Inovações Viabilizando um Impacto Ambiental Reduzido
Os operadores de data center hoje têm acesso às melhores práticas e tecnologias que não estavam disponíveis há cinco ou dez anos. Aqui estão algumas das tecnologias mais recentes que estão sendo implantadas ou planejadas para aumentar a utilização de ativos, maximizar a eficiência, reduzir as emissões e minimizar o consumo de água.
Gerenciamento de Energia Inteligente
Equipamentos mais inteligentes e novos controles estão permitindo que os operadores de data centers melhorem a utilização e a eficiência dos sistemas de energia crítica necessários para alcançar altos níveis de disponibilidade em data centers.
Uma estratégia é usar a capacidade de sobrecarga projetada em alguns sistemas UPS para lidar com picos de demanda curtos e eventuais, em vez de sobredimensionar equipamentos com base nesses picos. Esse recurso também está sendo usado para dar suporte às novas arquiteturas de redundância N+1. Essas arquiteturas usam a capacidade de sobrecarga, combinada com a segmentação da carga de trabalho com base nos requisitos de disponibilidade, para possibilitar taxas de utilização mais altas da UPS enquanto mantém a redundância.
A eficiência dos sistemas UPS está sendo aprimorada por meio de implementações mais sofisticadas de operação em "ECO Mode". No ECO Mode, um sistema UPS de dupla conversão opera no modo de bypass quando a concessionária estiver fornecendo energia aceitável, eliminando o esforço necessário para condicionar a energia, e transfere para o modo de dupla conversão quando a qualidade da energia se deteriora. Em execuções tradicionais no ECO Mode, a alternância entre modos pode criar variações de tensão e harmônicas, que têm adoção limitada. Uma nova abordagem, o Modo On-line Dinâmico, mantém o inversor de saída ativo, mas não fornece alimentação enquanto a UPS estiver em bypass. Isso habilita a eficiência do ECO Mode, minimizando os riscos relacionados ao chaveamento entre o modo de bypass e o modo de dupla conversão.
Alguns sistemas UPS agora também contam com recursos de Suporte Dinâmico à Rede Elétrica. Essas soluções podem desempenhar um papel na descarbonização ao facilitar a transição para a energia verde. Elas fornecem armazenamento de energia no site que pode ser usado para compensar a imprevisibilidade das fontes renováveis de energia e para vender o excesso de energia de volta para a rede elétrica.
Energias Renováveis
As energias renováveis representam uma ferramenta poderosa na redução das emissões de carbono. Há várias táticas sendo implantadas para aproveitar fontes renováveis, incluindo PPAs e RECs, e a migração de cargas para instalações de nuvem ou de colocation que assumiram o compromisso com a operação sem carbono.
Acredita-se que as concessionárias, em um futuro próximo, terão uma capacidade limitada para dar suporte direto aos data centers com 100% de energias renováveis. Isso está levando algumas operadoras a explorar oportunidades para alimentar data centers por meio de energia renovável gerada localmente. Isso pode ser feito combinando fontes renováveis de energia com células a combustível, sistemas que podem produzir hidrogênio limpo a partir de energia renovável e sistemas UPS com recursos de suporte dinâmico à rede elétrica.
Veja como isso poderia funcionar. O excesso de energia eólica ou solar gerada no site é usado para alimentar hidrolisadores que geram hidrogênio limpo que dá suporte às células a combustível. A energia renovável alimenta o data center durante períodos em que a capacidade de produção é alta o suficiente para fazê-lo. Quando o sol para de brilhar ou o vento não está soprando e a produção de energia cai, as células a combustível alimentam o data center. Quando o combustível de hidrogênio é esgotado, a UPS transfere o data center para a rede elétrica para manter as operações contínuas.
Baterias de Íon de Lítio
As baterias de íon de lítio estão se tornando mais competitivas em termos de custo com as baterias de chumbo-ácido reguladas por válvula (VRLA) que tradicionalmente têm sido usadas como fonte de energia de backup de curto prazo em data centers. A vida útil mais longa proporcionada pelas baterias de íon de lítio pode significar maior confiabilidade e resultar em menos trocas de baterias, reduzindo os resíduos eletrônicos. As baterias de íon de lítio também podem ter uma função na transição para energias renováveis. Quando combinadas com sistemas UPS com recursos de suporte dinâmico à rede elétrica, elas fornecem a flexibilidade para vender a energia em excesso de volta para a rede elétrica, permitindo que os operadores obtenham receita incremental da geração de energia no site.
Gerenciamento Térmico Eficiente Energeticamente e Eficiente no Uso de Água
Os sistemas de gerenciamento térmico são geralmente os maiores contribuintes para a PUE do data center, e recursos significativos foram implementados para reduzir seu impacto na PUE através do uso de tecnologias de refrigeração mais eficientes energeticamente. Isso resultou no aumento do uso de sistemas de refrigeração com uso intenso de água, os quais aumentam a eficiência da refrigeração usando água para expandir o número de horas em que o sistema de refrigeração pode operar no modo de free-cooling.
