El Reino Unido fue la primera nación en establecer un compromiso legal para las emisiones netas de carbono cero en 2019. Esto requiere abordar sectores difíciles de reducir y garantizar que las funciones diarias no se interrumpan.
Internet brinda muchos servicios durante gran parte de nuestras vidas y esto ha aumentado enormemente como resultado de la pandemia de Covid-19, ya que los requisitos de distanciamiento social dieron como resultado un marcado aumento en el trabajo remoto y las videollamadas.
Al mismo tiempo, se disparó el uso de aplicaciones basadas en la nube y servicios de copia de seguridad y transmisión, mientras que las organizaciones de atención médica cambiaron rápidamente hacia el uso de citas por video para minimizar las interacciones en persona.
Ahora, es probable que la vida en el futuro siga dependiendo en gran medida de Internet y de los centros de datos que trabajan detrás de escena para impulsar este caso de uso de ejemplo.
La importancia de los centros de datos en nuestra vida cotidiana se refleja en la demanda de energía eléctrica del sector. Las estimaciones publicadas y las tendencias de crecimiento de la industria sugieren que el uso de energía oscila entre el 2 % y el 4 % del total del Reino Unido.
En otros países, es mucho más. Por ejemplo, en Irlanda, se informa que el uso de energía del centro de datos llega al 15 % del uso total y se prevé que se duplique en los próximos cinco años.
Además, se espera que el uso de energía del centro de datos aumente a nivel mundial a medida que continuamos aprovechando las oportunidades de digitalización y big data. Otro factor que impulsa el crecimiento futuro en el uso de energía de los centros de datos es la creciente dependencia de Internet del número cada vez mayor de satélites que orbitan la Tierra.
Esto implica el desarrollo de asociaciones entre los proveedores de la nube y los operadores de satélites, y es probable que las estaciones terrestres anteriormente autónomas se implementen como parte del perímetro en el futuro.
El sector de los centros de datos es consciente de su huella ambiental y hay un impulso notable para asegurar la energía renovable para la industria, ya sea mediante acuerdos de compra de energía con proveedores de energía o mediante la generación en el sitio, y la eficiencia ya está integrada en el núcleo de la mayoría de las instalaciones.
Toda la energía eléctrica utilizada por un centro de datos finalmente se convierte en calor, que generalmente se descarga a la atmósfera mediante equipos de refrigeración que son extremadamente costosos de operar y mantener.
Este calor a menudo se considera un subproducto no deseado de las operaciones del centro de datos, pero existen oportunidades para contribuir a minimizar las emisiones de los centros de datos en el futuro a través de su reutilización proactiva.
El gobierno del Reino Unido, por ejemplo, hizo referencia a que los centros de datos son una fuente principal de calor residual que podría reutilizarse para calentar hogares y negocios en su documento de estrategia de cero emisiones, publicado en octubre de 2021.
El documento detalla cómo el gobierno del Reino Unido tiene la intención de lograr su objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a cero neto para 2050 a través de una serie de medidas, incluida la búsqueda de formas de reutilizar el calor residual generado en procesos comerciales e industriales.
La razón de esto es que se espera que esto ayude a descarbonizar el sector de calefacción y refrigeración del Reino Unido, que, según se informa, es responsable de aproximadamente el 50 % del uso de energía y el 33 % de las emisiones totales de carbono.
Superando las barreras para la reutilización de calor a gran escala
Al igual que con cualquier tecnología nueva, hay una serie de desafíos que deben superarse primero para aprovechar al máximo la oportunidad y la promesa de la reutilización del calor.
Uno de ellos es la proximidad a la demanda de calor. Por ejemplo, cuanto más cerca esté un centro de datos de hogares o empresas que necesitan calefacción, mejor. Esto podría lograrse con el apoyo del gobierno y la formulación de políticas en el Reino Unido, como ya lo han hecho muchos países miembros de la Unión Europea.
Donde los centros de datos no pueden ubicarse cerca de la demanda de calor existente, las aplicaciones como invernaderos o granjas sostenibles podrían ubicarse allí a propósito para hacer uso de esta energía baja en carbono y de bajo costo, que es un camino que está siguiendo la empresa de colocación noruega Green Mountain.
El calor capturado también debe tener un precio para asegurar el retorno de la inversión y permitir que la competencia impulse el cambio.
Hay una serie de instalaciones en todo el mundo que ya demuestran la viabilidad de la instalación, los beneficios ambientales y los enormes ahorros resultantes de la recuperación del calor residual.
Estos incluyen la asociación de Amazon que reutiliza el calor residual del vecino Westin Building Exchange en su sede de Seattle y el sistema WHR recientemente construido de Facebook en su centro de datos de Odense, que alimenta el agua tibia de su sistema de enfriamiento al sistema de calefacción del distrito de la ciudad, similar al caso de Yandex DC en Mäntsälä, Finlandia.
