¿Cómo los centros de datos proporcionan energía de bajo coste y cero emisiones de carbono a las comunidades locales?

El aumento simultáneo del procesamiento, la transmisión y el almacenamiento de datos y los objetivos de cambio climático impuestos a escala mundial, nacional y empresarial, obligan al sector a pensar en nuevas formas de suministrar energía y agua a los centros de procesos de datos (CPD).

Alcanzar estos objetivos implicará una serie de conceptos y tecnologías diferentes, que deberán introducirse progresivamente en los nuevos desarrollos y en los ya existentes, como una hoja de ruta hacia la neutralidad de carbono.

El crecimiento del mercado de los CPD sigue acelerándose a medida que la tecnología digital se ha democratizado y ha pasado a ocupar un lugar central en todos los aspectos de la vida mundial. Se ha visto impulsada por múltiples factores como el almacenamiento y el procesamiento de datos en la nube, la transmisión de datos a los dispositivos de las personas, el Internet de las Cosas, el Big Data y el auge de la Inteligencia Artificial.

Esta tendencia tendrá un efecto directo en la energía necesaria para dar servicio a los CPD, a la distribución eléctrica, la ventilación, la refrigeración y la iluminación.

Las comunidades de todo el mundo son cada vez más conscientes del impacto medioambiental que los centros de datos tienen en sus ciudades. Prueba de ello es la firma del Pacto de Centros de Datos Climáticamente Neutrales para el año 2030 donde por parte de las tecnológicas AWS, CyrusOne, Data4, Equinix, Interxion, Google, NTT entre otros. Algunas de ellas ya han tomado la iniciativa de recuperar el calor residual de sus centros de datos para contribuir a la economía y el bienestar de las comunidades. Además, en los países donde se necesita calefacción en determinadas épocas del año, el aumento del coste de la energía vinculado a otras subidas de los precios mundiales de las materias primas está teniendo un enorme impacto en la población. Esto significa que una proporción cada vez mayor de la sociedad se ve obligada a un escenario de «calentar o comer» en el que mantener el calor en invierno es cada vez más difícil, y los costes energéticos relacionados con la fabricación están disparando aún más los costes en el sector industrial.

Un nuevo enfoque: Centros de datos que benefician a la comunidad local

A medida que aumenta la mayor necesidad de procesamiento de datos implica mayor densidad en los rack (kw/rack) y que casi toda la potencia de procesamiento informático se disipa en forma de calor, los retos asociados al desperdicio del calor se hacen aún más problemáticos. Esto ha llevado a los fabricantes de equipos informáticos a buscar nuevas soluciones, debido a que los conceptos de diseño actuales se vuelven rápidamente ineficaces.

El calor desprendido de un CPD será el mismo independientemente de la tecnología de refrigeración que empleemos. La diferencia radicará en la temperatura a la que se puede recuperar el calor para suministrarlo al sistema de calefacción urbana, y en el consumo de energía eléctrica y agua necesario para utilizar ese calor.

Paralelamente, se está acelerando el desarrollo de nuevos sistemas urbanos de calefacción y refrigeración. La intención es convertirlos en uno de los principales pilares para lograr un entorno con bajas emisiones de carbono y bajos costes para aplicaciones residenciales, comerciales e industriales.

Con la mejora de la eficiencia de las plantas de generación de calor, la tecnología de las bombas y los materiales de las tuberías, así como la mayor eficacia de los sistemas de control automático, los sistemas de calefacción urbana basados en el vapor han sido sustituidos en gran medida. En un primer momento, se sustituyeron por sistemas de agua caliente a alta presión y temperatura y, posteriormente, por sistemas de agua caliente a baja temperatura que tienen temperaturas de flujo ligeramente superiores a las del funcionamiento de los sistemas de calefacción y agua caliente de los edificios.

La última versión (5G) de los sistemas de calefacción urbana funciona a temperaturas mucho más bajas y se basa en grandes volúmenes de calor de bajo grado, que se distribuyen a los puntos de uso donde las temperaturas se elevan utilizando bombas de calor.

Estos sistemas aprovechan mejor el calor que desechan los sistemas de refrigeración, así como el almacenamiento térmico subterráneo y la generación de energía térmica renovable. El resultado es una red con una huella de carbono significativamente menor para el sistema en su conjunto, capaz de suministrar calor fiable y de bajo coste a los consumidores.

Existe, por tanto, una sinergia evidente entre las grandes cantidades de calor residual de baja calidad que desechan los centros de datos y los nuevos sistemas de calefacción urbana de baja temperatura, que se instalan cada vez más en zonas urbanas y emplazamientos industriales.

Gracias a su larga experiencia en la financiación, diseño, construcción y explotación de sistemas urbanos de calefacción y refrigeración en todo el mundo, ENGIE es capaz de aprovechar eficazmente este calor residual y distribuirlo a los consumidores locales. A modo de ejemplo, ENGIE está conectando un Data Center de Equinix a la red de calor de ENGIE que permitirá reducir la huella de carbono local y suministrará el 75% de energía recuperada al Centro Acuático Olímpico de Saint – Denis y el ZAC Metropolitano de Plaine Saulnier.

¿Cómo funciona?

Casi toda la energía que se introduce en los procesos informáticos se emite en forma de calor. A esto hay que añadir la energía adicional necesaria para el emplazamiento debido a la refrigeración, la ventilación, la iluminación, las pérdidas de los equipos eléctricos y de distribución, así como las actividades de bienestar o del personal. El PUE (Power Usage Effectiveness) de una instalación, define la relación entre la potencia total que entra en el emplazamiento y la que se utiliza para los procesos informáticos.

Suponiendo que la carga informática permanezca constante a lo largo del año, las variaciones en el consumo de energía a lo largo del año, que representan la diferencia entre el PUE máximo y el mínimo, se deberán principalmente a las variaciones en las cargas de energía de refrigeración producidas por los cambios en las condiciones meteorológicas externas. Por lo tanto, el perfil térmico no aprovechable previsto, tendrá un valor de referencia elevado con variaciones relativamente pequeñas, y dependerá en gran medida del tipo de sistema de refrigeración instalado.

Dependiendo del tipo de sistema de refrigeración del centro de datos el calor residual puede extraerse de diferentes formas:

• Del bucle de agua del condensador, en el caso de las enfriadoras refrigeradas por agua
• Del bucle de agua refrigerada, en el caso de las enfriadoras refrigeradas por aire
• De un intercambiador de calor del sistema de ventilación de escape, en el caso de los sistemas de refrigeración por aire .

En el futuro, se dispondrá de calor residual liquido de mayor calidad a medida que se implanten las instalaciones de servidores refrigerados por líquido.

La llegada de servidores refrigerados por líquido, dará lugar a temperaturas más altas que se aprovecharan en las redes de calor, lo que significa que los consumidores pueden lograr una mayor eficiencia de sus bombas de calor y, por lo tanto, proporcionar una energía aún más barata y con menos emisiones de carbono.

Componentes de una red urbana de calor y frío

Los componentes del sistema de calefacción urbana suelen ser los siguientes:

• Una intercambiador de calor con el circuito de calor residual del centro de datos.
• Un centro de energía (o varios centros de energía) que albergue la planta de generación de calor (mediante combustión u otros medios), las bombas del sistema de distribución, la planta de tratamiento de agua y el sistema de presurización.
• Almacenamiento térmico que puede estar integrado en el centro de energía o ser externo, ya sea subterráneo o en superficie.
• Sistema de distribución de las tuberías de ida y vuelta de agua caliente, normalmente situado bajo tierra.
• Unidades de intercambio térmico en viviendas o en salas de instalaciones de edificios más grandes que sustituyen a las centrales de calderas de calefacción.
• Un sistema de control centralizado para supervisar, registrar y controlar el funcionamiento de todo el sistema con el fin de detectar fallos con antelación y optimizar el rendimiento operativo del sistema.
• Si se incorpora una unidad de producción combinada de calor y electricidad (CHP), el centro de energía también incluirá una sección de generación de energía, utilizada para alimentar una microrred local de cableado privado.

Además, la tecnología de aprendizaje automático y/o Inteligencia Artificial, será capaz de detectar las temperaturas óptimas de funcionamiento de la red de calefacción urbana a diferentes temperaturas externas a lo largo del año. De esta manera, se calcula el mayor Coeficiente de Rendimiento (COP) posible de las bombas de calor de los consumidores, frente a la energía adicional requerida en el centro de energía, lo que conducirá a la máxima eficiencia energética del sistema en todo momento.

Fuente: https://www.datacenterdynamics.com/en/