Energie-efficiënte nieuwbouw datacenters

Transcriptie

1 Energie-efficiënte nieuwbouw datacenters Maarten Afman, onderzoeker/adviseur energie CE Delft 26 november 2013

2 Inhoud 1. Introductie CE Delft» wie zijn we, wat doen we, voor wie 2. Studies op het gebied van datacenters» Vergroenen datacenters (Hivos)» Handreiking energiebesparende maatregelen (I&M)» Energie-efficiënte nieuwbouw datacenters (AgNL) 3. Nieuwbouw datacenters» Technieken» Aanpak studie» Uitkomsten 4. Vragen/discussie

3 CE Delft: wie zijn wij? Onafhankelijk beleidsonderzoek en advies» Ruim 35 jaar; ca. 40 medewerkers» Grensvlak economie, techniek en (milieu)beleid» Gericht op structurele veranderingen» Sectoren: Energie (energievoorziening, gebouwde omgeving, industrie) Verkeer (verkeerseconomie, klimaatbeleid) Economie (milieueconomie, financiële instrumenten) Ketenanalyse (LCA, grondstofketens) Techniek Klanten/opdrachtgevers» Europese Commissie en Europees Parlement» Ministeries, provincies, regio s, gemeenten» Bedrijfsleven, branches» Maatschappelijke organisaties Economie Beleid

4 Beleidsrelevante studies CE Delft Evaluatiestudies overheidsbeleid» Energiebesparingspotentieel Wet Milieubeheer» Energiebesparingsbeleid industrie; effect Benchmarking-convenant» Kosten en effecten Nederlands klimaatbeleid (tweede kamer)» Evaluatiestudies EU ETS» Milieuwinst Regeling Groenprojecten Toekomst energievoorziening» Maatschappelijke kostenbatenanalyse Intelligente Netten» Net voor de Toekomst» Energietransitiestrategie VME

5 Vloeroppervlakte (m2) Energiegebruik (TWh/j) CE Delft studies Datacenters (1) 2012: Vergroenen datacenters , opdrachtgever Hivos» Energiegebruik in ieder geval ~ 1,6 TWh» 2015: >2 TWh (bijna 2% NL elektriciteitsgebruik) Netto datavloer oppervlakte Totaal energiegebruik 3 2, , ,5 0» Openbaar rapport, beschikbaar:

6 CE Delft studies Datacenters (2) Handreiking energiebesparende maatregelen datacenters» Gericht op handhaving en toezicht» Informatieblad» Factsheets over 16 veelvoorkomende maatregelen Typering Kosten en terugverdientijden Bondig, eenvoudig taalgebruik

7 CE Delft studies Datacenters (3) Technieken voor energie-efficiënte nieuwbouw-datacenters» Wat zijn de technieken?» Fundamentele beperkingen/mogelijkheden?» Welk prestatieniveau is haalbaar?» Openbaar rapport (engelstalig).

8 Doelstelling Onafhankelijk overzicht van best beschikbare technieken voor energie-efficiënte nieuwbouw van datacenters en serverruimtes» Wat zijn mogelijke technieken?» Wat zijn mogelijke maatregelcombinaties?» Wat zijn kosten en energiegebruiken? Ter onderbouwing van Handreiking energiebesparende maatregelen (huidig project).

9 Aanpak A. Bureaustudie Analyse van groot aantal studies, white papers Identificatie technieken, maatregelen en resultaten B. Toeleveranciers Investeringen, rijpheid techniek, e-gebruik C. Doorrekenen varianten Typerende combinaties van maatregelen Resultaat: typerende waarden investeringen, energie (w.o. EUE) en terugverdientijd D. Check bij datacenters. Voorleggen data, vraag om indicatieve respons E. Eindrapport

10 Aspecten efficiënt datacenter-ontwerp 1. Beperking externe warmteïnvloeden 2. Luchttransport 3. Warmteafvoer 4. Vochtigheidsbeheersing 5. Integratie in omgeving 6. Stroomvoorziening

11 Conversie-efficiëntie modern UPS Statisch UPS Loading degree 125 kva 200 kva 300 kva 400 kva 25% 90.6% 92.6% 92.5% 94.2% 50% 93.7% 94.4% 94.4% 94.5% 75% 94.6% 94.6% 94.6% 94.6% 100% 94.7% 94.8% 94.8% 95.2%

12 Fan power (kw) Efficiënt luchttransport» Vermogensvraag ventilatoren neemt kwadratisch af met luchtsnelheid P (kw) % 20% 40% 60% 80% 100% Fan operating speed (percentage of rated rpm)

13 Model datacenter Model investeringskosten en energieprestaties datacenter» Doel: vergelijkbaar maken zeer diverse info van leveranciers» Vergelijken ontwerpvarianten met referenties» Prestatiecoefficienten per component afhankelijk benuttingsgraad

