La feuille de route pour des datacenters durables

Malgré une efficacité accrue, la consommation électrique des datacenters continue d’augmenter. On estime qu’elle est responsable d’environ 1% de la demande mondiale d’électricité, tant pour alimenter les serveurs que pour les refroidir. L’explosion de la demande de services cloud en particulier favorise la croissance des grands centres de données « hyperscale ».

Quelle que soit leur taille, tous les centres de données doivent disposer d’une alimentation électrique continue pour éviter les pertes de données et les interruptions de service. Le groupe électrogène diesel a été le principal équipement utilisé pour combler la demande d’alimentation de réseau d’urgence à court terme, mais il existe une pression croissante pour réduire les émissions des groupes électrogènes ou passer à des technologies alternatives. Cet article examine les différentes options et la manière dont elles peuvent contribuer à réduire les émissions des centres de données.

Par Pierre Adrien Bel, Product Manager, Kohler

La situation des datacenters

La législation relative au changement climatique a un impact important sur les centres de données, et le secteur répond par des initiatives d’autorégulation. Par exemple, le Climate Neutral Data Centre Pact, qui rassemble des fournisseurs de service cloud et d’exploitants de datacenters, a soumis une proposition à l’Union européenne visant à rendre les centres de données européens climatiquement neutres d’ici 2030. Outre les gaz à effet de serre (GES), l’objectif est de réduire également d’autres émissions qui peuvent nuire à la santé, comme le dioxyde d’azote.

Les datacenters hyperscale doivent respecter les engagements de durabilité pris par leurs propriétaires et les entreprises qui les utilisent. À eux tous, Amazon, Google, Microsoft, Facebook et Apple utilisent plus de 45 térawattheures d’électricité par an. Ces cinq grandes entreprises, connues officieusement sous le nom de GAFAM, ont pris des engagements publics forts en matière de réduction de leurs émissions et doivent atteindre ces objectifs pour conserver leur réputation et éviter d’avoir des problèmes avec les législateurs. Dans le même temps, elles ne sont pas disposées à faire de compromis sur le coût, les performances, la sécurité ou la fiabilité dans leur quête du « net zéro ».

Par exemple, Microsoft s’est engagé à être « carbone négatif » d’ici 2030, en éliminant plus de dioxyde de carbone de l’air qu’il n’en émet. De même, Google a promis d’alimenter ses centres de données avec de l’électricité sans carbone la même année. Amazon, Facebook et Apple ont tous des objectifs climatiques largement similaires.

Ces tendances signifient que les fabricants de groupes électrogènes doivent prendre davantage de mesures en matière de durabilité.

Le rôle des groupes électrogènes diesel

Les groupes électrogènes diesel sont une solution éprouvée pour les datacenters, avec de faibles coûts d’exploitation, une densité énergétique élevée et une fiabilité à long terme. Ils sont faciles à déployer et à exploiter, et constituent une source d’énergie hautement disponible.

Cependant, les groupes électrogènes diesel présentent un inconvénient majeur : leur performance environnementale. Bien que les groupes électrogènes ne soient que rarement utilisés, l’industrie des centres de données s’attend à ce qu’ils évoluent vers un fonctionnement plus propre et des émissions plus faibles.

De nouvelles législations, des taxes supplémentaires et des réglementations plus strictes sont susceptibles de rendre le diesel moins attrayant. Par exemple, le Royaume-Uni a récemment interdit l’utilisation du « diesel rouge », faiblement taxé, dans les groupes électrogènes des datacenters. Singapour est allé encore plus loin en imposant un moratoire sur les nouveaux datacenters en 2019, en partie en raison de préoccupations environnementales, moratoire qui n’a été levé que récemment.

Microsoft estime que le diesel contribue à moins de 1% de ses émissions globales, mais il fait toujours pression pour mettre fin à l’utilisation de groupes électrogènes diesel pour l’alimentation de secours d’ici 2030. L’entreprise étudie plusieurs options telles que le biogaz, le gaz naturel et l’hydrogène, mais il n’est pas encore certain qu’elle dispose de solutions suffisamment évolutives pour remplacer le diesel. Une autre option, suivie par Facebook et d’autres grands acteurs, consiste à implanter les datacenters là où le réseau électrique local s’est avéré robuste, de sorte qu’il y ait moins de pannes à couvrir.

Optimiser les groupes électrogènes

La technologie diesel est en constante évolution. Les fournisseurs de groupes électrogènes tels que Kohler ont investi massivement dans la réduction des émissions, et ont apporté des améliorations substantielles. Ils travaillent également à la digitalisation, en utilisant l’internet des objets (IoT) et la surveillance à distance pour améliorer les diagnostics.

Les technologies d’optimisation au sein même des cylindres réduisent les polluants émis par le moteur diesel. Le passage de systèmes d’alimentation mécaniques à l’injection électronique de carburant par exemple, peut réduire considérablement la pollution. Les outils d’ingénierie assistée par ordinateur et la dynamique computationnelle des fluides ont également permis de modéliser le comportement des moteurs de manière plus pointue. Ensemble, ces outils et d’autres développements dans les cylindres, comme la recirculation des gaz d’échappement, ont permis d’optimiser le système pour améliorer la consommation de carburant et réduire les émissions.

Un autre domaine d’amélioration majeur a été la réduction de l’accumulation de carburant non brûlé dans le système d’échappement. Ce phénomène peut entraîner une usure et des dommages. Ce problème est généralement résolu en brûlant le carburant inutilisé chaque mois, en faisant fonctionner les groupes électrogènes à 30% de leur capacité nominale pendant au moins 30 minutes – mais il s’agit là d’un coûteux gaspillage de diesel qui entraîne des émissions plus élevées, en particulier pour les grands datacenters équipés de plusieurs groupes électrogènes.

Kohler s’est attaqué au problème de cette accumulation en concevant des moteurs hautement optimisés, comme ceux de la série KD. Cela permet aux opérateurs d’effectuer leurs tests mensuels de groupes électrogènes sans charge, et de n’effectuer qu’un test de charge annuel. Cela a un impact important et peut réduire les émissions globales du groupe électrogène jusqu’à 85%.

Consommation mensuelle de polluants pendant l’exercice en charge et sans charge (source : https://resources.kohler.com/power/kohler/industrial/pdf/DataCenterMaintenance_WhitePaper.pdf)

En plus du moteur lui-même, des systèmes de post-traitement sont utilisés pour réduire les émissions. Ces systèmes comprennent les catalyseurs d’oxydation diesel, les filtres à particules diesel et la réduction catalytique sélective, afin de capturer les différents gaz et particules présents dans les émissions du moteur. De nouvelles technologies de post-traitement améliorent continuellement les performances de ces systèmes.

L’évolution des technologies futures

Au-delà du diesel, les biocarburants peuvent constituer un autre moyen de réduire les émissions de gaz à effet de serre, en utilisant des carburants renouvelables dont le carbone a été capté dans l’atmosphère par des plantes, plutôt que par des combustibles fossiles.

Une option intéressante est l’huile végétale hydrotraitée (HVO), également connue sous le nom de diesel renouvelable. Elle est produite à partir de déchets et de graisses résiduelles de l’industrie alimentaire, ainsi que d’huiles végétales non alimentaires. Le HVO permet de surmonter certains des problèmes généralement associés aux biocarburants, tels que l’instabilité et le vieillissement lorsqu’ils sont stockés pendant de longues périodes.

Le HVO peut être utilisé en remplacement direct du diesel ordinaire sans modification du moteur, réduisant ainsi les émissions de carbone jusqu’à 90%, et peut également être mélangé au diesel dans n’importe quelle proportion. Le fonctionnement des moteurs KD SERIES de Kohler avec le biocarburant HVO100 a été prouvé, et Kohler continue à travailler sur des solutions avec de nouveaux carburants propres.

À plus long terme, les batteries lithium-ion et les piles à combustible sont deux nouvelles technologies largement envisagées pour les datacenters, et de nombreux opérateurs procèdent à des essais. Les piles à combustible fonctionnent à l’hydrogène, l’eau étant le seul déchet. Si l’hydrogène est produit à partir d’énergie renouvelable, ce que l’on appelle « l’hydrogène vert », elle constitue une solution d’alimentation de secours sans émissions.

Toutefois, par rapport aux groupes électrogènes diesel, les batteries et les piles à combustible présentent des inconvénients en termes d’évolutivité et de coût. Par exemple, les batteries suffisamment grandes pour être utilisées comme source d’énergie de secours sont très coûteuses et leur production et leur élimination peuvent avoir un impact environnemental important.

Les piles à combustible nécessiteraient des investissements substantiels dans les infrastructures pour transporter et stocker suffisamment d’hydrogène ; par exemple, 100 tonnes d’hydrogène seraient nécessaires pour alimenter 30 MW d’équipements informatiques pendant 48 heures.

Kohler est directement impliqué dans le développement et l’essai de solutions de batteries et de carburant comme solutions d’alimentation de secours pour les datacenters. À long terme, ces technologies sont très prometteuses, mais leur déploiement à grande échelle ne sera probablement pas possible avant au moins dix ans.

Conclusion

La crise climatique devenant un défi majeur pour nous tous, les fabricants de groupes électrogènes ont la responsabilité d’améliorer les performances environnementales. Cela implique l’optimisation de leur technologie diesel existante et le développement de nouvelles solutions qui peuvent combler le fossé vers une énergie entièrement renouvelable. Les groupes électrogènes diesel vont exister pendant de nombreuses années et nous pouvons faire beaucoup pendant cette période pour réduire leur impact environnemental.

Il y a plus de dix ans, Kohler s’est engagé à atteindre un taux net de GES nul dans l’ensemble de ses activités d’ici 2035, grâce à notre stratégie Better Planet, qui comprend des investissements dans des solutions d’énergie renouvelable et l’amélioration du rendement des groupes électrogènes diesel. Kohler est à l’avant-garde du mouvement en faveur de la durabilité : à la fois en minimisant les émissions de diesel et en adoptant de nouvelles technologies.

Author: Yves Grandmontagne

Rédacteur en chef de Datacenter Magazine - Co-fondateur de Human, Business & Technology SCOP SAS (éditeur de DCmag) - Journaliste, conférencier et analyste

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