لا تهدر، لا تريد: كيف يمكن لمشاريع إعادة استخدام الحرارة في مراكز البيانات أن تتقدم للأمام
الحرارة الزائدة المستخرج من الهواء الساخن العائد من تبريد هواء الخادم في مركز بيانات الهواء في فيرن جلوبال فنلندا في هلسنكي يتم نقله إلى الماء عبر المبادلات الحرارية ومن ثم قبولها من قبل شركة التدفئة المركزية.
يقول كيم جونليوس، المدير الإداري لشركة فيرن جلوبال فنلندا: “باستخدام المضخات الحرارية، يتم بعد ذلك تحضير المياه عند درجة حرارة 30 درجة مئوية تقريبًا”. “تعتمد درجة الحرارة المطلوبة على درجة الحرارة الخارجية، ولكنها عادة ما تكون مرتفعة، أكثر من 90 درجة مئوية وحتى أعلى من 100 درجة مئوية في الأيام الباردة.”
مقابل كل ميجاوات من طاقة تكنولوجيا المعلومات، أو الطاقة المقدمة للخوادم، ينتج مركز البيانات 1.3 ميجاوات من الحرارة، مع مضخات حرارية تمثل 300 كيلووات من الكهرباء الإضافية لرفع درجة الحرارة من 25-30 درجة مئوية إلى حوالي 90 درجة مئوية. ويمكن أيضًا استخدام الطاقة المحولة إلى حرارة بواسطة المضخات الحرارية، حيث يحافظ النظام على فقدان الطاقة بنسبة قليلة فقط، وفقًا لجونيليوس.
ويضيف أنه في فنلندا، كان الحصول على إذن للمشروع “مباشرًا”، حيث كانت شركة تدفئة المناطق المشاركة محليًا “إيجابية للغاية واستباقية”، ليس أقلها في مراجعة المشروع وتقديم مدخلات بشأن الخطط.
ويعترف قائلاً: “إن حقيقة وجود شبكة تدفئة محلية بالفعل، مما يسمح لك بتوصيل أحد المرافق، جعل الأمر أسهل بكثير”، ومع ذلك، فإن هذا يعني أنهم لم يكونوا يعتمدون على شركة أو تطبيق واحد حيث كان لديهم إمكانية الوصول إلى خدمة على مستوى المدينة مع الطلب المستمر على الطاقة.
كان من السهل توصيل الأنبوب الحالي، نظرًا لأنه كان يقع خارج مخطط Verne Global أيضًا. وفي أماكن أخرى، قد تحتاج إلى خدمات نقاط محددة لدمج مركز البيانات مع عملية صناعية لاستغلال الحرارة الزائدة، كما يقول جونيليوس.
لكنه يحذر من أن مثل هذه المشاريع ليست دائما مجدية اقتصاديا، على سبيل المثال أسعار الكهرباء مرتفعة. ويقول: “في حالتنا، كانت هناك بعض الإعانات المتاحة، وفي الوقت الحاضر تعد إعادة استخدام الحرارة أحد الخيارات للوصول إلى فئة ضريبية أقل للطاقة”. “بعض البلدان التي تفرض إعادة استخدام الحرارة ليس لديها بنية تحتية قائمة يمكن توصيلها بها، وقد يشكل ذلك تحديًا. وينطبق الشيء نفسه على المناطق النائية والعديد من المدن الصغيرة في فنلندا أيضًا.
أسعار الطاقة
تسببت أزمة الطاقة في عام 2022 في تقلبات أسعار الطاقة، والتي لا يمكن دائمًا تخفيفها بالكامل عن طريق شراء الكهرباء بسعر ثابت. وفي الوقت نفسه، تعتمد درجة الحرارة المطلوبة في الشبكة الحرارية للمنطقة على درجة الحرارة الخارجية.
ويقول: “لقد أدخلنا الأتمتة لمراقبة أسعار الكهرباء، بالإضافة إلى متطلبات درجة الحرارة للحرارة المطلوبة من المرافق”، مضيفًا أن تسعير التدفئة في المنطقة ثابت على أساس شهري – مما يسبب مشاكل إذا كانت حالة عمل المشروع تعتمد على بيع الحرارة.
بناءً على طلبات العملاء الواردة، تتوقع شركة Verne Global نقل تركيباتها ذات الكثافة العالية إلى التبريد السائل، مما يسمح بذلك تبريد ليعمل النظام في درجات حرارة أعلى، مما يقلل من الطاقة المطلوبة ويزيد من الكفاءة – مما يؤدي إلى تحقيق 1 ميجاوات من طاقة تكنولوجيا المعلومات بالإضافة إلى 20% كهرباء بدلاً من حوالي 30% في الوقت الحاضر. يقول جونيليوس إنه قد يتم أيضًا تحسين الكفاءة المستقبلية في المستقبل من خلال تنفيذ إعادة الاستخدام لحلقة العودة، مما يؤدي إلى خفض درجة الحرارة بشكل أكبر.
ويضيف: “ربما تظل شركات الطاقة مهتمة بإدخال الحرارة الزائدة في حلقة العودة أيضًا”.
ويساعد المشروع بالفعل على تقليل الانبعاثات لشركة الطاقة المحلية، من خلال استخدام الطاقة الخضراء بنسبة 100% والتي يتم إعادة استخدامها بعد ذلك عن طريق تغذيتها في شبكة التدفئة بالمنطقة.
على الرغم من أن تخفيضات الانبعاثات هي “هدف متحرك نوعًا ما”، إذا افترضنا أن الانبعاثات الحالية لكل كيلووات ساعة و50 ميجاوات كاملة يمكن تنفيذها في الموقع – مع متوسط حمل قد يصل إلى 70% ومتوسط درجة حرارة – فمن المتوقع أن يصل توفير الانبعاثات إلى حوالي 30,000 طن سنويًا، كما يقول جونيليوس.
شبكة الكهرباء في فنلندا في “حالة جيدة للغاية”، بما في ذلك إنتاج خالي من الكربون بنسبة 97٪ في يونيو، لكن شبكات التدفئة في المناطق لا يزال أمامها مسافة طويلة لتقطعها للوصول إلى أهدافها. أهداف الاستدامة. ومع ذلك، مع مشاريع مثل مشروع Verne Global، يمكن لهذه المشاريع أن تقترب أكثر فأكثر.
العناصر الرئيسية
يقول درو تورنر، رئيس قسم تكامل القطاع في Danfoss، إننا وصلنا إلى النقطة التي تم فيها اكتشاف العناصر الأساسية للعرض الذي يتيح استرداد الحرارة من مركز البيانات، سواء من تطبيق أو من منظور خدمة الأنظمة.
لكنه يقول إنه قد يكون من الأسهل بكثير تحقيق مثل هذه الرؤية باستخدام نظام تبريد هيدروني – أو قائم على الماء – لأن الماء هو آلية مثالية لنقل الطاقة بشكل أو بآخر.
يقول تورنر: “كل شيء يتحرك في اتجاه تصميمات أنظمة الطاقة المتكاملة، وبشكل عام يتحرك في اتجاه المزيد من الهيدرونيك أو المزيد من الماء”.
غالبًا ما ترتبط المضاعفات بالقرب من استخدامها – كيفية التعامل مع الحاجة إلى عبور خطوط الملكية، والعديد من العملاء المختلفين، من عميل مركز البيانات إلى عميل إعادة الاستخدام. والخبر السار هو أنه يمكنك معالجة بعض هذه التعقيدات من خلال تصميم النظام الذي تقوم بتنفيذه، كما يقول تورنر.
“إذا كان أ هيدرونيكنظام تبريد قائم على مركز بيانات، يمكنك معالجة تعقيدات توصيل ذلك إلى عميل مختلف عن طريق منح مركز البيانات جزءًا من الحل الذي يتناسب مع نموذج أعماله، ومن ثم حل عميل إعادة استخدام الحرارة الذي يتناسب مع نموذج أعماله ،” هو يوضح. “لأن مراكز البيانات لا تريد أن تعمل في مجال التدفئة.”
تهتم مراكز البيانات عادةً بفعالية استخدام الطاقة (PUE) والتبريد المجاني، بالإضافة إلى إزالة العوائق التي تحول دون بناء مراكز بيانات جديدة. لذا فإن أي خدمة لإعادة استخدام الحرارة تساعد مشغلي مركز البيانات على تحقيق هذه الأهداف، دون معاقبتهم لزيادة الحرارة إلى درجة حرارة قابلة للاستخدام للعميل التالي، يمكن أن تحظى بجاذبية كبيرة.
“يمكن أن يكون الحل بسيطًا وأنيقًا جدًا، لأنك، في الواقع، تضع مبادلًا حراريًا بين مركز البيانات وعميل إعادة استخدام الحرارة، ثم تضع على عاتق العميل مسؤولية تعزيز الحرارة إلى درجة حرارة قابلة للاستخدام”. يقول تيرنر.
نفذت شركة دانفوس في البداية مشاريع “المنارة” ذات الصلة في مركز البيانات الخاص بها والمقر الرئيسي، ومنذ ذلك الحين صممت “أنظمة متعددة” لمؤسسات أخرى، والتي هي جميعها في مراحل مختلفة من الاكتمال، كما يقول.
وتبدو مراكز البيانات الرئيسية في لندن وفرانكفورت متخلفة أكثر، وهو ما قد يكون بسبب نقص البنية التحتية. إن انتشار جانب الطلب في البنية التحتية الحالية للطاقة في المنطقة والحاجة إلى التدفئة هو ما يجعل بلدان الشمال الأوروبي جذاب جدا. “يصادف أن متوسط درجة الحرارة المحيطة المنخفضة يجعلها أيضًا جذابة لمواقع مراكز البيانات، والتي بالمناسبة لم تعد مهمة إذا كانوا يستخدمون الحرارة بنسبة 100٪.”
بالنسبة لحالة العمل، فإن الحجم مهم، مما يعني أنه يجب تصميم نظام إعادة استخدام الحرارة بشكل مناسب لحالة العمل. كما يمكن أيضًا تنفيذه “بشكل أفضل” كتعديل تحديثي، لأنه إذا كنت تضيف إعادة استخدام الحرارة إلى منشأة موجودة، فلديك بالفعل نظام تبريد لربطه به، كما يقول تورنر لمجلة Computer Weekly. “لذا، فالأمر ليس بهذا التعقيد.”
ويشير جاكوب جول جنسن، رئيس مراكز البيانات في شركة دانفوس، ومقرها الدنمارك، أيضًا إلى عمليات التنفيذ في جميع أنحاء فنلندا، بما في ذلك واحد في مركز بيانات كبير لشركة جوجل، وهولندا. ومع ذلك، في الدنمارك، حتى الآن، يستطيع واحد من كل 10 مراكز بيانات إعادة استخدام الحرارة – “لكن ربما ليس بالكمية والحجم الذي ينبغي أن يكون لدينا”.
وعلى الرغم من أن التشريعات يمكن أن تلعب دوراً في تسريع التنمية، إلا أن نقص التمويل العام، من ناحية أخرى، من حيث المنح المقدمة للمشغلين، قد لا يشكل عقبة كبيرة. ويشير إلى أن أصحاب النطاقات الفائقة لا يهتمون عادة بالحصول على دعم القطاع العام.
يقول جنسن: “إذا كانوا سيفعلون ذلك، فسوف يدفعون ثمنه بأنفسهم – لا أعتقد أن هناك حاجة إلى تمويل عام للقيام بذلك”. “لكن البعض قد يحتاج إلى الحافز لإضافة التعقيد إلى نموذج أعمالهم الحالي”.
