp họ đạt được hiệu quả hoạt động và giảm chi phí.

Một máy phát điện diesel công suất 4MW cung cấp hầu hết nguồn điện dự phòng cần thiết. Chúng cung cấp phản ứng cực kỳ đáng tin cậy khi xảy ra sự cố mất điện trong lưới truyền tải địa phương. Các nút nguồn lớn hơn có hiệu suất cao trong một diện tích nhỏ—điều này rất quan trọng khi không gian hạn chế. Ngoài ra, dầu diesel phổ biến ở hầu hết các khu vực và có thể được lưu trữ an toàn tại chỗ, trong khi việc thay thế và sửa chữa máy phát điện rất dễ dàng.

Vai trò quan trọng này có nghĩa là chúng hiếm khi được sử dụng, giúp hạn chế lượng khí thải carbon dioxide. Nói như vậy, các nhà sản xuất nhận thức rõ nhu cầu phải liên tục cải thiện hiệu suất môi trường, qua đó tối ưu hóa đáng kể máy phát điện.

Ví dụ, máy phát điện Kohler được thiết kế để đáp ứng mọi tiêu chuẩn khí thải có liên quan ở Đông Nam Á và các khu vực quan trọng khác, bao gồm Châu Âu và Hoa Kỳ. Sự tuân thủ này có thể đạt được thông qua thiết kế máy phát điện bên trong được tối ưu hóa cao và quá trình xử lý hậu kỳ.

Những tiến bộ trong bảo trì máy phát điện

Nhiều người vận hành máy phát điện diesel thường gặp phải tình trạng "tích tụ ẩm ướt" khi khí chưa cháy hết được loại bỏ khỏi hệ thống xả, khiến máy phát điện bị xuống cấp và giảm đáng kể tuổi thọ hữu ích, đồng thời cũng có thể dẫn đến vi phạm các quy định về khí thải. Điều này chủ yếu xảy ra khi máy phát điện thường chạy ở chế độ ít tải hoặc không tải vì máy phát điện của trung tâm dữ liệu không đủ công suất yêu cầu hoặc vì không phải lúc nào cũng có đủ tải trong quá trình vận hành.

Cách hiệu quả nhất để tránh tình trạng ống khói bị ướt trong quá trình tập luyện hàng tháng là chạy máy phát điện ở mức tải tối thiểu được khuyến nghị. Nhưng vì các nhà điều hành trung tâm dữ liệu không muốn chuyển sang tải tòa nhà nên các hoạt động hàng tháng yêu cầu phải sử dụng thùng tải, có thể được sử dụng để bổ sung hoặc thực hiện các hoạt động bảo trì tải. Cái này ngân hàng tải Kiểm tra đóng vai trò là phương tiện tăng tải giả tạo cho máy phát điện để đốt cháy tải tích lũy.

Nhiều cơ sở có dự trữ tải dựa trên chế độ bảo trì được tạo ra từ nhiều năm trước. Các thiết kế máy phát điện diesel hiện đại hiện nay sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau để cải thiện hiệu suất vận hành và thu hẹp khoảng cách giữa piston và vòng piston, cho phép nhiên liệu chưa cháy thoát ra ngoài. Kết hợp với những tiến bộ như hệ thống đường ray chung, tiến bộ này làm giảm tải trọng chuyển động bằng cách đưa khí đốt vào và thúc đẩy sự hình thành các điện tích định hình.

Tiết kiệm được đáng kể khi chuyển từ thử tải hàng tháng sang thử tải hàng năm. Ví dụ, một chu trình tải 3250kW chạy trong 30 phút mỗi tháng sẽ đốt cháy khoảng 660 gallon nhiên liệu diesel và thải ra 186 pound chất ô nhiễm mỗi năm. Để so sánh, cùng một bài tập không tải hàng tháng tiêu thụ ít hơn 300 gallon mỗi năm, giúp giảm tổng lượng khí thải ô nhiễm trên mỗi pound khoảng 82% mỗi năm.

Nhiên liệu sinh học tái tạo được đưa vào sử dụng

Một lĩnh vực khác về tiến bộ môi trường là việc áp dụng các nhiên liệu tái tạo mới nhất như dầu thực vật đã qua xử lý bằng hydro (HVO), thường bao gồm nhiên liệu lỏng sinh học có nguồn gốc từ parafin được sản xuất từ ​​các nguyên liệu nông nghiệp hiện có bao gồm dầu cải, dầu hướng dương và dầu đậu nành. Đây là những hydrocarbon mạch thẳng không chứa chất thơm, oxy và lưu huỳnh và có thể cung cấp chỉ số cetane cao.

Điều quan trọng là HVO là giải pháp năng lượng tái tạo đơn giản và hiệu quả, có khả năng trung hòa carbon lên đến 90%. Chúng dễ lưu trữ hơn nhiên liệu sinh học và cung cấp giải pháp "cắm vào" có thể sử dụng trong máy phát điện diesel thông thường.

Nó cũng có thể được pha trộn với dầu diesel để quá trình chuyển đổi dễ dàng hơn. Kết quả là, nhiều máy phát điện công nghiệp chạy bằng dầu diesel của Kohler đã tương thích với nhiên liệu sinh học tổng hợp parafin HVO.

Pin và Pin nhiên liệu

Thế còn các giải pháp mang tính cách mạng từng bước như pin và pin nhiên liệu thì sao?

Pin quy mô tiện ích dựa trên những tiến bộ trong công nghệ lithium-ion kết hợp với nguồn cung cấp năng lượng tái tạo có thể là một giải pháp tiềm năng. Một số công ty siêu quy mô đang nghiên cứu hệ thống pin quy mô megawatt.

Điều thú vị là công nghệ lưu trữ năng lượng tái tạo có khả năng được sử dụng trong các ứng dụng dịch vụ lưới điện—pin tại chỗ trong các cơ sở như trung tâm dữ liệu có thể được sử dụng để giúp các công ty tiện ích quản lý biến động lưới điện. Những thách thức đối với hệ thống chạy bằng pin bao gồm độ tin cậy, chất lượng và hiệu quả về chi phí, nhưng các hoạt động nghiên cứu và phát triển đang được tiến hành để khắc phục những lo ngại này.

Pin nhiên liệu hydro cũng là một công nghệ thú vị như một giải pháp nguồn điện dự phòng thân thiện với môi trường. Tương tự như vậy, các nhà điều hành trung tâm dữ liệu và các đối tác công nghiệp của họ đang triển khai pin nhiên liệu màng trao đổi proton có tính chứng minh khái niệm, kết hợp hydro và oxy trong quá trình sản xuất hơi nước và điện. Trong một thí nghiệm, hệ thống pin nhiên liệu 250 kilowatt đã được sử dụng để cung cấp điện cho một hàng máy chủ trung tâm dữ liệu trong 48 giờ liên tục.

Những thách thức đối với hydro đến từ khả năng mở rộng và chi phí. Người ta ước tính cần 100 tấn hydro để vận hành thiết bị CNTT có công suất 30MW trong 48 giờ. Một xe tải giao hàng có thể chở 2 tấn hydro, do đó, nếu mất điện trong hai ngày sẽ cần khoảng 50 chuyến hàng hydro. Nhưng hydro vẫn là một khả năng thú vị và Kohler đang phát triển một nguyên mẫu máy phát điện hydro 60 kW sử dụng công nghệ pin nhiên liệu màng điện phân polymer.

Các trung tâm dữ liệu thế hệ tiếp theo đặt tại Đông Nam Á sẽ cần phải xanh hơn và bền vững hơn bao giờ hết. Sự thay đổi này có thể đến từ những tiến bộ liên tục trên nhiều mặt trận—từ các chiến lược bảo trì mới và việc áp dụng nhiên liệu tái tạo cho đến việc sử dụng pin và pin nhiên liệu tiên tiến để giúp đảm bảo các trung tâm dữ liệu bền vững hơn trở thành hiện thực.