Интегриране на възобновяеми енергийни технологии в центрове за данни

Интересът към възобновяемите източници на енергия се определя от два ключови фактора - устойчивост по отношение на околната среда и енергийни спестявания. Потреблението на електроенергия в един център за данни е съществено, а енергийните разноски отговарят за почти половината от общите експлоатационни разходи.

Като се вземат предвид нарастващите и непредвидими цени на електрическата енергия, както и глобите, свързани с все по-стриктното законодателство за въглеродни емисии, става ясно защо през последните години операторите се съсредоточават върху ролята на възобновяемите източници за редуциране и/или стабилизиране на енергийните разходи.

Много от водещите компании преразглеждат своите бизнес, екологични и социални ценности и вече имат инициативи, свързани с възобновяемата енергия. Google разполага центровете си за данни на база редица фактори, определящи надеждно предоставяне на услуги, на места, където потенциалът за използване на възобновяеми източници невинаги е голям. Затова компанията използва вятърна и соларна възобновяема енергия, доставена въз основа на сключени споразумения за закупуване на електроенергия.

Този подход стимулира комуналните дружества да инвестират в развитието на възобновяеми източници. Facebook има няколко съоръжения, изцяло захранвани от местни ветропаркове, както и център за данни в Швеция, работещ с хидроенергия. От Microsoft пък експериментират със захранването на 20-киловатов център за данни с биогаз от намираща се в близост пречиствателна станция за отпадъчни води. Други компании, като Apple например, инвестират в изграждането на собствени соларни или вятърни мощности за генериране на чиста енергия.

Сред най-подходящите технологии за възобновяема енергия за центровете за данни са покривните соларни системи, ветрогенераторите, геотермалните източници и оползотворяването на отпадната топлина. Соларните инсталации имат някои недостатъци с оглед на високата цена на фотоволтаичните панели, климатичните изисквания и пространствените ограничения.

Въпреки това соларните решения са сред най-широко прилаганите за центрове за данни. Вятърните турбини не са толкова често срещани, което се дължи най-вече на високите първоначални инвестиционни разходи. Независимо от това, интересът към този природен ресурс също нараства сред операторите на центрове за данни.

Системите за съхранение на енергия също са на дневен ред в сектора, тъй като те могат да намалят проблемите с прекъсванията. Технологията е обещаваща, но внедряването й в голям мащаб не е постижимо за много от компаниите поради финансови и пространствени ограничения. Очаква се с понижаването на цените тези системи да изиграят важна роля в преодоляването на свързаните с надеждността предизвикателства, присъщи за възобновяемите източници на енергия.

Вземане на решение

При обмислянето на стратегия за използване на възобновяема енергия операторите трябва да отчетат два фактора - необходимостта от по-добро управление на енергопотреблението на място и потенциала за генериране на излишни товари, които могат да се превърнат в източник на приходи, ако се подават към основната електроразпределителна мрежа.

Една от основните движещи сили за интегрирането на възобновяеми източници в центровете на данни са различните времево обвързани тарифи на електроснабдителните дружества. Операторите на центрове за данни непрекъснато търсят алтернативи за управление на потреблението и/или ограничаване на зависимостта от мрежата по време на пиковите периоди с най-висока консумация. Ползването на собствени възобновяеми източници (или продаването на електроенергия на комуналните дружества) при пиково потребление може да помогне за намаляване на разходите.

Въпреки предизвикателствата на възобновяемите източници на енергия по отношение на капиталовите им разходи, виждането за тях се променя. В световен мащаб цените за възобновяема енергия, най-вече за соларна, са на път да се изравнят с тези за електроенергията от мрежата благодарение на програмите за насърчаване на ВЕИ. Освен това веднъж внедрени, фотоволтаичните, вятърните и геотермалните източници предоставят безплатно и неограничено количество енергия, което в крайна сметка води до по-ниски разходи във връзка със собствеността на съоръженията.

Свързване и управление

При интегрирането на възобновяеми източници в центрове за данни трябва да бъдат взети предвид няколко параметъра. Първият въпрос е по какъв начин центърът консумира електроенергия и до каква степен потреблението е управляемо. С други думи, трябва да се определи дали възобновяемите източници ще могат да предоставят управляем непрекъснат товар и дали могат да бъдат внедрени по такъв начин, че да могат да осигуряват добавена стойност за центъра за данни. Необходимо е да се прецени и дали ще могат да бъдат инсталирани системи за управление, които да позволят връзка с комуналното дружество за продажбата на излишната енергия.

Отчитайки съществуващите ограничения на възобновяемите източници, операторите на центрове за данни могат все пак могат да се възползват от ползите им чрез създаването на микроразпределителни мрежи, работещи с енергия от няколко източника, включително от основната мрежа, дизелови генератори и ВЕИ. Този подход се е доказал като особено подходящ за региони, в които цената на електроенергията от мрежата е висока и ненадеждна.