تحسين التبريد، والنظر في مستويات الخدمات
يمكن للمبادلات الحرارية الأنبوبية أو الملفوفة أن تفسح المجال أمام تقنيات أحدث مع تحسين كفاءة التبريد، وأكثر من ذلك التحسين الذكي يمكن لمراكز البيانات ذات الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي أن تساعد. ويمكن أيضًا تحقيق وفورات إذا تراجعت مراكز البيانات، على سبيل المثال، عن خمسة تسعات من التوفر وزمن الوصول لجميع العملاء الذين لا يحتاجون إليها حقًا.
“ليست كل الخوادم أو وحدات المعالجة المركزية (CPUs) في المستوى الذي يتطلب ذلك؛ يقول جنسن: “لا يحتاج تخزين الشبكة والشبكة والتخزين بالضرورة إلى التبريد السائل”. “قد تبيع أقل، ولكن تكون أفضل للإنسانية.”
أيضًا، عادةً ما تشهد المواقع المشتركة التي تحتوي على أي شيء أقل من 10 رفوف تقلبات أكبر في الحمل وبالتالي إنتاج حرارة أقل يمكن التنبؤ به. ومع ذلك، قد يستفيدون من البعض حكومة يقول تورنر إن بعض الشركات التي تعرفها شركة دانفوس تستكشف شراكات أخرى غير مع مرافق المنطقة، مع “المتعهدين” مثل الدفيئات الزراعية.
وإذا تم استخدامها من قبل طاقة المناطق، فستكون هناك حاجة إلى التوسع في الاستثمار في تعقيدات التوصيل البيني والإمداد.
مسؤولية طويلة الأمد
بالإضافة إلى ذلك، فإن هؤلاء الموظفين أو الاستشاريين القلائل المكلفين بتحسين أنظمة الطاقة يفكرون عادةً على المدى القصير إلى حد ما، مما يشير أيضًا إلى دور إلزامي التغيير، بالإضافة إلى التفكير في تعيين شخص معين لقيادة أساليب إعادة استخدام الحرارة، ويتحمل مسؤولية طويلة المدى عن دورة الحياة الكاملة لمركز البيانات.
وسيشمل ذلك تكلفة دورة الحياة المالية لمركز البيانات، بما في ذلك المحاسبة عن الكربون المتجسد وكذلك انبعاثات الكربون. في الوقت الحالي، لا تكون مثل هذه النظرة الشاملة موجودة منذ البداية، كما يقول تورنر.
وفي المملكة المتحدة 456 مراكز البياناتومع ذلك، تم التغاضي عن إمكانية استخدام الحرارة الزائدة، وهي في الواقع “استثنائية”، وفقًا لكيم فوسينج، الرئيس التنفيذي لشركة دانفوس.
“إذا تم استخدامها لدعم التدفئة في جميع أنحاء البلاد، فإن التكلفة و الانبعاثات يقول: “ستكون الوفورات كبيرة للغاية”. “في لندن وحدها، هناك 652 مصدرًا مؤهلاً للحرارة الزائدة، بما في ذلك مراكز البيانات ومحطات مترو الأنفاق ومحلات السوبر ماركت ومحطات معالجة مياه الصرف الصحي ومرافق إنتاج الغذاء، مع إضافة حرارة زائدة تصل إلى 9.5 تيراواط ساعة سنويًا.”
ويقول فوسينج إن هذا يكفي تقريبًا لتدفئة 790 ألف منزل، حيث تعد الحرارة الزائدة أكبر مصدر غير مستغل للطاقة في العالم مع توفر الحلول. وهناك حاجة ماسة إلى اتخاذ تدابير سياسية لتسريع مثل هذه المبادرات في مختلف القطاعات، بما يعود بالنفع على المستهلكين والشركات والمناخ. ويتساءل: ماذا ننتظر؟
