W ostatnich latach wzrost zapotrzebowania na moc obliczeniową, ze względu na cyfryzację, automatyzację i upowszechnienie sztucznej inteligencji, uczynił centra danych jednymi z najbardziej energochłonnych infrastruktur na świecie, zużywając już około 2% światowej energii elektrycznej. Ponieważ oczekuje się, że popyt podwoi się do 2027 r., główne wyzwania to zapewnienie ciągłych i niezawodnych dostaw energii przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów i zmniejszeniu wpływu na środowisko w celu osiągnięcia założeń zrównoważonego rozwoju.
W tym scenariuszu kogeneracja (CHP) pojawia się jako strategiczne i efektywne rozwiązanie pozwalające na wytwarzanie energii elektrycznej i ciepła bezpośrednio na miejscu, wykorzystując drugie z nich do zasilania systemów chłodzenia centrów danych. Technologia ta nie tylko zmniejsza zależność od sieci elektrycznej, ale także poprawia niezawodność energetyczną, optymalizuje koszty eksploatacji i promuje zrównoważony rozwój. W tym artykule przeanalizujemy korzyści, wyzwania i przyszłe perspektywy kogeneracji i trigeneracji, kluczowych technologii przy zaspokajaniu rosnących potrzeb w zakresie energii i zrównoważonego rozwoju w branży centrów danych.
Rosnące zużycie energii przez centra danych
Centra danych odnotowały w ostatnich latach znaczny wzrost zużycia energii, głównie ze względu na zwiększony przesył danych i rosnącą cyfryzację działalności. Szacuje się, że obecnie zużywają one około 2% światowej energii elektrycznej, przy czym oczekuje się, że do 2027 roku popyt ulegnie podwojeniu. Zapotrzebowanie na energię do zasilania tych systemów ma nadal rosnąć, a do 2030 roku sektor ma zużywać 9% całkowitej energii w Stanach Zjednoczonych.
W zależności od rozmiarów, pojedyncze centrum danych może zużywać do 100 MW energii elektrycznej lub nawet więcej. Z tej energii, około 50% jest wykorzystywane do chłodzenia serwerów, niezbędnego do utrzymania ich stabilnej temperatury poniżej 25 stopni Celsjusza i zapobiegania przegrzaniu. Pozostałe 50% jest dzielone między zasilanie infrastruktury IT, która pochłania 37% energii, konwersję energii (10%) i oświetlenie (3%), z których wszystkie są kluczowe dla działania systemu.
Aktualne wyzwania centrów danych
Sektor centrów danych stoi przed coraz bardziej złożonymi wyzwaniami związanymi z rosnącym obciążeniem elektrycznym. Nieustanny rozwój technologii cyfrowych i ekspansja nowych sieci generują coraz większą presję na zużycie energii, co istotnie wpływa na zapotrzebowanie na przestrzeń i moc obliczeniową. W tym kontekście kilka trendów szybko zmienia środowisko centrów danych, w tym:
Globalna cyfryzacja: wraz ze wzrostem cyfryzacji we wszystkich branżach, każdy zakład i każda osoba fizyczna staje się coraz bardziej powiązana i zależna od usług opartych na chmurze, zwiększając przesył danych i konieczność zapewnienia możliwości obliczeniowych. Prowadzi to do ciągłego i szybkiego wzrostu zapotrzebowania na przestrzeń i zasoby w centrach danych;
Automatyzacja i IoT (Internet rzeczy): rosnąca automatyzacja procesów przemysłowych, zakładowych i codziennych za pośrednictwem połączonych urządzeń tworzy stały przepływ danych, które centra danych muszą przetwarzać w czasie rzeczywistym. IoT jest jednym z najważniejszych aspektów tego trendu, a miliardy połączonych urządzeń wymagają możliwości obliczeniowych i pamięci masowej;
Sztuczna inteligencja (AI): technologie AI wymagają intensywnego przetwarzania danych, ponieważ potrzebują ogromnych zasobów obliczeniowych do szkolenia modeli i przetwarzania w czasie rzeczywistym. Oznacza to większe obciążenie centrów danych, które muszą być coraz potężniejsze i wydajniejsze, aby obsługiwać te zaawansowane technologie;
Wdrożenie 5G: wprowadzenie sieci 5G dodatkowo przyspiesza przesył danych. Sieci 5G oferują znacznie szybsze prędkości transferu względem poprzednich technologii, napędzając rozwój aplikacji, które wymagają dużej przepustowości, takich jak strumieniowe przesyłanie wideo w wysokiej rozdzielczości oraz rozszerzona i wirtualna rzeczywistość. Prowadzi to do wzrostu zapotrzebowania na obliczenia i archiwizowanie w centrach danych;
Rozbudowa chmury obliczeniowej i usług na żądanie: rozbudowa chmury obliczeniowej i usług na żądanie wymaga od centrów danych zarządzania ogromnymi wolumenami danych i zapewnienia użytkownikom dostępności i natychmiastowego dostępu do informacji. Rozwój aplikacji i usług opartych na chmurze wywiera dodatkową presję na infrastrukturę energetyczną centrów danych.
Kogeneracja jako możliwe rozwiązanie
Rosnące zapotrzebowanie na energię w centrach danych, należących do najbardziej energochłonnych branż na świecie, wywiera presję na zakłady energetyczne, które mają trudności z zaspokojeniem tego popytu. Aby uniknąć opóźnień w projektach lub kosztownych modernizacji sieci, tańszym i bardziej zrównoważonym rozwiązaniem jest inwestowanie w systemy CHP (Combined Heat and Power), które mogą działać równolegle lub niezależnie od sieci. Kogeneracja nie tylko zaspokaja rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną, ale także umożliwia odzyskiwanie ciepła do użytku termicznego, zmniejszając ogólne zużycie. Trigeneracja jest ewolucją tego zjawiska: wykorzystuje odzyskane ciepło także do wytwarzania energii chłodniczej poprzez absorbery, które wykorzystują ciepło do wytwarzania zimnej wody. W ten sposób pojedynczy system efektywnie dostarcza energię elektryczną, ciepło i chłodzenie.
Technologia ta poprawia niezawodność działania i pomaga obniżyć koszty operacyjne, rozwiązując problemy związane z siecią elektryczną, która często nie jest w stanie sprostać mocy wymaganej przez centrum danych oraz zapewnić bezpiecznego i ciągłego zasilania. Kogeneracja jest zatem proponowana jako wysoce wydajne, zrównoważone i długoterminowe rozwiązanie dla centrów danych, które stawiają czoła rosnącemu zapotrzebowaniu na energię i potrzebie optymalizacji zużycia energii.
Dzięki coraz bardziej sprzyjającemu kontekstowi, rośnie zainteresowanie systemami kogeneracji w centrach danych. Wzrost kosztów energii, coraz większa uwaga poświęcana zrównoważonemu rozwojowi i wsparcie w postaci zachęt regulacyjnych wpływają na coraz większą atrakcyjność tych rozwiązań. Ponadto ciągły postęp technologiczny ułatwia ich integrację z istniejącą infrastrukturą, otwierając nowe możliwości dla zaawansowanej efektywności energetycznej. Wreszcie, udowodnione korzyści ekonomiczne i środowiskowe kogeneracji dowodzą, że może ona nie tylko znacznie obniżyć koszty operacyjne, ale także przyczynić się do odpowiedzialnego, długoterminowego zarządzania energią.
Zalety kogeneracji i trigeneracji w centrach danych
Zastosowanie kogeneracji i trigeneracji w centrach danych oferuje liczne korzyści, które sprzyjają zrównoważonemu rozwojowi, efektywności energetycznej i niezawodności operacyjnej. Główne korzyści wymieniono poniżej:
Obniżenie kosztów energii: wdrożenie systemów CHP może znacznie obniżyć koszty energii. Trigeneracja, wykorzystując ciepło odpadowe do chłodzenia, dodatkowo zmniejsza zależność od elektrycznych systemów chłodzenia, prowadząc do znacznych oszczędności w zużyciu. Zwrot z inwestycji (ROI) różni się w zależności od kosztu energii i zachęt dostępnych w każdym kraju: na przykład we Włoszech może to potrwać około 2 lat; w innych krajach zwrot można oszacować za kilka lat, w zależności od lokalnych warunków;
Poprawa niezawodności i bezpieczeństwa energetycznego: systemy CHP zapewniają dodatkowy poziom bezpieczeństwa energetycznego, uzupełniający tradycyjne systemy rezerwowe (zasilacze UPS i generatory dieslowe). Podczas długotrwałych przestojów sieci kogeneracja pozwala utrzymać działanie centrum danych, zmniejszając obciążenie generatorów dieslowych i oszczędzając paliwo;
Elastyczność i integracja: systemy CHP można dostosować do konkretnych potrzeb każdego centrum danych, z rozmiarem i projektem, które odpowiadają unikalnym cechom lokalizacji, zapewniając w ten sposób doskonałą integrację z istniejącą infrastrukturą;
Przepisy i zachęty dotyczące efektywności energetycznej: coraz bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące efektywności energetycznej, wraz z rządowymi programami zachęt, takimi jak program NYSERDA w Nowym Jorku, odgrywają kluczową rolę w przyspieszeniu stosowania systemów kogeneracji.
Coraz większa uwaga poświęcana kwestii zrównoważonego rozwoju
Stosowanie systemów CHP stanowi ważny krok w kierunku zrównoważonego rozwoju w centrach danych, sprzyjając ograniczeniu wpływu na środowisko i poprawie efektywności energetycznej. Systemy CHP, dzięki wysokiej efektywności, która może przekraczać 90% w systemach gazu ziemnego, znacznie zmniejszają zużycie energii pierwotnej i emisję CO2. Pozwala to zakładom nie tylko zmniejszyć swój ślad ekologiczny, ale także daje możliwość pochwalenia się „zielonymi” referencjami, coraz bardziej cenionymi na poziomie globalnym.
W kontekście, w którym zrównoważony rozwój stał się strategicznym priorytetem, przyjęcie rozwiązań w zakresie energii odnawialnej i o niskim wpływie na środowisko jest postrzegane jako kluczowy czynnik przyciągania inwestorów i poprawy reputacji firmy. Dlatego systemy CHP stanowią strategiczne rozwiązanie dla zakładów dążących do poprawy ich efektywności energetycznej i zmniejszenia wpływu na środowisko, wnosząc wymierny wkład w walkę ze zmianami klimatycznymi.
ECOMAX®: rozwiązanie trigeneracyjne firmy AB
W tym kontekście AB wyróżnia się jako globalny dostawca modułowych systemów kogeneracji zaprojektowanych specjalnie dla centrów danych. Rozwiązania proponowane przez AB odpowiadają na rosnącą potrzebę zagwarantowania dużych ilości energii elektrycznej o wysokich standardach niezawodności, fundamentalnych dla ciągłej pracy centrów danych. Modułowe systemy CHP firmy AB, zaprojektowane do pracy zarówno równolegle z siecią, jak i w sposób całkowicie niezależny, gwarantują ciągłość działania i maksymalną elastyczność.
Oparte na trigeneracji rozwiązanie ECOMAX® firmy AB, umożliwia łączoną produkcję energii elektrycznej, cieplnej i chłodniczej, wykorzystując ciepło odpadowe do zoptymalizowania ogólnej wydajności. Takie podejście umożliwia znaczne obniżenie kosztów energii, zużycia i wpływu na środowisko, przyczyniając się do bardziej zrównoważonego zarządzania infrastrukturami.
Systemy ECOMAX® CHP i do wytwarzania energii na miejscu, zaprojektowane specjalnie dla centrów danych, oferują zoptymalizowane rozwiązania do szybkiej instalacji i rozruchu. Są to systemy ustandaryzowane, ale jednocześnie modułowe, skalowalne i konfigurowalne, odpowiednie dla każdego rodzaju centrum danych i dostępne zarówno w wersji indoor, jak i outdoor. Począwszy od rocznego profilu energetycznego wynoszącego 8760 godzin, który odpowiada ciągłej pracy centrum danych 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, AB wspiera klientów w definiowaniu i optymalizacji systemu, gwarantując maksymalną wydajność, niezawodność i ciągłość działania w czasie.
Wniosek
W kontekście, w którym centra danych odgrywają coraz ważniejszą rolę w globalnej gospodarce cyfrowej, efektywność i zrównoważony rozwój energetyczny stają się nieodzownymi elementami strategicznymi. Zaproponowane przez AB rozwiązania kogeneracyjne i trigeneracyjne stanowią konkretną odpowiedź na te wyzwania, łącząc niezawodność działania, optymalizację zużycia i ograniczenie wpływu na środowisko. Patrząc w przyszłość, przyjęcie modułowych systemów CHP, takich jak ECOMAX®, nie tylko poprawia odporność energetyczną infrastruktur cyfrowych, ale także zdecydowanie przyczynia się do osiągnięcia założeń transformacji ekologicznej i konkurencyjności energetycznej w perspektywie długoterminowej.
