Microrredes y centros de datos: elementos y fuentes de energía renovables utilizadas
La microrred N+K puede suponer una alternativa eficaz a la tradicional capacidad de back up N+1 o 2N. Te explicamos cómo funciona.
Actualmente, las empresas se enfrentan a desagradables subidas de los precios de la electricidad y el gas, algunas de ellas incluso a subidas diez veces superiores a las de hace dos años.
Además, hay que tener en cuenta el riesgo de escasez, caídas de tensión y racionamiento -tanto de electricidad como de gas- si los inviernos se presentan especialmente fríos. A la incertidumbre que esto ha generado en el suministro energético de Europa, ahora se suma que los dos gasoductos clave que en épocas normales transportarían gas de Siberia a Europa parecen haberse roto, agravando la sensación de crisis.
Las microrredes para centros de datos pueden aumentar la resistencia en una época de mayor incertidumbre energética
Los centros de datos son instalaciones que tienen un alto consumo de energía y que funcionan 24 horas al día, 7 días a la semana, durante todo el año. Aunque en la mayoría de los países donde hay centros de datos estos son muy fiables, no se puede dar por sentada la disponibilidad del 100% de la red. Es posible que estas instalaciones se vean afectadas por cortes de suministro planificados y no planificados, tormentas ocasionales, a veces incluso incendios, etc.
Esa dependencia de la red implica la necesidad de contar con un suministro de respaldo. Durante años, los centros de datos han invertido en sistemas de respaldo basados principalmente en generadores diésel, con Sistema de Alimentación Ininterrumpida (SAI) basados en baterías, para cubrir el vacío entre el corte de suministro y el arranque del generador.
El hecho de establecer un suministro de respaldo para los centros de datos ha generado un alto nivel de confianza en la industria, en su capacidad para superar casi cualquier anomalía o fallo de la red. Sin embargo, la «experiencia» de los operadores de centros de datos muestra que, en ocasiones, los generadores de energía de reserva no siempre arrancan como se espera. En consecuencia, confiar en el suministro eléctrico principal es la clave para aumentar la resistencia de los centros de datos.
Por eso, la mayoría de los centros de datos realizan una doble conexión eléctrica a la red y cada fuente de alimentación está conectada a una infraestructura de red distinta, reforzando la disponibilidad al 100%. Sin embargo, este planteamiento tradicional tiene un alto coste para la mayoría de los centros de datos y no tiene en cuenta la necesidad de reducir las emisiones de carbono, ni de permitir la integración de futuras tecnologías en centros de datos ecológicos.
Un nuevo enfoque del modelo energético
El objetivo marcado, es que el suministro de energía sea completamente neutro en carbono. Para alcanzar el carbono cero, la red tendrá que apoyarse no sólo en activos renovables, como paneles solares o turbinas eólicas, sino también en sistemas de almacenamiento de energía, capaces de equilibrar la intermitencia de la producción de energía renovable.
Afortunadamente, un modelo energético disruptivo que incluya activos renovables in situ, así como activos de almacenamiento, como parte de una microrred para centros de datos local, podría ser la forma de alcanzar los objetivos de reducción de carbono en el sector de los centros de procesos de datos. Además, este modelo garantiza una alta disponibilidad y evita la exposición a cortes de la red u otros sucesos externos, mejorando la sostenibilidad al tiempo que se mantiene la competitividad.
Los activos renovables y de almacenamiento forman parte de una microrred local
Con este nuevo enfoque, la generación renovable y los activos de almacenamiento se integran en una microrred para centros de datos, gestionada de forma privada y conectada directamente al centro de datos. Para garantizar la resiliencia, la microrred local está diseñada para ofrecer una alta disponibilidad, tal y como se describe en los requisitos de nivel del Uptime Institute.
Para cada uno de los sistemas de alimentación que forman parte de la microrred para centros de datos -sea cual sea el tipo de red-, los grupos electrógenos, los SAI, el sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) o los activos de generación renovable, se definen como fuentes de energía para la carga TI. En un momento dado, cada uno de ellos es capaz de sostener esta carga de TI durante un tiempo determinado: de unos segundos a unos minutos para el SAI; de unas horas a unos días para los grupos electrógenos, en función de la capacidad de almacenamiento de combustible; y de unos minutos a unas horas para el BESS, combinado con cualquiera de las fuentes de energía renovable disponibles, en función de la intermitencia del suministro.
Dependiendo de la demanda de energía, el nivel de resiliencia, la ubicación y la regulación local, existen diferentes esquemas de fuentes renovables a implementar en este plan de generación sostenible. La introducción a gran escala de activos de generación renovable en el sistema energético del centro de proceso de datos requerirá de la instalación de componentes específicos que garanticen la calidad de la energía y limiten las fluctuaciones de tensión y corriente, para asegurar un suministro eléctrico de alta calidad.
¿Cómo una microrred para centros de datos local cumple o supera los requisitos de alta disponibilidad?
Analicemos la disponibilidad de un sistema energético de este tipo. Para cualquier sistema de respaldo en un centro de datos tradicional, existen distintos equipos de la microrred que pueden conllevar algunos problemas técnicos. En un centro de datos tradicional, utilizamos una terminología que establece que «N» es el número de unidades de equipo necesarias, para satisfacer la carga. Para alcanzar una alta disponibilidad, se instalan más equipos, con el fin de gestionar estos posibles fallos. En los sistemas clásicos basados en el respaldo de generadores diésel, se suelen considerar diferentes escenarios de disponibilidad:
- N+1 (criterio típico de nivel 3): habría que añadir un equipo más. Por ejemplo, si N representa tres generadores diésel, una disponibilidad N+1 representará la instalación de cuatro generadores diésel;
- 2(N+1) (criterio típico de nivel 4): existe una redundancia total del equipo, duplicando la ruta eléctrica del equipo y añadiendo uno más en caso de fallo. Por ejemplo, si N representa tres generadores diésel, una disponibilidad 2(N+1) representará la instalación de ocho generadores diésel.
Cuando se trata de una microrred para centros de datos, podemos contemplar otro escenario conocido como «N+k», donde k representa los sistemas de alimentación adicionales capaces de satisfacer la carga. En otras palabras, estos equipos k adicionales no sólo serán los grupos electrógenos, sino también todos los demás activos que formen parte de la microrred, como paneles fotovoltaicos, sistemas basados en hidrógeno, almacenamiento de energía, etc. El principal valor añadido consiste en fusionar lo que antes llamábamos suministro principal y suministro de reserva en un centro de datos tradicional, en un único sistema capaz de optimizar al máximo el valor de la producción de energía, garantizando al mismo tiempo una alta disponibilidad.
En este caso, la intermitencia del componente de energía renovable es uno de los aspectos a tener en cuenta a la hora de alcanzar los criterios de alta disponibilidad exigidos para el centro de datos. Por ello, al alimentar un centro de datos con energía intermitente, también se requiere del almacenamiento de energía, para compensar el periodo sin producción de fuentes de energía renovables (FER).
Cuando la producción de energía renovable, es superior a las necesidades energéticas del centro de datos, las baterías pueden cargarse o el excedente de energía puede venderse en el mercado mayorista. En el caso de corte de la red o fallo del grupo electrógeno, el almacenamiento de energía también puede cubrir el corte de suministro.
En este nuevo modelo energético, el suministro principal y el de reserva se fusionan y representan un único sistema global que mejora la eficiencia, la resistencia y la economía, al funcionar todo el año y no sólo durante los cortes de la red.
Por lo tanto, la combinación adecuada de activos de suministro eléctrico y la optimización precisa de la capacidad instalada, permitirán al operador del centro de datos cumplir sus objetivos de resistencia de acuerdo con los criterios de Tier del Uptime Institute deseados.
En función de las limitaciones locales, el aumento de la capacidad de los grupos electrógenos, la producción de las fuentes de energía renovable o el almacenamiento de energía permitirá a los operadores alcanzar con confianza una mayor disponibilidad y tiempos de supervivencia más elevados, al tiempo que proporcionan apoyo a la red y suministran energía a sus comunidades circundantes.