14 Ontwerpvarianten - 1 Directe koeling, open systemen: koeling met directe inblazing gefilterde buitenlucht Variant 1a: uitsluitend adiabatisch ondersteund Variant 1b: ondersteund met zowel adiabatische koeling als PCM koudebuffer Beide: compressorvrije koeling "warm" air vented outside IT IT "cold" air to cold aisle outside air inlet 1b: phase change cold storage assistive cooling: 1a: adiabatic microfilter

15 Ontwerpvariant - 2a Indirecte koeling d.m.v. lucht/lucht warmtewisselaar Variant 2a: adiabatisch ondersteund; compressorvrij "warm" air from computer room outside air exhaust IT IT outside air intake "cold" air to cold aisle air/air heat exchanger assistive evaporative cooler

16 Ontwerpvariant - 2b Indirecte koeling d.m.v. lucht/lucht warmtewisselaar Variant 2b Roterende warmtewisselaar; assistentie van compressiekoeling refrigerant compressor outside air "warm" air condensor IT IT outside air exhaust Conditioned air to cold aisle assistive compression cooling air/air heat exchanger outside air intake

17 Ontwerpvarianten - 3 Indirecte koelsystemen, vloeistofcircuit 3 Hybride droge koeler, ondersteund met compressiekoeling. (alternatief is natte koeltoren, ook ondersteund met compresiekoeling) "warm" air IT IT "warm" water outside air exhaust "cold" air to cold aisle computer room air handling unit "cold" water (assistive compression cooling) outside air intake wet(3a) or hybrid dry (3b) cooling tower

18 Referentie-ontwerpen» Ontwerpvarianten vergeleken met referenties» Gebaseerd op technieken gebruikt in recent gebouwde moderne, energie-efficiënte datacenters» Warmte-afvoer: indirecte vrije koeling met hoge graad van vrije koeling: 250 kw: 70% v.d. tijd van het jaar 3 MW: 90% v.d. tijd van het jaar 8 MW: 95% v.d. tijd van het jaar» UPS: Statisch UPS voor 240 kw; 3MW; Rotary UPS voor 8 MW IT Heat exchanger (Humidifyer) Pump station Fan compressor condensor Dry coolers Computer room air handling unit (CRAH) evaporator Chiller plant

19 Uitkomsten Energie een aantal berekende EUE-waarden, bij 70% belasting * Average load Data centre size class 250 kw 3 MW 8 MW Reference Reference Reference a. Open system, adiabatic b. Open system, adiabatic, PCM a. Closed indirect free cooling, adiabatic b. Closed, indirect free cooling Indirect free cooling, hybrid dry Transformer A1 Switch gear UPS-system Power delivery C1 B Climate system Chillers, fans, etc. ICT/ Server racks *getoonde EUE waarden exclusief: - energiegebruik overige zaken (D; ca. 4%) - diesel brandstof (A2) Diesel generator Electr. heating A2 D Other (lighting, offices, etc.)

20 Uitkomsten Investeringskosten* (x mln ) Data centre size class 0.25 MW 3 MW 8 MW Reference Reference Reference a. Open system, adiabatic b. Open system, adiabatic, PCM 1.0 2a. Closed indirect free cooling, adiabatic b. Closed, indirect free cooling Indirect free cooling, hybrid dry * Kosten koeloplossing en UPS-systemen, kosten die niet verschillen tussen varianten en referenties buiten scope.

21 Uitkomsten Terugverdientijden op basis van energiebesparing (jaren) Average load Data centre size class 250 kw 3 MW 8 MW Reference 1 - Reference 2 - Reference 3-1a. Open system, adiabatic > 10 > 5 ** > 10 1b. Open system, adiabatic, PCM > 10 2a. Closed indirect free cooling, adiabatic < 0 < 0 < 0 2b. Closed, indirect free cooling > 10 > 10 >= 0 * 3. Indirect free cooling, hybrid dry >= 0 * >= 0 * * Results for these variants vary under sensitivity analysis testing. ** These variants can become < 10 under sensitivity analysis testing.

22 Conclusies Varianten:» Realiseren van lage EUE voor nieuwbouw datacenters is mogelijk (maar let op, niet alle verliesposten meegenomen)» Er zijn energie-efficiënte varianten zonder meerkosten ten opzichte van de referenties.» Andere varianten met meerprijs, niet alle binnen 5-10 jaar terugverdiend Operatie:» Aanhouden van voldoende ruime grenzen voor temperatuur, vochtigheid cruciaal, zeker voor compressievrij» Compressievrij: volle bereik ASHRAE recommended C is nodig

23 Conclusies (2) Stroomvoorziening» Moderne statische UPS-en halen hoge efficiënties, ook bij wat lagere belastingsgraden» Rotary UPS typisch minder efficiënt bij belastingen <50%. Overig» Conversieverliezen UPS wordt belangrijker naarmate koeling efficiënter wordt.» Idem, voor overige energieverbruikers (verlichting, beveiligingssystemen)

24 Vragen/discussie Dank voor uw aandacht!» Contact: / » Openbare CE Delft rapporten: