EU bør stille krav om energieffektive køleløsninger i datacentre

Energiforbruget til datacentre er voldsomt stigende
Digitale løsninger er på voldsom fremmarch. Det er bl.a. streamingtjenester i høj kvalitet, som lægger pres på udbygningen med datacentre over hele verden og således også i EU. Men også IOT (Internet Of Things), videokonferencer, gaming osv. stiger voldsomt. Branchen bruger ifølge Open Compute Project og Datacenter.com allerede i dag over 8 % af EU’s samlede strømforbrug med et CO2-udslip på 4 % af EU’s samlede udslip, og der forventes en eksponentiel stigning frem mod 2030.

EU-Kommissionen og Tyskland har allerede fokus på datacentrene
Da EU-Kommissionen i februar præsenterede sin langsigtede Green Deal-strategi, var der fokus på, at datacentrene skulle være CO₂-neutrale i 2030.

Dette er også understreget af det tyske miljøministerium, som har datacentre med på deres initiativliste for tech-sektoren. Datacentrene skal således reguleres, så de er effektive, så de bruger strøm fra vedvarende energikilder, men også så de genanvender spildvarme i form af f.eks. varmt kølevand, der kan bruges til fjernvarme.

At tyskerne har dette fokus, er væsentligt, både fordi Tyskland er et stort, betydende EU-land, men også fordi Tyskland overtager EU-formandskabet den 1.7.2020.

Energiforbruget i datacentre har to hovedformål
Energiforbruget i et datacenter er delt i to. På den ene side er der et forbrug af elektricitet til driften af serverne, og på den anden side er der et energiforbrug til køling af serverne i datacenteret. Det er vigtigt, at have fokus på, at strømforbrug til kølingen af serverne er betydeligt, og globalt set er cirka det samme som strømforbruget til driften af serverne. Samtidig udvikles der en spildvarme, der målt i watt er lige så stor som det samlede strømforbrug til datacentrene. Med andre ord bliver al den strøm, der tilføres til datacenteret, omsat til varme.

Nuværende anvendte køleteknologier
De allerstørste datacentre i EU, også kaldet Hyperscale datacentre, er i praksis koncentreret om nogle få udbydere, såsom Google, Apple, Facebook, Amazon, Microsoft m.fl., som bruger deres egenudviklede servere. Dertil findes der et hav af entreprise-datacentre og supercomputer-datacentre, hvor serverne typisk kommer fra de store producenter som HP, Dell, Lenovo osv. Fælles for dem alle er, at serverne fortrinsvis er basereret på teknologier, som anvendes i USA, og som udbredes til hele verden, uanset situationen i de lande hvor serverne opstilles.

For serverdriftens vedkommende er det kun muligt at anvende elektricitet. Udviklingen af servere har derfor fokus på at udvikle de mest el-effektive servere med størst mulig dataeffekt og mindst mulig el-forbrug. Ud over denne effektivisering fokuserer datacentrene på at anvende el fra vedvarende energikilder som sol og vind.

For kølingens vedkommende anvendes stort set altid traditionel luftkøling, hvor den overskydende varme inde i serverne fjernes med små, voldsomt energikrævende blæsere i hver enkelt server, og hvor denne varme igen fjernes fra bygningen ved luftkøling.

En del af den omfattende fastholdelse af den traditionelle luftkøling skyldes formentlig også, at de meget store aktører på servermarkedet hovedsageligt er baseret i USA og andre lande, hvor energisystemerne ikke er så avancerede som i EU. Her er der større fokus på ensartethed og enkelthed i konceptet, end der er på at levere energieffektive servercentre tilpasset den lokale energisituation.

Mulige alternative effektive kølingsteknologier
Der findes allerede teknologier, som i stedet for luftkøling anvender vandkøling. Blandt producenterne af vandkølingsløsninger kan nævnes Asetek, CoolIt Systems, DCX, Motivair og Nortek. Disse teknologier har været på markedet i omkring to årtier og er således gennemprøvede, dog kun i et fåtal af datacentre og sjældent med henblik på tilslutning til fjernvarme, primært fordi installationerne ligger i varme klimaer, hvor der har været fokus på strømbesparelse til nedkøling.

Vandkøling i stedet for luftkøling koster kun få procent mere i installationsfasen, og hvis driftsfasen medregnes, så er vandkøling på sigt faktisk billigere end luftkøling, idet både den sparede strøm og salget af restvarmen genererer en indtægt. Typisk vil merinvesteringen i vandkøling derfor have en tilbagebetalingstid på få måneder.

Dette skyldes, at vandkøling har flere energimæssige fordele i forhold til luftkøling:

1. Vandkøling reducerer strømforbruget til det totale antal servere i datacenteret med 10-30 % i forhold til luftkøling, størst i geografiske områder, hvor udetemperaturen er høj.
2. Vandkøling leverer spildvarme fra kølingen på 60 grader celsius, hvorimod luftkøling kun kan levere spildvarmen ved omkring 25 grader celsius.
3. Spildvarme fra vandkøling af datacentre på 60 grader celsius, kan anvendes direkte til opvarmning via de europæiske fjernvarmesystemer eller til fjernkøling, som drives af det 60 grader varme vand.
4. Anvendelse af spildvarme på 25 grader celsius fra luftkøling af datacentre, kræver anvendelse af en fordyrende varmepumpe og med et ekstra el-forbrug for at opnå tilstrækkelig temperatur til at kunne genanvendes til opvarmnings- eller køleformål.

