Energie-autonome datacenters: realiteit of science fiction?

Minder dan 40 jaar geleden zagen de iets oudere lezers de verre toekomst waarheid worden. Captain James T. Kirk praatte toen honderduit tegen zijn uitklapbare mobieltje terwijl Doc McCoy lustig zijn medische analyses uitvoerde op iets wat op de voorloper van de iPad leek. Nu worden we nog net niet ‘gebeamed’ naar werk of een vakantieoord, maar de toekomst is nabij. Kijk alleen al naar een concept als energie-autonome datacenters. Tot voor kort beschouwden we dat als onmogelijk, maar nu is het binnen handbereik.

2020 nadert met rasse schreden en toch lijkt het halen van de EU-energie-objectieven nog veraf (20% hernieuwbare energie en efficiëntieverbetering). 2030 wordt dan nog uitdagender. Vandaag kijken naar een grotendeels energie-autonoom datacenter lijkt dan ook een ver-weg-scenario. Elk jaar wordt de IT-infrastructuur weliswaar energiezuiniger en -efficiënter, maar worden meer en meer bits geconsumeerd. Die groei gaat harder dan we aan energie kunnen besparen.

Smart grids

Toch zijn we hard op weg naar energie-autonome datacenters. In een wereld waarin smart grids zijn opgebouwd uit micro-grids die hun energiebehoefte zelf produceren, kan het haast niet anders dan dat grootverbruikers als datacenters ook deels zelf energie gaan opwekken. Daarbij zullen deze zoveel mogelijk hun eigen energie opslaan, om vervolgens te gebruiken als dat opportuun is. De business case lijkt voorlopig nog ver te zoeken. We kennen echter de creativiteit (lees: energiekosten en -belastingen) waarmee de politici ons als gebruiker in de juiste richting kunnen duwen. En dat is momenteel toch vooral het behalen van de EU- doelstellingen.

Opslag van energie

Bij het opwekken van hernieuwbare energie denken we momenteel vooral aan windmolens en zonnepanelen. Deze zullen straks niet meer weg te denken zijn bij een datacenter. Elektriciteit opslaan doen we nu al in beperkte mate, al gaat het dan meestal om batterijen die deel uitmaken van een noodstroominstallatie. Deze zijn in staat enkele minuten de stroomvoorziening op gang te houden, totdat een minder CO₂-neutrale generator set het overneemt.

• 1. Batteries & Battery Rack
• 2. Battery Monitoring & Management System
• 3. Climate Control
• 4. Ventilation
• 5. Monitoring & Control Unit
• 6. Connection Un

Een scenario met microgrids vergt echter een veel grotere elektrische opslagcapaciteit. Daardoor zal de typische kleinere noodstroomaccu naar een grotere MWh-batterij evolueren die geschikt is voor veelvuldige cyclische op- en ontlaadbewegingen. Zo’n scenario biedt als voordeel dat we veel minder afhankelijk worden van de energiekosten. Bovendien biedt het een veel grotere (noodstroom)capaciteit die nagenoeg permanent op een datacenter-locatie aanwezig blijft.

Hoogcyclische applicaties

GNB Industrial Power ontwerpt en produceert al decennia lang batterijen die onder meer worden toegepast in kritische noodstroomapplicaties. Daarnaast heeft GNB zich gespecialiseerd in batterijen voor hoogcyclische applicaties - voor een opslag van enkele kWh tot meerdere MWh. Hierbij kunnen zowel lood als Li-Ion accu’s worden ingezet. In het kader van smart grid storage-projecten worden nu reeds grotere lood- of Li-Ion batterijen ingezet of hybride oplossingen waarbij bijvoorbeeld een kleinere Li-Ion accu (power) gecombineerd met een grotere lood-batterij (energie) de dagelijkse op- en ontlaadstroombehoeften dekken.

Deze batterijen kunnen in transporteerbare containers aangeleverd en modulair worden opgebouwd. Voordeel van een dergelijk modulair scenario zal duidelijk zijn: de energie-hoeveelheid groeit mee waar en wanneer dat nodig is. Bovendien zijn deze oplossingen goed te gebruiken in het geval van een calamiteit. Het kiezen van de juiste accu-technologie (lood, Li-Ion of een mix daarvan) is een vraag op zich en dient ook weer te worden bekeken in functie van de behoefte. Met de huidige hype rond Li-Ion lijkt het voor sommigen een uitgemaakte zaak, maar het is vaker gebleken dat de berg een muis baart. Met andere woorden: is Li-Ion wel de beste keuze?

MWh-energieopslag

Net zoals Li-Ion meerdere sub-technologieën (kobalt, mangaan, ijzerfosfaat, titaan en dergelijke) kent, hebben ook loodaccu’s meerdere varianten met een levensduur die kan oplopen tot 25 jaar. Het is daarom belangrijk de juiste loodaccu-technologie voor de juiste applicatie in te zetten.

De voorstanders van Lithium Ion vergelijken maar al te vaak een minder of niet-geschikte lood-technologie met een bepaalde Li-Ion accu om op die manier tot een gunstige Total Cost of Ownership te komen voor deze laatste optie. Op EU-vlak worden tevens voornamelijk nieuwere accu-technologieën gesponsord in proefopstellingen waardoor ook daar Li-Ion meer in de kijker is gekomen. Daardoor ontstaat ten onterechte de indruk dat loodbatterijen weinig toekomst zouden hebben in MWh-energieopslag.

R&D rond lood-accu’s

Juist door de sterk groeiende vraag naar smart grids hebben belangrijke loodfabrikanten de afgelopen jaren sterk ingezet op R&D en de verdere ontwikkeling van hoogcyclische accu’s die bestand zijn tegen hogere temperaturen en die een langere levensduur kennen. Een loodbatterij behoeft verder geen duur (potentieel falend) batterijmanagement- en balancering-systeem en is eenvoudig in gebruik. Combineren we dit met de lagere TCO, de grotere veiligheid, de in de praktijk ruim voldoende bewezen betrouwbaarheid, de betere mogelijkheden om loodaccu’s te recyclen en de gunstigere kosten, dan zorgt dit ervoor dat de nieuwe generatie loodaccu’s doorgaans de beste optie vormen voor energieopslag.

Uiteraard is dit nooit een zwart/wit-verhaal. Er kunnen tal van klant- of project specifieke factoren of KPI’s meespelen die de balans in het voordeel van lood of Li-Ion laten uitslaan. Bovendien vraagt ieder opslagscenario om een zorgvuldig onderzoek, waarbij ook andere belangrijke kostencomponenten dienen in de berekeningen meegenomen dienen te worden. Denk aan de energiekosten, de kosten voor gensets inclusief onderhoud, het verhogen van de temperatuur on site, UPS-accu’s en dergelijke. Bovendien zullen we ook moeten kijken naar strategische keuzes geo-redundancy.

Een datacenter dat grotendeels onafhankelijk is van het grid lijkt nu nog wat op de mobiele telefoon en tablet die Gene Roddenberry in de jaren 60 voor Star Trek bedacht. Mijn inschatting is echter dat een dergelijk energie-autonoom datacenter binnenkort heel gewoon zal worden.

Raf Bruggeman, GNB Industrial Power