Centros de datos sostenibles: así se diseñan para recuperar y almacenar el calor residual de las comunidades cercanas

En los últimos años, se ha producido un auge en la construcción de centros de datos con el objetivo de satisfacer las necesidades del mundo moderno. En estos centros se generan enormes cantidades de calor residual que se desprenden durante los procesos informáticos. Actualmente, casi toda la energía eléctrica que consumen los edificios se envía a la atmósfera en forma de energía térmica que podría recuperarse para beneficiar tanto a los centros de datos como a las comunidades locales.

Es evidente que el   tendrá que abordarse teniendo en cuenta varios factores, como el suministro de energía eléctrica ecológica a los procesos, la reducción de la demanda de energía y agua, la optimización del almacenamiento de energía y el aprovechamiento del calor residual para su exportación.

Los sistemas descentralizados de calefacción son reconocidos en todo el mundo como una de las herramientas esenciales para que los emplazamientos y las comunidades alcancen la emisión cero de carbono. Todo ello, de acuerdo con los objetivos de los gobiernos locales, nacionales y del sector privado.

Así, los sistemas de energía urbana diseñados y gestionados eficazmente son cada vez más un medio para suministrar calefacción y refrigeración a un precio más estable para los clientes, en comparación con los sistemas convencionales. Al mismo tiempo, se consigue reducir la presión sobre las redes nacionales de servicios públicos.

Además, el aprovechamiento de calor residual en los procesos industriales se ha convertido en uno de los métodos más eficaces para reducir los costes energéticos y las emisiones de carbono. Es el caso de los centros de datos sostenibles, cuyo desarrollo requiere la realización de un estudio para evaluar la viabilidad de la exportación de calor a los consumidores cercanos en la fase de planificación. Se deberán tener en cuenta las siguientes consideraciones:

Consideraciones sobre el diseño de los centros de datos sostenibles:

Es fundamental que se respeten los parámetros de funcionamiento de los sistemas de refrigeración del centro de datos al calcular las temperaturas, presiones y caudales de diseño para el sistema de distribución, incluido el centro de energía.

En los puntos de consumo conectados al bucle de distribución de calor residual, normalmente se necesitarán bombas de calor para elevar la temperatura a los niveles habitualmente requeridos en un edificio o proceso industrial. El promotor de la calefacción urbana suministrará e instalará un intercambiador de calor de placas en cada punto de consumo, ya sea una sala de máquinas o una propiedad, de forma que el circuito de calefacción urbana quede aislado hidráulicamente de los sistemas de calefacción de los consumidores.

El diseño del sistema deberá tener en cuenta también la protección contra las heladas de las tuberías y la planta en climas más fríos, lo que normalmente implicará el uso de anticongelante de glicol. Este método, es la forma más segura de evitar daños por heladas cuando hay partes del sistema que están fuera de servicio con poca o ninguna circulación de agua.

Hay que tener en cuenta que los edificios con cargas base elevadas se ajustarán mejor al perfil de calor residual de un centro de datos típico, que es relativamente constante durante todo el año. Además, el clima local desempeñará un papel importante en la demanda global de energía para calefacción de espacios, mientras que las cargas de demanda de calor constante, como cocinas, piscinas, gimnasios y residencias podrán aprovechar la disponibilidad de calor residual.

A pesar de que los centros de datos necesitan grandes cantidades de calor, estas pueden ser recuperadas y almacenadas, lo que puede resultar beneficioso. Estas instalaciones están operativas en muchos casos las 24 horas del día, los siete días de la semana, haciendo que la producción por sí sola pueda consumir todo el calor residual disponible, especialmente en los modelos de producción continua.

Los periodos picos y valles, que se producen en el transcurso de un periodo de 24 horas en cada tipo de edificio, pueden mitigarse en cierta medida mediante el almacenamiento térmico, que puede reservarse para periodos de baja demanda de calor y utilizarse en periodos de alta demanda. El volumen óptimo de almacenamiento puede calcularse realizando simulaciones de perfiles de demanda de calor agregados, para todos los edificios de calefacción urbana durante la temporada de necesidad. Además, habrá que comprobar el efecto de los diferentes volúmenes de agua simulados en la demanda instantánea global.

Factores económicos a tener en cuenta para los centros de datos sostenibles:

La red de exportación de calor es un proyecto independiente, pero paralelo al desarrollo de un centro de datos. Es esencial identificar a los posibles consumidores de calor antes de planificar el sistema de exportación de calor residual, ya que representarán la fuente de ingresos del sistema y su rentabilidad se maximizará cuando el calor residual producido se ajuste lo más posible a la demanda. También es importante tener en cuenta que cuanto más calor residual se utilice, mayor será el potencial de los consumidores para reducir significativamente sus emisiones de carbono.

Existen herramientas de modelización que facilitan la generación de proyecciones de perfiles para cada uno de los consumidores de calor identificados para cada día del año. Una vez identificados, se agregarán para todos los consumidores de la red y se compararán con los perfiles de calor residual de los centros de datos, a fin de optimizar la cantidad de energía que se recoge y el impacto en las emisiones de carbono.

Es posible realizar también un mapeo térmico para analizar y visualizar las zonas de demanda de calor, mediante un mapa geográfico detallado. Esto ayudará a identificar los barrios y las zonas industriales donde la distribución de calor tiene más probabilidades de ser beneficiosa y económicamente viable, utilizando perfiles de demanda de calefacción a lo largo del año.

A continuación, y antes de considerar cualquier inversión, se llevará a cabo una modelización tecnoeconómica, con el fin de definir los riesgos y beneficios de cualquier plan de recuperación de calor residual.  Para las inversiones, por lo tanto, habrá que tener en cuenta los posibles costes por la instalación de una red subterránea, la construcción de un nuevo centro de energía y las modificaciones de los sistemas en los centros de datos, así como en cada uno de los puntos de toma de calor de los consumidores.

Parte de esta modelización consistirá en evaluar la distancia entre el centro de datos y los consumidores. Se calculará el tamaño de la red de calor y, por tanto, el coste de capital global, que a su vez puede afectar a la ubicación del centro de datos, en términos de mitigación de los costes globales.

Como mínimo, se requerirá la siguiente información para proporcionar una evaluación de inversión, para su viabilidad:

Normalmente, los proyectos económicamente viables podrían tener una tasa de rendimiento anual (TIR) de entre el 12 y el 15 por ciento y un VAN (valor actual neto) positivo. Cualquier riesgo debe identificarse y mitigarse a través de un amplio análisis de sensibilidad como parte de la evaluación financiera.

Además de los beneficios obvios de poder reutilizar el calor residual fuera de las instalaciones, incluidas las ganancias financieras derivadas de la venta del calor y la posibilidad de incentivos gubernamentales, los costes de funcionamiento del propio centro de datos se reducirán como resultado de que los ventiladores del enfriador de aire funcionen a menor velocidad o, incluso, no funcionen en absoluto cuando se rechace suficiente calor a través del sistema de calefacción urbana.

Una fuente de calor sin emisiones y con beneficios para las comunidades locales

En resumen, los centros de datos sostenibles deben visualizarse como un claro beneficio para las comunidades cercanas, ya que pueden convertirse en una fuente local de calor con cero emisiones de carbono y un coste mucho menor para los consumidores, además de ofrecer estabilidad frente a las tarifas del mercado de los combustibles fósiles. Una solución que ENGIE impulsa como parte del objetivo de combinar su conocimiento del sector y su experiencia en la inversión en proyectos de carbono cero a largo plazo.

Hay que tener en cuenta que la energía consumida, las emisiones de CO₂ y los costes de funcionamiento de un sistema global de calefacción urbana con calor residual, incluida la red de calefacción, el centro de energía y las bombas de calor de los consumidores, serán, por lo general, considerablemente inferiores a la energía total consumida por los usuarios de edificios que emplean otras tecnologías de calefacción tradicionales, como el gas, el petróleo o las bombas de calor eléctricas de fuente de aire. Esto es más evidente en climas más fríos o cuando se necesita calor para servicios o procesos durante todo el año. No obstante, esta estrategia puede permitir la desconexión completa de la red de distribución de gas y, por lo tanto, reduce la dependencia de los combustibles fósiles.

El éxito de los sistemas de calor residual depende de la recopilación precisa de datos sobre los posibles consumidores de calor existentes y futuros situados cerca del centro de datos, y de su comparación con la disponibilidad estimada de calor residual. Esto, combinado con un análisis financiero preciso y completo del balance de calor a lo largo del año, junto con una estimación de los costes de capital y de funcionamiento, es esencial para establecer la viabilidad de los proyectos desde un punto de vista económico.