Behov for at stille krav til energieffektiviteten af datacentre
Når det nu kan dokumenteres, at det rent faktisk er billigere at drive et datacenter med vandkøling, hvorfor sker der så ikke et automatisk skift fra traditionel ineffektiv luftkøling til vandkøling?

Dette skyldes formentlig tre ting.

1. Den ovenfor nævnte effekt fra ejerskab i lande, som ikke har fjernvarme eller fjernkøling, og som i stedet for fokus på en samlet maksimal energieffektivitet alene, prioriterer ensartethed og køb af strøm fra vedvarende energikilder.
2. Der er stort politisk fokus på datacentre og deres strømforbrug. Desværre indeholder den gængse måde at måle energieffektiviteten på et datacenter på, ikke cirkulær tankegang – altså at måle på genanvendelsen af ressourcer, selvom der findes målemetoder til at vurdere et datacenters samlede energibalance.  Sådanne metoder bør derfor tages i brug.
3. De enkelte servere skal fra start være forberedt med vandkøling i stedet fra luftkøling. Serverproduktionen satser på at levere et stort antal helt ens produkter, så der er også her en træghed i at tilbyde servere med forskellige køleteknologier. Det gør det vanskeligt at få leveret servere med indbygget vandkøling, idet foreløbig kun nogle få leverandører leverer dette.

Der er således brug for at stille krav til energieffektivitet af datacentre, især med henblik på at få indfaset energieffektive vandkølingsteknologier, med lavere samlet el-forbrug og bedre mulighed for anvendelse af spildvarmen til opvarmnings- og køleformål.

Bemærkelsesværdigt nok så vil opstilling af krav, der fremmer brug af vandkøling i stedet for traditionel luftkøling, faktisk give en samlet økonomisk besparelse på den samlede drift af datacentrene.

Krav om energieffektive datacentre i EU skal indskrives ved revision af EE-direktivet
Med vedtagelsen af EU’s Green Deal og den forventede samhørende opskrivning af EU’s reduktionsmål for udledningen af drivhusgasser fra de nuværende mindst 40 % i 2030 til 55 % i 2030, så er det annonceret fra EU-Kommissionen, at det betyder en delvis revision med stærkere EE-krav i Energieffektiviseringsdirektivet.

EU’s tænkning tillægger fortsat en forstærket indsats for energieffektivisering en helt afgørende betydning for en omkostningseffektiv gennemførelse af en reduktion af udledningen af klimagasser med 55 % i 2030 i forhold til 2005.

Energieffektiviseringsdirektivet indeholder allerede krav til overvejelse af fjernvarme m.v., når EU-landene gennemfører forandringer og nyinvesteringer i nationale energisystemer.

Der bør også indskrives krav til energieffektiviteten af datacentre i EE-direktivet, set i lyser af, at energibehovet til disse datacentre er kraftigt stigende, og som beskrevet forventes at udgøre helt op mod 20 % af EU’s samlede el-forbrug i 2030.

Endvidere bør der indskrives krav om sektorintegration mellem strømforbruget til datacentrene og anvendelse af spildvarmen til nødvendig opvarmning eller køling via den udbredte tilstedeværelse i EU af fjernvarmesystemer og til dels af kølesystemer.

Konkrete forslag til krav til datacentre i EU, som kunne indskrives i Energieffektivitetsdirektivet

1. Nye datacentre placeret i EU skal anvende mest energieffektive køleteknologi, som p.t. er vandkøling.
2. Ved udskiftning af hele ”racks” af servere i eksisterende datacentre skal der anvendes mest energieffektive køling til køling af servere og bygning. I en overgangsfase kan eksisterende luftkøling og ny vandkøling fint eksistere side om side.
3. Vandkøling skal indrettes, så overskudsvarmen fremkommer vandbåren og ved minimum 60 grader celsius.
4. Vandkølingssystemer skal indrettes, så minimum 65 % af den medgåede elektricitet kan udnyttes som minimum 60 grader varmt vand.
5. Muligheden for at anvende overskudsvarmen på 60 grader skal ske gennem nationale krav om, at datacentre placeres i en tilpas tæt på enten varmebehov eller kølebehov.
6. Når denne mulighed for udnyttelse af overskudsvarme udnyttes enten til opvarmning eller køling, så skal dette ske gennem energieffektiv sektorkobling mellem datacenter og varme eller kølebehov, f.eks. gennem etablering af fjernvarmenet eller fjernkølenet.
7. Der bør stilles generelle energieffektivitetskrav til det samlede el-forbrug til drift af servere og køling af disse, samt den mulige udnyttelse af det minimum 60 grader varme kølevand.
8. Energieffektivitetskravene og sektorkoblingskravene differentieres efter EU klimazoner.
9. Effektivitetskravene skal afspejle, at den sydlige klimazone med varmt vejr generelt har større energieffektiviseringspotentiale ved skift fra luftkøling til vandkøling på det direkte el-forbrug. Krav til anvendelse af spildvarmen skal i denne klimazone fortrinsvis ske som krav til anvendelse af minimum 60 grader varmt vand til køleformål.
10. I den nordlige klimazone er den direkte effektiviseringsgevinst mellem luftkøling og vandkøling mindre pga. af den lavere udetemperatur og muligheden for direkte køling fra f.eks. natteluft. Dette tilsiger et lavere effektiviseringskrav. Til gengæld er det her vigtigere at kræve, at datacentrene placeres, hvor udnyttelsen af det minimum 60 grader varme vand kan udnyttes til opvarmningsformål enten i eksisterende eller nye fjernvarmesystemer.

---

Download note with English version of this blog: