Slim optimaliseren van datacenter Power Usage Effectiveness (PUE)

In de loop der jaren zijn datacenters uitgegroeid van een handvol servers in een kelder tot honderden, duizenden, soms zelfs honderdduizenden servers op één locatie. Zulke configuraties kunnen een zeer grote invloed hebben op het elektriciteitsnet en de gebruikers ervan in een bepaalde regio. In de loop der jaren is de workload van datacenters in de hele sector verachtvoudigd. Opmerkelijk genoeg is het totale energieverbruik vrijwel gelijk gebleven. Maar toch: datacenters verbruiken een zeer aanzienlijke hoeveelheid elektriciteit.

Power Usage Effectiveness, of PUE, vergelijkt de totale hoeveelheid energie die daadwerkelijk wordt gebruikt door computerapparatuur in datacenters met energie die voor secundaire processen zoals koeling of beveiliging nodig is. Hoe lager de PUE, hoe groter het deel van de energie dat wordt gebruikt voor het primaire proces.  

Datacenters moeten om diverse redenen hun PUE optimaliseren. Ten eerste om hun impact op het milieu en uitstoot van broeikasgassen terug te dringen, als onderdeel van het wereldwijde streven naar duurzaamheid en het reduceren van de gevolgen van klimaatverandering. Het verbeteren van de PUE ondersteunt ook MVO-initiatieven en naleving van steeds strengere regelgeving en rapportage-vereisten.

 Lager elektriciteitsverbruik voor secundaire processen zoals koeling, verlichting en stroomconversie levert ook aanzienlijke besparingen op. Dat is belangrijk, want energiekosten vormen een aanzienlijk deel van de operationele kosten van een datacenter. Naarmate de vraag naar datacenterdiensten groeit, neemt ook de behoefte aan rekenkracht toe. Door de PUE te optimaliseren, kunnen activiteiten worden opgeschaald zonder dat het energieverbruik evenredig toeneemt. Bovendien kunnen lagere PUE-waarden een concurrentievoordeel opleveren en een onderscheidende factor zijn in een markt waar klanten steeds milieubewuster worden.

Maar hoe kun je de PUE optimaliseren?

Er bestaan verschillende strategieën en technologieën om de PUE te optimaliseren. De inzet van energie-intensieve koelsystemen kan bijvoorbeeld worden verminderd door te koelen met buitenlucht of water, vloeistofkoeling, of afscheiden van warme en koude gebieden. Met virtualisatietechnologie wordt het mogelijk om meerdere virtuele servers op één fysieke server te draaien. Zo kan IT-apparatuur maximaal worden ingezet, waardoor er minder servers nodig zijn.

Ik zou hier echter graag dieper ingaan op de rol van energiesystemen bij het verbeteren van de PUE. Verliezen kunnen bijvoorbeeld worden verkleind door efficiëntere UPS-systemen (Uninterruptible Power Supply) in te zetten en spanningsdverdeelsystemen te optimaliseren. DC-stroomverdeling kan energieconversie-verliezen die typisch zijn voor AC-systemen verkleinen. Het is ook mogelijk om software- en hardwareoplossingen te implementeren die het stroomverbruik dynamisch aanpassen op basis van de werkbelasting. Dat kan bijvoorbeeld door inactieve componenten uit te schakelen.

De rol van Power Quality

‘Inbreiden’ - het verhogen van de capaciteit van bestaande installaties door slimme metingen en effectieve maatregelen - is de sleutel tot efficiënt, kosteneffectief, duurzaam gebruik van elektrische energie en optimale aansluiting op het net. Deze aanpak houdt in dat inefficiënties zijn in het stroomgebruik en -distributie worden opgespoord en dat er vervolgens manieren worden gevonden om deze op te lossen. Door 'inbreiding' kan capaciteit worden gecreëerd achter transformator(en) in elektrische installaties. Op deze manier kan op een veilige, slimme en duurzame manier meer rendement uit bestaande systemen worden gehaald.

Power Quality - de kwaliteit van spanning en stroom - speelt hierbij een belangrijke rol. Door Power Quality-verschijnselen zoals harmonische vervuiling, of inductief en capacitief blindvermogen op te heffen, en door load balancing, kan bestaande installatiecapaciteit worden vrijgemaakt en veel efficiënter worden gebruikt. Het op orde houden van de Power Quality is ook essentieel op andere gebieden.

Een goede Power Quality helpt verhoogde slijtage van IT-apparatuur en stroominfrastructuur voorkomen, waardoor de levensduur en operationele efficiëntie toenemen. Verhoogde warmteontwikkeling in apparatuur kan worden voorkomen, evenals spanningsschommelingen die ervoor zorgen dat apparaten buiten hun optimale parameters werken, waardoor het stroomverbruik toeneemt en de effectiviteit afneemt. Problemen als spanningsdalingen, spanningszwellingen, harmonischen, en flicker kunnen inefficiënties in datacenter-stroomverdelings- en conversiesystemen veroorzaken. Door de Power Quality te verbeteren, kunnen dergelijke verliezen worden geminimaliseerd. Dat leidt tot efficiënter energiegebruik en een lagere PUE. Ook wordt het mogelijk om efficiënt hernieuwbare energiebronnen zoals zonne-, wind- of waterkracht te gebruiken om aan een deel van de energiebehoefte van het datacenter te voldoen.

Proactieve aanpak

Proactieve acties en mitigerende maatregelen zoals actieve filtering en blindvermogencompensatie maken het mogelijk om netwerkprestaties op een zeer hoog peil te houden. Het is daarbij essentieel om naar het systeem als geheel te kijken. Wat is de kwaliteit van spanning en stroom? Wat gebeurt er op het net? Wat kan fluctuaties veroorzaken? Welke harmonischen worden er geïnjecteerd? Hoe beïnvloeden componenten elkaar onderling? Monitoring en analyses zijn essentieel om gebruikspatronen, verborgen problemen en verbetermogelijkheden te achterhalen. Zo kunnen datacenters hun doelen halen en blijven verbeteren zonder belangrijke processen te beïnvloeden. Aanpassingen kunnen met absolute zekerheid worden doorgevoerd, waarbij apparatuur blijft werken zonder downtime. Door in detail te kijken en complexe relaties tussen apparaten en componenten in kaart te brengen, kunnen datacenters weloverwogen aanpassingen maken, bronnen van onverwachte metingen achterhalen en duurzame, effectieve oplossingen implementeren.

Power Quality speelt ook een belangrijke rol bij het verbeteren van de PUE door ervoor te zorgen dat de elektrische stroom die aan het datacenter wordt geleverd stabiel en efficiënt is. Dit heeft directe gevolgen voor de energie-efficiëntie en operationele betrouwbaarheid van IT-apparatuur en de ondersteunende infrastructuur. De kwaliteit van de stroomvoorziening is van fundamenteel belang voor datacenteractiviteiten, en heef direct invloed heeft op PUE door de energie-efficiëntie, betrouwbaarheid van apparatuur en operationele stabiliteit te beïnvloeden. Door deskundige metingen, analyses, simulaties en verbeteringen kunnen datacenters lagere PUE-waarden bereiken, wat resulteert in een aanzienlijk duurzamere en meer kosteneffectieve bedrijfsvoering - zonder enorme investeringen in de capaciteit van het elektrische systeem.

Jorlan Peeters is Managing Director HyTEPS