Green Data Centers Energy efficiency vanaf de bron. Remco Sloothaak

Transcriptie

1 Green Data Centers Energy efficiency vanaf de bron Remco Sloothaak

2 Deze lezing wordt u aangeboden door

3 Items Drivers & performance indicatoren voor energie-efficiëntie Energieopwekking en rendement Lokale energieopwekking en rendement Hoogspanningsnetaansluiting als alternatief voor critical power?

4 Drivers voor optimalisatie Drivers Economisch Wetgeving Maatschappelijke verantwoordelijkheid Imago Hoe Minimaal energieverbruik Minimale investering (CapEx versus OpEx) Symbiose

5 Performance indicatoren Zijn de bekende performance indicatoren afdoende? Reliability, Availability, Maintainability Power Usage Effectiveness (PUE) Economisch Bestaande kwaliteitstandaards:... Conclusie: Indicatoren gericht op Datacenter interne processen / technologieën

6 Performance indicatoren Primary Energy Factor (PEF): Een Europese indicator die de efficiëntie van een energiedrager aanduidt Iedere energiedrager heeft een specifieke PEF Kwantificeert alle verliezen in de keten: winning, transport, verwerking, opslag, opwekking, etc. Ondersteunt vergelijking van verschillende energiedragers PEF voor elektrische energie: France Germany Netherlands Poland Spain Sweden United Kingdom PEF electrical Variatie van PEF electrical door: Mix van opwekkingseenheden Weging van energiedragers

7 Performance indicatoren PUE versus PEF PUE: Indicator voor energieverbruik / efficiency in het Data Center Micro niveau PEF: Indicator voor energieverbruik / efficiency van de complete keten Macro niveau PEF kwantificeert sustainability van de gehele keten

8 Energieopwekking Uitgangspunten Energieopwekking gebaseerd op fossiele brandstoffen: Rankine Cycle - Klassieke kolen-/ gas-/ oliegestookte of nucleaire eenheden Gasturbine - STEG-eenheid (Combined Heat cycle Plant, CHP) - Co-generation: samenwerking met industrieën (paper, raffinaderij, stadsverwarming)

9 Energieopwekking Kolengestookte eenheid electrical PEF electrical ( CFP ) ( CFP ) 38% 100% 38% 2.63 Exhaust gas Cooling water E = 6% E = 56% Boiler Water E = 100% Steam Waste steam Generator Steam turbine E = 38% E = 17% Grid

10 Energieopwekking STEG eenheid (Combined Heat cycle Plant) electrical PEF electrical ( CHP ) 3517 ( CHP ) 100% 52% 52% 1.9 Exhaust gas Cooling water E = 4% E = 44% Hoeveel verder kan dit rendement nog stijgen? E = 100% Heat Recovery Steam Generator Water Steam Waste steam Generator Gas turbine Generator E = 35% Steam turbine E = 17% E = 17% Grid

11 Datacenter met lokale energieopwekking Datacenter vergelijking Conventionele netaansluiting en compressie chiller koelsysteem versus Lokale energieopwekking en absorptie koeling Performance indicatoren Technische haalbaarheid OpEx CapEx Sustainability (=PEF)

12 Datacenter met lokale energieopwekking Uitgangspunten Datacenter model Elektrisch 50 MW e IT load, in load sharing configuratie Koeling ± 50 MW th gekoeld water systeem Operation mode 1: 24/7 Chiller operation PUE = 1.33 Operation mode 2: Free air PUE = 1 Locatie Nederland PEF electrical = 2.56 PEF gas = 1.1

13 Datacenter met lokale energieopwekking Conventioneel Datacenter ontwerp GRID 33.2 MW e 33.2 MW e BACK UP SYSTEM A BACK UP SYSTEM B 25 MW e 8.2 MW e A 25 MW e 8.2 MW e B COMPRESSION CHILLER COMPRESSION CHILLER 23 MWth 23 MWth 25 MWe 25 MWe CRAC system 1 CRAC system 1 DATA CENTER (50 MWe)

14 Datacenter met lokale energieopwekking PEF Datacenter Conventioneel ontwerp MW prim MW th MWprim 66.5 MWe FACILITY 16.5 MWe IT Chiller 66.5 MWth 50 MW e E primary PEF electrical E electrical MW prim PEF Data Center E primary P IT

15 Datacenter met lokale energieopwekking CHP + Absorptiekoeling Ontwerp 3 25 MW e Gasturbine met diverter MW th Afgassenketel 1 45 MW e Stoomturbine 3 23 MW th Absorptie koeler met gekoeld watersysteem Koeltorens / warmtewisselaars met vrije koeling (niet getoond) Bedrijfsvoering Absorptiekoeling aangedreven door uitlaatwarmte gasturbines Gasturbines in vollastbedrijf Export elektrische overcapaciteit

