Как выбор технологии охлаждения может снизить воздействие центров обработки данных на климат

Технология охлаждения играет важную роль в повышении энергоэффективности данных. Эффективная система охлаждения не только снижает потребление энергии, но и может повысить потенциал использования отходящего тепла, улавливая его при еще более высоких температурах.

Выбор технологий охлаждения обычно обусловлен инвестиционными затратами и необходимостью высокого теплового потока от серверов.

В большинстве центров обработки данных используются обычные системы воздушного охлаждения, которые просты и дешевы. Обратной стороной является то, что это неэффективный способ отвода тепла и, следовательно, приводит к высокому потреблению энергии и низким температурам отходящего тепла.

Однако стремление рынка к созданию еще более ресурсоемких центров обработки данных привело к появлению методов охлаждения, которые могут отводить больше тепла на единицу площади.

Примерами этого являются системы охлаждения на основе жидкости, которые уже поступили в продажу, и двухфазные системы охлаждения, которые являются новой технологией. Эти новые системы охлаждения могут передавать тепло при температуре 60-80 ° C. Это тепло, которое мы можем напрямую использовать для многих целей.

С точки зрения общей энергоэффективности выбор технологии охлаждения должен основываться не только на стоимости и скорости рассеивания тепла, но и на потенциале утилизации отходящего тепла.

Утилизация отработанного тепла — каковы возможности?

Независимо от того, насколько энергоэффективен центр обработки данных, в конечном итоге почти вся потребляемая им электроэнергия превращается в отработанное тепло. Сегодня это тепло обычно ни для чего не используется. Но на самом деле он может быть очень ценным ресурсом, если его правильно использовать.

Проблема в том, что тепло имеет низкие уровни температуры, что затрудняет его использование. Однако, как мы видели, выбор технологии охлаждения улучшится, чтобы можно было ее использовать.

В общем, существует два способа использования отходящего тепла: прямое использование или преобразование в другие формы энергии или уровни температуры, такие как:

• Повышение температуры — например, с помощью теплового насоса
• Производят охлаждение — например, с сорбционным охлаждением
• Преобразование в электрическую энергию — например, с помощью органического цикла Ренкина.

Как видно из приведенной ниже таблицы, существует несколько потенциальных приложений, которые могут извлечь выгоду из отработанного тепла центра обработки данных. Выбор более эффективных технологий охлаждения открывает еще больше приложений.

Городские районы

В городских районах существует большой потенциал использования отработанного тепла из центров обработки данных для централизованного теплоснабжения, поскольку технология тепловых насосов может поднять отработанное тепло до необходимого уровня температуры. Этот потенциал получил распространение в отрасли, и в настоящее время с этой целью реализуется несколько инициатив и проектов, таких как использование отработанного тепла центра обработки данных для централизованного теплоснабжения в Осло. В этом контексте SINTEF работает над тем, как городские источники тепла, такие как центры обработки данных, могут играть роль «городских тепловых станций» и обеспечивать теплом местные энергосистемы.

Другими областями применения являются отопление зданий и нагрев воды для бытового потребления, что может быть выполнено без использования тепловых насосов.

Сельские районы

Во многих ситуациях для центров обработки данных выгодно располагаться в сельской местности из-за наличия места, электроэнергии и возможности использования географического положения для достижения эффективных методов охлаждения, таких как естественное охлаждение в горах или доступ к рекам или морю. воды. Обратной стороной этого является то, что отсутствие потенциальных городских получателей тепла затрудняет утилизацию отработанного тепла.

Здесь необходимо информировать операторов центров обработки данных, промышленность и местные органы власти о потенциале сбросного тепла из центров обработки данных. Создание центров обработки данных в одном месте с предприятиями соответствующей отрасли, которые могут использовать отходящее тепло, может привести к значительной экономии энергии и выбросов. Примеры потенциального использования отработанного тепла в промышленных целях включают переработку биомассы, производство продуктов питания в теплицах и наземные рыбные фермы.

Роль центров обработки данных в будущем

Растущая индустрия центров обработки данных в будущем будет играть все большую роль в обществе. И даже с учетом мер по повышению их энергоэффективности вполне вероятно, что их доля в мировом потреблении энергии в ближайшие годы вырастет.

Потенциальная ключевая роль центров обработки данных как крупных потребителей энергии сегодня — стать энергетическими центрами завтрашнего дня. В качестве энергетических узлов центры обработки данных могут производить, потреблять и хранить энергию и находить хорошее применение, например, путем балансировки нагрузки в электросети, чтобы справиться с пиковым спросом, и интеграции потребностей в электрической и тепловой энергии и переключения между этими потребностями в зависимости от сезонных изменений. Например, зимой можно перейти на отопление, чтобы удовлетворить возросший спрос на централизованное теплоснабжение, тогда как летом доставляется большая часть электроэнергии.

Начало:

• Сокращение углеродного следа центров обработки данных. Часть 1

Вы думаете о криптовалютах и ​​потоковых сервисах, когда слышите слово «дата-центр»? Ты не одинок. Но они намного больше.

Да, это дом вашего любимого шоу Netflix. Но видеоконференции, автономные транспортные средства, умные города, онлайн-банкинг и медицинские журналы — это всего лишь несколько примеров продуктов и услуг, которые требуют вычислительной мощности и обрабатываются в центрах обработки данных по всему миру.

