Zonne-energie-plus-opslag voor datacenters: geen eenvoudige overstap

Nu datacenters in omvang en complexiteit groeien, is het nog nooit zo urgent geweest om ze te voorzien van goedkope en betrouwbare stroom. Gerhard Salge, chief technology officer (CTO) bij Hitachi Energy, een onderdeel van het Japanse conglomeraat Hitachi, werpt licht op de relatie tussen hernieuwbare energie en datacenteractiviteiten en merkt op dat succes, hoewel technisch haalbaar, een zorgvuldige planning, de juiste infrastructuur en een holistische benadering vereist.

"Als we kijken naar wat er in de netwerken gebeurt, dan zijn hernieuwbare energiebronnen een actief element aan de kant van de energieopwekking, en zijn de datacenters een actief element aan de vraagkant", vertelde Salge aan pv magazine. "Wat je daarnaast nodig hebt, zit in de dimensies van flexibiliteit, waarvoor we opslag nodig hebben en een grid dat ook hier actief kan optreden om al deze elementen bij elkaar te brengen."

Volgens Salge zijn actieve netwerken de sleutel, en niet passieve systemen die eenvoudigweg reageren op omstandigheden. Met meer hernieuwbare energiebronnen, veranderende vraagpatronen, nieuwe laadcentra en opslagopties zoals batterijen en bestaande faciliteiten zoals waterkrachtcentrales, is het van cruciaal belang om deze hulpbronnen actief te coördineren om de leveringszekerheid, de stroomkwaliteit en de kostenoptimalisatie te behouden.

"Maar als je het hebt over de impact en de correlatie tussen hernieuwbare energiebronnen en datacenters, moet je altijd rekening houden met de volledige reikwijdte van de flexibiliteit in een energiesysteem van alle elementen-de vraagkant, de opwekkingskant, de opslagkant en het actieve netwerk daartussenin", zei hij, waarbij hij opmerkte dat zwakke of overbelaste netwerken dit doel niet zouden dienen.

AI-datacenters
Salge waarschuwde dat niet alle datacenters hetzelfde zijn. "Er zijn conventionele datacenters en AI-datacenters", zei hij. "Conventionele datacenters zijn in wezen systemen met een hoge- belasting, met daarbovenop enkele fluctuaties. Ze bevatten veel processors die verzoeken verwerken-van zoekmachines of andere applicaties-, zodat de werklast stochastisch over de systemen wordt verdeeld. Dit creëert een basisbelasting met willekeurige ups en downs, wat het typische belastingspatroon is van een conventioneel datacenter."

AI-workloads zijn daarentegen sterk afhankelijk van GPU’s of AI-accelerators, die continu veel stroom verbruiken. In tegenstelling tot conventionele datacenters draaien AI-datacenters vaak op een aanhoudend hoge belasting, soms gedurende lange perioden dicht bij de maximale capaciteit.

"AI-datacenters zijn vooral goed in parallel computing", legt Salge uit. "Zovelen van hen worden tegelijkertijd geactiveerd met hetzelfde vraagpatroon, waardoor deze pieken op en neer in het vraagprofiel ontstaan, en ze komen helemaal parallel."

Deze schommelingen stellen zowel de stroomvoorziening als de spannings- en frequentiekwaliteit van het aangesloten elektriciteitsnet op de proef. “Je moet dus actief vermogen van een energieopslagsysteem of een supercondensator transporteren naar de vraag van het AI-datacenter. En dan moet je echt de controle over het actief vermogen van het datacenter betrekken. Wat je nodig hebt is de interactie tussen de opslageenheid en het AI-datacenter om actief vermogen te leveren of het achteraf te absorberen als de piek daalt. Dat kan ook door een supercondensator.”

Batterijen kunnen veel meer energie opslaan dan supercondensatoren, maar laatstgenoemde kunnen vaker kleinere energie opslaan. "Als je echter een batterij plaatst die kleiner is dan de belasting, en je moet de batterij echt op zijn volledige capaciteit laten draaien, zal de batterij niet lang overleven in je datacenter, omdat de frequentie van deze bursts zo hoog is, dan verouder je de batterij heel, heel snel, ja, dus supercondensatoren kunnen meer cycli aan."

Hij merkte ook op dat batterijen en supercondensatoren beide volwassen technologieën zijn, maar dat de optimale opstelling-of het nu de een, de ander of een combinatie met traditionele condensatoren is-afhangt van de opslaggrootte, het aantal rekken, de spanningsniveaus en het algehele systeemontwerp.

Beheer van AI-trainingsuitbarstingen

Salge benadrukte het belang van het naleven van de netwerkcodes in alle geografische gebieden. ‘Je moet een goede burger worden voor het machtssysteem’, zei hij. "Je moet samenwerken met lokale nutsbedrijven om er zeker van te zijn dat je de netwerkcodes niet overtreedt en dat je het datacenter niet verstoort in het netwerk. Een goede manier om dit te doen, wanneer hernieuwbare energiebronnen en datacenters op dezelfde locatie staan, is door de hernieuwbare energievoorziening al binnen het datacentergebied te beheren. Bovendien is het hebben van een toekomstbestendig -fit ontwikkeld netwerk een duidelijk voordeel. Omdat je veel meer van deze flexibiliteitselementen hebt en de actieve elementen om de opslag en de integratie van hernieuwbare energie te beheren, en om de dynamische belastingen van de datacentra.”

Als het elektriciteitsnet in de toekomst niet-geschikt is voor moderne, actief werkende apparatuur, zullen operators aanzienlijk meer stress ervaren. "Met holistische planning kun je in plaats daarvan zelfs een deel van de datacenterflexibiliteit gebruiken als een regelbare en vraagresponsachtige functie", zegt Salge, eraan toevoegend dat datacenteroperators AI-trainingsbursts kunnen coördineren in perioden waarin het energiesysteem meer beschikbare capaciteit heeft. Dit maakt het datacenter tot een voorspelbare, beheersbare vraag, waardoor het elektriciteitsnet pas onder druk komt te staan ​​als het gereed is.

"Concluderend, wat de technische haalbaarheid betreft: ja, het is mogelijk, maar het vereist de juiste configuratie", zei Salge.

Economische haalbaarheid
Op economisch vlak is Salge van mening dat zonne- en windenergie de goedkoopste energiebronnen blijven, zelfs als je rekening houdt met de netwerkflexibiliteit die nodig is om ze te integreren met datacenters. Zonne-energie is het snelst in gebruik, wind vult dit goed aan en beide kunnen parallel worden opgeschaald.

"Elke toename van de vraag naar datacenters vereist investeringen, of het nu gaat om duurzame energie of conventionele energie. De economie is afhankelijk van de markt, en marktmechanismen, regelgeving en technische netwerkplanning zijn met elkaar verbonden, wat van invloed is op de energiestroom, de prijsstelling en de systeemstabiliteit", zei hij.

"We raden ontwikkelaars aan om vanaf het begin samen te werken met alle belanghebbenden-nutsbedrijven, technologieleveranciers en planners- om betrouwbaarheid, betaalbaarheid en sociale acceptatie te garanderen. Holistische planning vermijdt reactieve oplossingen en leidt tot betere resultaten op de lange- termijn", besluit Salge.