16 Datacenter met lokale energieopwekking CHP + Absorptiekoeling GRID 8.3 MW e 71 MW 8.3 MW e 71 MW 8.3 MW e 71 MW 23 MWth A 23 MWth B C 43 MWth 89 MWth HRSG 28 MW e STEAM TURBINE G 43 MWth G 43 MW MWth 43 MWth G G 25 MW e 20 MWth 25 MW e 20 MWth 25 MW e 0 MWth 28 MWe GAS TURBINE 1 GAS TURBINE 2 GAS TURBINE 3 ABSORPTION CHILLER ABSORPTION CHILLER ABSORPTION CHILLER CONDENSOR 23 MWth 23 MWth 0 MWth 16.7 MWe CRAC system MW e 16.7 MWe CRAC system 2 CRAC system 3 DATA CENTER (50 MWe)

17 Datacenter met lokale energieopwekking PEF Datacenter with CHP + Absorptiekoeling 103 MW prim 239 MWprim 53 MWe 217 MWgas 136 MWprim PEF Data Center E primary P IT MW e 217 MW gas FACILITY 14 MW th 129 MW th 87 MW th Boiler & Steam turbine 58 MW th Gas turbine 42 MW th 29 MW e 164 MW th IT Chiller 92 MW th 24 MW e 50 MW e E primary PEF gas E gas PEF electrical E electrical MW prim

18 Datacenter met lokale energieopwekking Uitgangspunten voor commercieel vergelijk Electrical import [ / kwh] Electrical export 0.04 [ / kwh] Natural Gas import 7.49 [ / GJ] IT load 50.0 [MW e ] Location Nederland Subsidies Geen PEF electrical ( ) = 2.56 PEF gas ( ) = 1.1

19 Datacenter met lokale energieopwekking Conclusie 1. Geen OpEx driver voor CHP + absorptiekoeling 2. Tot 62% verbetering in PEF Datacenter = 62% minder energieverbruik in de totale keten Conventional CHP + AC Cooling Chiller Free Air Chiller Free Air PUE Load electrical MW Load Natural Gas MJ/s Import electrical GWh/y Import Natural Gas PJ/y E OpEx M /y E Primary PJ/y PEF Data Center

20 Datacenter met lokale energieopwekking Samenvatting Lokale energieopwekking met gasturbines is een technisch alternatief voor de traditionele netaansluiting Is significant milieuvriendelijker in vergelijking met de traditionele netaansluiting Maar Zonder OpEx besparing om additionele CapEx te laten renderen wie is bereid de investering te dragen?

21 Datacenter HV netaansluiting Generieke eisen IT-power / koeling power systeem Hoge beschikbaarheid Hoge betrouwbaarheid Hoge kwaliteit Functionele eisen aan elektrisch datacenter back-up systeem Back-up Generator set - Alternatieve bron bij netuitval UPS - Overbrugging van de periode tussen netuitval en generatorbedrijf - Netkwaliteit Primaire functie elektrisch back-up systeem Datacenter Compensatie van netinstabiliteit

22 Datacenter HV netaansluiting Cijfers UpTime Institute Bron: Uptime 2008 Overweging: Is deze hoge Availability en Reliability voldoende voor IT-load? Maakt dit een elektrisch backup systeem overbodig? Level MTBF [J] Reliability [%] Availability [%] Tier I Tier II Tier III Tier IV Nederlands net Bron: CBS/KEMA Level MTBF [J] Reliability [%] Availability [%] HV net (220/380kV) MV net (150/10kV LV net (400V)

23 Datacenter HV netaansluiting Vereenvoudigd single feed model MTBF [J] Reliability [%] Availability [%] 220/380kV GRID HV Circuit Breaker HV/LV Transformer Tussen Tier II en Tier III Verbeterbaar? A IT load LV Circuit Breaker DATA CENTER In Serie =

24 Datacenter HV netaansluiting Vereenvoudigd dual feed model MTBF [J] Reliability [%] Availability [%] 220/380kV GRID Beter dan Tier IV Zonder back-up system A IT load DATA CENTER B Parallel =

25 Datacenter HV netaansluiting Conclusies HV netvoeding availability > Tier IV six nines HV netvoeding reliability > 99.8% Reliability en availability overeenkomstig IT-load eisen Elektrisch back-up system overbodig CapEx, OpEx en onderhoudsvriendelijk Maar... Back-upvrij Dataventer acceptabel voor markt? HV-grid SPoF? Enkel voor large scale datacenters

26 Contactgegevens Bedrijfsnaam : Siemens Nederland NV Adres : Prinses Beatrixlaan BN DEN HAAG Telefoon : +31 (0) Remco.Sloothaak@Siemens.com Stand : 46

27 Deze lezing werd u aangeboden door