За последнее десятилетие спрос на вычислительные мощности вырос в геометрической прогрессии, что сделало центры обработки данных быстрорастущей отраслью. Они являются огромной частью того, что позволяет нам жить современной, оцифрованной жизнью. И они являются важными факторами, способствующими более эффективным услугам и переходу к зеленой экономике. Например, сокращение количества поездок за счет более широкого использования электронных собраний и использование интеллектуальных технологий, делающих нашу жизнь более экологичной и комфортной.

Но есть и обратная сторона медали: центры обработки данных потребляют огромное количество энергии.

Они уже потребляют более 2% мировой электроэнергии и на их долю приходится 2% мировых выбросов CO 2. Это эквивалентно всей авиационной отрасли в мире. Это резко контрастирует с целью European Green Deal по обеспечению климатической нейтральности центров обработки данных к 2030 году.

Центры обработки данных должны уменьшить свое воздействие на климат, если мы хотим смягчить последствия изменения климата и соблюдать нормирование выбросов в атмосферу. И многие смотрят на Норвегию как на место, где для этого есть как инфраструктура, так и природные ресурсы.

Как центры обработки данных могут стать более энергоэффективными, чем сегодня?

Как и устройству, на котором вы читаете эту статью, дата-центрам для работы требуется электричество. Им просто нужно НАМНОГО больше. И точно так же, как на вашем компьютере есть вентилятор, чтобы предотвратить его перегрев, центрам обработки данных нужна система охлаждения.

С точки зрения воздействия на климат потребность в энергии и охлаждении не является проблемой сама по себе. Проблема в том, что системы охлаждения большинства центров обработки данных неэффективны и потребляют ненужное количество энергии. А тепло, отводимое системой охлаждения, может быть ценным ресурсом, но редко используется ни для чего.

Вдобавок ко всему, большинство центров обработки данных используют невозобновляемые источники электроэнергии, а это значит, что есть большая вероятность, что ваша следующая видеовстреча будет работать на угле, нефти или газе. Даже если вы посещаете встречу с помощью мобильного устройства или компьютера, питающегося, например, водой, ветром или солнечной энергией.

Но что, если бы видеовстреча транслировалась с сервера, работающего от воды или ветра, с более энергоэффективным охлаждением и с использованием отработанного тепла? Давайте подробнее рассмотрим, как центры обработки данных могут превратиться из врага климата в своего друга, и почему многие думают, что Норвегия может быть идеальным местом для их строительства.

Преимущества и проблемы с дата-центрами в Норвегии

География и природные ресурсы Норвегии позволили ей стать крупным производителем возобновляемой энергии. Фактически, 98% электроэнергии в Норвегии производится из возобновляемых источников, а цены на электроэнергию в стране одни из самых низких в Европе. Кроме того, прохладный климат обеспечивает как очень эффективное охлаждение, так и большой потенциал использования отходящего тепла.

Эти преимущества не остались незамеченными отраслью, привлекая ведущие компании в области центров обработки данных, такие как Microsoft и Facebook. Это может способствовать появлению новой норвежской промышленности.

Но рост индустрии центров обработки данных в Норвегии не обойдется без проблем, и Норвегии придется делать больше, чем просто полагаться на свои природные ресурсы.

Потребность в увеличении производства возобновляемой энергии будет увеличиваться: по оценке Норвежского управления водных ресурсов и энергетики, потребление электроэнергии из центров обработки данных вырастет с 0,8 ТВтч в 2019 году до 3–11 ТВтч в 2040  году. мощность в электросети. Повышенный спрос со стороны различных потребителей, таких как новые развивающиеся наземные отрасли, такие как производство аккумуляторов, электрификация морских нефтегазовых платформ, и повышенный спрос со стороны домашних хозяйств, например, на зарядку электромобилей, вызывает необходимость увеличения электрической мощности. В этом аспекте на центры обработки данных приходится большая доля возросшего спроса:в период с 2018 по 2019 год около 50% новых запросов на подключение к электросети поступало из центров обработки данных.

Так почему же центры обработки данных так энергоемки?

Простой ответ — вычислительная мощность и охлаждение.

Серверы требуют большого количества энергии для вычислений. Эта энергия рассеивается в виде тепла на относительно небольшой площади. А поскольку ИТ-оборудование чувствительно к высоким температурам, тепло необходимо постоянно отводить.

Как показано на рисунке выше, потребность в энергии для охлаждения обычно составляет большую долю от общего энергопотребления в центрах обработки данных.

Потребность в энергии для охлаждения зависит от нескольких факторов, например, от решения для охлаждения и расположения центра обработки данных. То есть более холодный климат приводит к снижению потребности в энергии за счет охлаждения.

PUE = (общее энергопотребление центра обработки данных)/(энергопотребление ИТ-оборудования)

Эффективность центров обработки данных часто описывается их значениями PUE. Эффективные центры обработки данных могут достигать значений PUE ниже 1,2. Однако легче достичь низких значений при более низкой температуре окружающей среды, так как на механические холодильные системы необходимо тратить мало энергии или не тратить ее вовсе. Это означает, что центры обработки данных, расположенные в странах Северной Европы, имеют естественное преимущество.

Тем не менее, исследование показало, что центры обработки данных в Скандинавии достигают среднего показателя PUE 1,71, что указывает на то, что еще есть значительные возможности для повышения энергоэффективности. Это можно сделать, выбрав более эффективные технологии охлаждения.

Продолжение:

• Сокращение углеродного следа центров обработки данных. Часть 1