Este artículo fue publicado originalmente en el blog global de Schneider Electric por Carsten Baumann y Ryan Egly.
Peter Gross, un líder de pensamiento de centro de datos verdaderamente asombroso, una vez bromeó sobre la industria: «Todo el mundo quiere innovación, siempre que haya estado en su lugar durante 20 años».
Es cierto que mucho ha cambiado. Las densidades de potencia se cuadruplicaron en la última década. La efectividad del uso de energía se encuentra en una nueva profundidad. La compra de energía renovable (créditos) de la red llegó a escala. Pero una capa de la infraestructura física de TI permanece estancada en el pasado: la forma en que los centros de datos administran la energía de respaldo en el sitio.
Si nuestra industria va a enfrentar cualquiera de los principales desafíos de esta década (crecimiento dramático de datos, volatilidad del mercado energético, restricciones de la red y descarbonización), tendremos que considerar algunas innovaciones menores de 20 años.
Los hiperescaladores ya lo están haciendo. Ahora el resto de la industria debe ponerse al día. En este artículo, le diremos por qué ahora es el momento para una arquitectura energética sostenible, in-situ y adaptable.
Centros de datos y su arquitectura energética, algo tiene que ceder
Comenzaremos con la urgencia de la situación. Se reduce a 4 realidades básicas:
- Crecimiento de datos.
- Regulación.
- Descarbonización
- Confiabilidad.
Crecimiento de datos frente a capacidad de la red
El crecimiento de los datos ha sido exponencial. ¿El crecimiento de la red eléctrica? No tanto. Enorme demanda de datos, menos capacidad de la red: algo tiene que ceder y, en algunos lugares, ya lo ha hecho.
Las necesidades de datos del mundo están creciendo rápidamente. Por ejemplo, un experto estimó que la demanda informática de una consulta de búsqueda generativa de inteligencia artificial es cinco veces mayor que las consultas que no son de IA.
Y todos conocemos el impacto adicional de 5G, criptominería y todo inteligente.
Por el lado de la red, la rápida electrificación de los edificios y el transporte consumirá gran parte de la nueva capacidad. El resultado final: la densidad de energía y las necesidades de capacidad general seguirán creciendo rápidamente, y la red tendrá dificultades para mantenerse al día.
Los modelos de la Agencia Internacional de Energía predicen que para 2050 se habrá abierto una enorme brecha entre la oferta y la demanda de electricidad.
Esta brecha es de unos 70 teravatios hora, que es casi el doble de la capacidad global que existirá dentro de 27 años, ~40 teravatios hora. Si eso parece lejano, durante los próximos cinco años, un estudio de McKinsey proyecta que solo en EE. UU. se producirán 39 gigavatios de demanda de nuevos centros de datos, lo que equivale a alrededor de 32 millones de hogares.
Regulación
A medida que se desarrolla esta dinámica, los reguladores se están interesando. La SEC está proponiendo regulaciones medioambientales, sociales y de gobernanza (ESG por sus siglas en inglés) que requerirán que las empresas que cotizan en bolsa informen sus riesgos climáticos.
En Canadá, los reguladores están pidiendo a los criptomineros que reduzcan el consumo de energía. Además, en algunas regiones y países, los nuevos centros de datos tienen dificultades para obtener permisos debido a la limitada capacidad de la red.
Otros estados en los EE. UU. pueden solicitar a los centros de datos que cambien a la energía del generador de respaldo durante las alertas de la red para demanda máxima. Con el diesel alcanzando recientemente un máximo histórico, esa regulación es una perspectiva costosa.
Descarbonización
Incluso si la red pudiera manejar nuevas demandas de capacidad, enfrenta otro desafío: la descarbonización.
En Nueva York y Oregón, se están considerando o se han promulgado nuevos estándares de sostenibilidad dirigidos a los centros de datos. Y aunque las iniciativas ESG tuvieron un año negativo en 2022, no van a desaparecer.
La investigación de Bloomberg proyecta que la categoría ESG cubrirá más de un tercio de los activos globales bajo administración, o $53 billones, para 2025. Los sectores público y privado por igual, están presionando a los centros de datos para abordar las emisiones.
Fiabilidad
Y no olvidemos la confiabilidad de la energía. El informe de 2022 Uptime Institute sobre el tiempo de inactividad de TI encontró que el costo del tiempo de inactividad continúa creciendo:
- Uno de cada 5 centros de datos experimentó una interrupción «grave» o «severa» en los últimos tres años, y el 80 % de todos los centros de datos experimentaron algún tipo de interrupción.
- El 60% de las interrupciones del centro de datos cuestan al menos $ 100,000, mientras que las interrupciones que cuestan más de $1 millón aumentaron su participación del 11 % al 15 % en tres años.
- Considere lo que eso significa: 1 de cada 6 interrupciones del centro de datos cuestan más de $1 millón en 2022.
- Y el principal culpable del tiempo de inactividad son las interrupciones de energía, con un 43 %.
La arquitectura energética in-situ sostenible y adaptable es la solución
Para resumir la declaración del problema: los centros de datos enfrentarán una dificultad cada vez mayor para obtener suficiente energía confiable, rentable y sin emisiones de carbono de la red.
Para resolverlo, pensemos fuera de la cuadrícula, como les gusta decir a mis colegas de AlphaStruxure. Estoy proponiendo una solución detrás del medidor que llamo una arquitectura energética in-situ sostenible y adaptable (también podría llamarlo microrred de centro de datos, pero ese término a menudo se malinterpreta).
Esencialmente, estoy hablando de un sistema en el sitio, una columna de energía, por así decirlo, que administra algunos o todos los siguientes recursos de energía distribuida (también llamados distributed energy resources – DER):
- Energías renovables (por ejemplo, energía solar en la azotea)
- Sistemas de almacenamiento de energía de batería y UPS
- Pilas de combustible, incluido el hidrógeno y otros recursos nacientes o emergentes
- Refrigeración, calefacción y energía combinadas
- Generadores de gas natural o diesel del tamaño adecuado
No hay nada trascendental en el sistema que propongo aquí. Lo nuevo es que es hora de finalmente comenzar a usarlos. Teniendo en cuenta la cita anterior de Peter Gross, tenga en cuenta que muchas de estas innovaciones ya han sido probadas en batalla por los hiperescaladores y otros centros de datos en los países nórdicos.
Comparemos sus opciones actuales
La pregunta que podría tener: «¿Cómo se compara este enfoque con un sistema de energía de respaldo convencional?» Después de todo, los generadores junto con los UPS son la tecnología comprobada para la confiabilidad del centro de datos.
Aquí, siguen siendo una pieza esencial del rompecabezas, pero también hay una diversificación que se aleja de ellos hacia los DER con menos carbono.
Otra gran diferencia es que el sistema que propongo es mucho más inteligente que un sistema convencional.
No se trata solo de cambiar la forma en que obtiene energía, cambia la forma en que la administra. Su «columna vertebral energética», lo que conecta sus DER con sus cargas, es inteligente.
Utiliza software, análisis impulsados por IA y controladores de microrredes inteligentes para articular y orquestar partes de la infraestructura eléctrica de toda su instalación bajo un único sistema de gestión tolerante a fallas.
Este sistema optimiza de forma autónoma los recursos DER, gestiona la respuesta a la demanda y alterna entre los modos isla y no isla. Con toda esta inteligencia, resulta mucho más fácil dimensionar correctamente su sistema y reducir sus emisiones mientras logra operaciones resilientes.
Eso me lleva a los dos adjetivos que describen esta arquitectura energética in-situ: sostenible y adaptable.
Sostenible: a medida que los centros de datos se vuelven más densos y la red se vuelve más inestable, necesitará un mejor proceso de resiliencia.
Para satisfacer esta necesidad sin aumentar las emisiones de Alcance 1, es probable que no desee utilizar más generadores alimentados con combustibles fósiles. Tenga en cuenta que estos mismos generadores emitirán carbono durante décadas en el futuro, lo que hará que las emisiones netas cero sean más difíciles de alcanzar.
Con este sistema, mejora la sostenibilidad al cambiar su fuente de energía almacenable hacia el hidrógeno y las baterías.
Adaptativo: Por «adaptativo», me refiero a un sistema de energía que ofrece flexibilidad en todo el ciclo de vida de diseño, construcción, operación y mantenimiento.
La forma en que diseña y construye su sistema debe ser personalizable, pero modular, sin romper el banco. Puede adaptarse a la condición específica de su sitio, la evolución de la tecnología y la madurez sin cambiar su diseño.
Este diseño es compatible con las opciones existentes: se puede agregar un nuevo DER a la capacidad nueva o de repuesto de un bus generador del centro de datos. Las cargas del sitio ven la energía en el sitio como una fuente adicional, con una modificación mínima de los enclavamientos de bajo voltaje y los interruptores de enlace.
En las etapas de operación y mantenimiento, puede lograr adaptabilidad a través de software, herramientas de IA y controles inteligentes. Puede orquestar flujos de energía bidireccionales o cambiar las cargas según sea necesario para lograr una combinación de energía sostenible las 24 horas del día, los 7 días de la semana.