Os sistemas de free-cooling a água gelada alcançam um equilíbrio entre a utilização de água e a eficiência energética. Esses sistemas eficientes em relação ao uso de água podem reduzir as emissões indiretas quando apoiados por estratégias de otimização, como o aumento das temperaturas do ar e da água, o controle no nível do sistema e a adição de tecnologias adiabáticas.
Para áreas onde a disponibilidade de água é limitada ou onde os operadores estabeleceram uma meta de uso zero de água como parte de suas metas de sustentabilidade, sistemas de expansão direta (DX) sem água podem ser empregados. DOs sistemas de free-cooling de expansão direta chegam perto de fornecer a eficiência energética dos sistemas evaporativos indiretos, eliminando os milhões de galões de água usados por esses sistemas. Em uma comparação direta dos dois sistemas, os sistemas de expansão direta com refrigerante bombeado entregaram uma pPUE cerca de 0,01 maior do que o sistema evaporativo indireto, ao mesmo tempo que reduziram a eficácia do uso de água de 0,25 para o sistema evaporativo indireto para zero para o sistema de expansão direta.
Refrigeração Líquida
O uso crescente de inteligência artificial e outros aplicativos de negócios com muito processamento está exigindo mais data centers para dar suporte aos racks de equipamentos de TI com densidades de 30 quilowatts (kW) ou mais. Essa tendência pode limitar a capacidade de otimizar a eficiência quando as tecnologias de refrigeração a ar são usadas para remoção de calor, pois a refrigeração a ar se torna menos eficiente à medida que as densidades dos racks aumentam.
Essas soluções podem melhorar a performance dos racks de alta densidade ao eliminar ou minimizar o thermal throttling das velocidades de relógio enquanto potencialmente reduzem os custos de energia do data center em comparação com os mesmos racks de alta densidade tendo o suporte da refrigeração a ar. As tecnologias de refrigeração líquida e a infraestrutura de suporte estão sendo integradas aos data centers refrigerados a ar existentes, sendo usadas em data centers de computação de alta performance (HPC) totalmente refrigerados a líquido e habilitando para o edge computing módulos de data center de alta capacidade, totalmente confinados e refrigerados a líquido. Três tipos de refrigeração a líquido estão sendo implementados.
Trocadores de calor pela porta traseira
Trocadores de calor pela porta traseira trazem líquido para a parte traseira do rack em vez de diretamente para os servidores e são uma abordagem comprovada para aproveitar a propriedade de alta transferência térmica dos fluidos para refrigerar racks de equipamentos. Eles substituem a porta traseira do rack por um trocador de calor a líquido passivo ou ativo. Em um design passivo, os ventiladores do servidor empurram o ar através do trocador de calor e o ar resfriado é então expelido para o data center. Em um design ativo, os ventiladores integrados com o trocador de calor complementam o fluxo de ar gerado pelos ventiladores do servidor para dar suporte a refrigeração de maior capacidade.
Refrigeração líquida direta no chip
Essa tecnologia leva água ou refrigerante diretamente para o servidor para remover o calor dos componentes mais quentes, como CPUs, GPUs e memória. A refrigeração direta ao chip extrai cerca de 80% do calor do rack, enquanto o calor restante é tratado pelo sistema de refrigeração do data center.
Refrigeração por imersão
Esta tecnologia submerge o equipamento de computação em um fluido não condutor. Os ventiladores do servidor não são necessários porque o líquido está em contato direto com o equipamento, portanto, essa abordagem não requer suporte de sistemas de refrigeração a ar. O Open Compute Project (OCP) divulgou requisitos atualizados para a refrigeração por imersão para ajudar os operadores a definir requisitos para projetos de refrigeração por imersão e garantir a segurança das implementações de refrigeração líquida.
Visibilidade em Tempo Real
Uma maior visibilidade das operações muitas vezes permite um controle mais preciso. Um exemplo é o uso de sensores de temperatura para monitorar as temperaturas operacionais do data center. No passado, os data centers eram frequentemente operados a temperaturas de 72 graus Fahrenheit ou inferiores para garantir que o equipamento em todo o data center estivesse operando a temperaturas
Com visibilidade em tempo real das temperaturas do data center, os operadores podem aumentar as temperaturas para estarem mais próximas do limite superior das diretrizes da Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar-Condicionado (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, ASHRAE) de 18-21°C para equipamentos de TI. Nem todas as instalações se sentirão confortáveis operando perto do limite superior, mas muitas vezes há uma oportunidade de elevar as temperaturas, e cada grau em que as temperaturas são aumentadas pode criar até 4% de economia de energia.
Aproveitando a Tecnologia para Reduzir o Impacto
As soluções tecnológicas que uma instalação específica empregará para reduzir o impacto ambiental dependerão das metas e prioridades definidas, da idade dos sistemas existentes e dos orçamentos. Na maioria dos casos, as tecnologias mais novas serão implementadas em fases, à medida que os sistemas existentes envelhecerem, e os planos precisarão evoluir à medida que novas soluções baseadas em tecnologia surgirem.
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