Uso del calor residual para mejorar la eficiencia energética del centro de datos
En áreas urbanas, el calor residual puede capturarse desde los centros de datos y luego distribuirse en el punto de uso para suministrar agua caliente y calefacción de espacios. Existe un impulso hacia la instalación de instalaciones de borde, que comprenden centros de datos distribuidos más pequeños en las afueras de las áreas urbanas, cerca de la demanda potencial de calor.
Además, las densidades de chips y racks están creciendo en línea con las cargas de trabajo y es probable que la necesidad de reducir las emisiones futuras impulse un interés creciente hacia el desarrollo de enfoques de refrigeración líquida más eficientes, lo que resultará en temperaturas más altas para el calor secundario disponible.
Utilizar el calor residual reduciría en gran medida la huella de carbono de las operaciones del centro de datos de la noche a la mañana y, al hacerlo, haría una contribución significativa al viaje del Reino Unido hacia la red cero.
Este tema es objeto de una investigación en la London South Bank University (LSBU) para explorar oportunidades, identificar desafíos y comprender los beneficios de la recuperación del calor residual del centro de datos, tanto para el propio centro de datos como para el Reino Unido en su conjunto.
“Este proyecto reúne disciplinas de ingeniería de una manera inteligente para compartir recursos y minimizar las emisiones y muestra la naturaleza de la investigación del mundo real que se lleva a cabo en la Escuela de Ingeniería de LSBU”, dice Asa Barber, decano de ingeniería de la universidad.
La necesidad de un funcionamiento continuo y el cumplimiento de estrictos requisitos de control de temperatura suelen hacer que los centros de datos sean un excelente candidato para participar en redes de calor.
Los centros de datos refrigerados por aire, que actualmente dominan el mercado, pueden incorporarse a redes de calor de baja temperatura.
El proyecto GreenSCIES demuestra un enfoque para integrar un centro de datos en una red de calor de baja temperatura, cuyo objetivo es ofrecer un modelo fácilmente replicable para una red de energía local inteligente en cualquier área urbana.
El diseño detallado entregado por este proyecto proporcionará una red de calor de 5ª generación (5G) de temperatura ultrabaja con bombas de calor bajas en carbono distribuidas para suministrar calefacción/refrigeración.
Lo hace mediante el uso de bucle ambiental para intercambiar energía entre edificios para recuperar el calor residual de los centros de datos y el aire de ventilación del metro de Londres.
El calor residual capturado por la red se distribuye luego a su punto de uso planificado y puede actualizarse a una temperatura más alta mediante una bomba de calor ubicada en un centro de energía descentralizado.
Esto proporciona calor (bajo en carbono) a la temperatura necesaria, que se puede entregar prácticamente sin emisiones.
Los centros de energía recibirán electricidad de paneles solares fotovoltaicos, que también cargarán vehículos eléctricos habilitados con carga/almacenamiento de vehículo a red junto con baterías a gran escala.
“GreenSCIES proporciona un ejemplo de la vida real de cómo se puede recuperar y reutilizar la energía de una manera mucho más sostenible”, dice Catarina Marques, directora de proyectos de GreenSCIES en LSBU.
Combinar calor, energía y movilidad en un solo lugar crea sinergias con emisiones ultrabajas y a un costo atractivo para el consumidor. También brinda la oportunidad para que la comunidad posea y opere su propio sistema de energía local.
Se espera que GreenSCIES sea el primer gran sistema de energía inteligente en el Reino Unido que integre tecnologías energéticas en calor, energía y transporte, proporcionando un modelo para la replicación a gran escala.
El sistema GreenSCIES no necesariamente necesita involucrar un centro de datos; hay muchas otras fuentes potenciales de calor que se pueden usar. Sin embargo, los centros de datos suelen estar situados en el lugar adecuado (áreas urbanas), cerca de regiones de alta densidad de demanda de calor, y tienen buenas características para su uso en este tipo de aplicaciones, incluidas temperaturas constantes y una necesidad continua de refrigeración.
A partir de 2018, probablemente había algo menos de 500 grandes centros de datos en el Reino Unido, que en conjunto consumían entre 11 TWh y 42 TWh de energía eléctrica. Desde el punto de vista de la generación de calor, esto corresponde al equivalente de un 2,5% a un 10% de la demanda interna de calor del país, según datos del regulador energético Ofgem.
Por lo tanto, los beneficios para los residentes y las empresas en las comunidades donde hay centros de datos podrían ser enormes si esa energía se reutiliza, razón por la cual LSBU inició su investigación sobre cuánta energía térmica está potencialmente disponible para usar, en lugar de desperdiciarla.