Reduce el desperdicio de energía. En otras palabras, adapta su gestión energética en tiempo real en función de consideraciones de resiliencia y sostenibilidad.
Considere el enfoque de “híbrido enchufable”
Si esto todavía parece abstracto, observe las similitudes conceptuales entre esta arquitectura energética y otra tecnología: el vehículo híbrido enchufable.
Es posible que muchos centros de datos no estén listos para volverse completamente eléctricos debido a los límites de capacidad y costo de las baterías. Lo mismo ocurre con ciertos consumidores, que podrían no comprar vehículos eléctricos debido a la falta de infraestructura de carga y campo de prácticas.
Independientemente, los consumidores quieren dejar los vehículos con motor de combustión interna (ICE) debido a las preocupaciones sobre los precios del combustible y las emisiones.
La solución de compromiso es el híbrido enchufable, que tiene una batería más grande que un híbrido puro, pero una batería significativamente más pequeña en comparación con un verdadero vehículo eléctrico.
Con una batería más potente, estos vehículos pueden manejar el 98% de todos los viajes solo con la batería eléctrica, sin necesidad de gasolina. Y para el raro viaje que dura más de 50 millas, su motor de gasolina se activa y puede llevarlo varios cientos de millas más.
Debido a que su vehículo es más eficiente y su batería puede manejar sus necesidades diarias, puede dimensionar correctamente su ICE mientras reduce su huella de carbono.
La misma lógica se aplica a la arquitectura energética in situ sostenible y adaptativa.
La mayoría de los cortes de energía son breves: en promedio, los EE. UU. ven alrededor de dos horas de cortes por año, sin incluir los eventos importantes.
Es posible que no necesite un gran banco de generadores para manejarlos. Un sólido sistema de almacenamiento de energía de batería (BESS) puede brindarle algunas horas adicionales de tiempo de actividad.
En un análisis interno que realizó nuestro equipo, un BESS de 4 MW/4MWh cubrió el 75% de las interrupciones históricas sin necesidad de encender los generadores.
Y para las raras interrupciones a largo plazo, aún puede confiar en los generadores y, cada vez más, en las celdas de combustible. Mientras tanto, sus baterías (re)cargan a través de la energía solar en el techo, lo que le brinda un kilometraje adicional. De hecho, los fabricantes de vehículos eléctricos ahora están probando el concepto de autogeneración colocando paneles solares en los techos de los automóviles.
El resultado: ha agregado más resiliencia y sostenibilidad sin agregar más capacidad de generación o emisiones.
Y debido a que su sistema inteligente puede participar en programas de respuesta a la demanda, puede minimizar su factura de servicios públicos todos los días que no haya cortes. Los generadores no pueden hacer eso.[1]
«El statu quo es tanto una elección como un cambio»
Esa es otra cita que me gusta y proviene de Aamir Paul, presidente de Schneider Electric North America. Pero me gustaría darle un giro: el statu quo se ha convertido en un riesgo tanto como el cambio.
El sistema eléctrico en el sitio que lo ha llevado tan lejos puede no ser el sistema que lo lleve a donde necesita ir a continuación. En una industria con aversión al riesgo como la nuestra, debemos tener los ojos claros sobre los riesgos de la acción y la inacción.
Por supuesto, no hay soluciones simples para la declaración del problema que expuse arriba. Y lo que propongo tiene sus compensaciones. Por lo tanto, lo animo a realizar un estudio de factibilidad sobre cómo sería una arquitectura energética in-situ sostenible y adaptable (también conocida como microgrid) en su centro de datos específico.
Este estudio es fundamental para comprender las limitaciones, establecer los riesgos que podría enfrentar e identificar qué soluciones tienen más sentido para su organización. Son un gran lugar para comenzar.
Para contactar a uno de nuestros expertos, dé clic sobre la región de la que nos visita y explore cómo tener una operación sostenible en su centro de datos: México, Centroamérica, España y Latinoamérica.
[1] Incluso los generadores que pueden participar normalmente requieren que el sitio se transfiera completamente de la red (es decir, los generadores no están configurados para operar en paralelo a la red).
Una vez que se transfiere un sitio, los procedimientos operativos del sitio requieren que finalice el día hábil antes de volver a transferir a la energía de la red pública, lo que puede generar horas de funcionamiento adicionales del generador. Un BESS puede suministrar energía para reducir la carga mientras el sitio permanece conectado a la red, lo que reduce el riesgo.
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