Технологиите за енергиен мениджмънт са от ключово значение за интегрирането на възобновяемите източници и много решения, предназначени за централи или комунални дружества, могат да бъдат адаптирани и за условията на центровете за данни. Някои от водещите доставчици на пазара предлагат соларни инвертори, продукти ниско напрежение, системи за мониторинг и управление, мрежови свързвания, както и решения за стабилизиране и интегриране.

Продуктовият каталог на една от компаниите например включва всички видове технологии, необходими за създаването на платформа за възобновяема енергия за един център за данни. Соларните инвертори позволяват на центъра за данни да преобразува постоянния ток, генериран от фотоволтаичните модули, в променлив с 98% ефективност, а с цел комбинирано производство на електроенергия към системата могат да бъдат включени един или няколко работещи на гориво генератора.

Компанията предлага и инженерни решения за интегрирането на възобновяеми източници към съществуващи базирани на генератори мрежи за повишаване на стабилността и оптимизиране на енергопотока. За управление на непредвидените флуктуации в честотната и напрежителната характеристика на възобновяемите източници се предлагат базиран на маховик генератор и софтуер, управляващ входящата и изходящата енергия. Тези технологии за управление на енергията могат да помогнат на операторите за решаване на проблемите, свързани с изграждането на собствена централа за възобновяема енергия към центъра за данни.

Характеристики на източниците

Реалността е, че възобновяемите източници в повечето случаи трудно могат напълно да отговорят на енергийните нужди на центъра за данни. Рядко се случва една наземна или покривна фотоволтаична система да предостави изцяло необходимата за работата на центъра за данни енергия, просто защото няма достатъчно пространство за разполагане на всички необходими соларни модули. В допълнение, метеорологичните условия могат да имат силно изразено въздействие върху производствения капацитет, например на соларните инсталации, поради което те не могат надеждно да доставят необходимата енергия.

Генерирането на енергия може да бъде изключително променливо в зависимост от времето на деня и климатичните условия - един преминаващ облак може да доведе до спад в производството на електроенергия от 5 MW до 100 kW само за няколко секунди. Докато за покривните соларни системи винаги има пространство, за което не се изискват допълнителни оперативни разходи, то за вятърните турбини е необходима значителна площ, за да може да се генерира достатъчно енергия. Геотермалните източници на възобновяема енергия също са свързани със съществени по размер разходи за логистика и инфраструктура.

Предизвикателството за много от центровете за данни, интересуващи се от производство на възобновяема енергия на място, се състои в това, че технологиите на това си ниво на развитие рядко предоставят цялостно решение за осигуряване на енергия 24/7 заради прекъсванията (при соларните и вятърните инсталации), пространствените ограничения и разходите за внедряване.

Чрез комбинирането на различни източници като покривни соларни системи, биогорива, батерии, горивни клетки и дизелов генератор, ролята на възобновяемите източници за захранването на центъра за данни може да бъде разширена. Изборът на източници зависи от редица променливи, например климата, тарифите на местното електроразпределително дружество и наличния достъп до възобновяеми ресурси.

Както няколко от водещите компании демонстрират, центровете за данни могат да избегнат разходите за площ и инфраструктура чрез партньорство с електроснабдителни дружества, търгуващи с възобновяема енергия.

Ползи

Няма техническа причина, поради която операторите на центрове за данни да не разгледат алтернативите за възобновяема енергия, въпреки че при някои съоръжения, разположени във високи сгради в гъсто населени места, може да се появят някои специфични предизвикателства. Вземането на решение за интегриране на възобновяеми източници зависи обаче не само от техническата, но и от икономическата осъществимост. Трябва внимателно да се прецени дали внедряването на ВЕИ наистина ще доведе до реализиране на спестявания.

В процеса на интегриране трябва да бъдат обсъдени няколко въпроса - от изискванията за надеждност и устойчивост до ролята, която ще изпълняват възобновяемите източници като първичен, допълнителен или резервен доставчик на енергия. Компаниите следва да преценят и значението на възобновяемата енергия за корпоративната и социалната стратегия.

Аргументите в полза на възобновяемите източници в центровете на данни стават все по-силни. Освен че са основен елемент в намаляването на въздействието върху околната среда, сега те се разглеждат и като надежден резервен източник на енергия, който може да намали зависимостта от електроразпределителните мрежи в някои по-натоварени региони.

Някои компании вече са силно ангажирани със стратегии за използване на възобновяема енергия, докато други все още са на етап планиране и проучване на аспектите, свързани с управлението на енергопотреблението, какви са възможностите за споразумения с комуналните дружества, какви са енергийните нужди и др. След отговаряне на тези въпроси операторите ще са в по-добра позиция да вземат информирани решения за това какъв процент от захранването на центъра за данни да бъде осигурено от ВЕИ и кои технологии ще бъдат най-подходящи от икономическа и екологична гледна точка.