Paweł Dębski
Inżynier ekolog
Efektywność energetyczna centrów danych a ich oddziaływanie na środowisko
Centra przetwarzania danych należą do obiektów o bardzo wysokim zapotrzebowaniu na energię elektryczną. Około 55% całkowitego zużycia energii przypada na procesy obliczeniowe, związane z pracą infrastruktury IT, natomiast niemal 40% jest wykorzystywane przez systemy chłodzenia. Wraz ze wzrostem gęstości obliczeniowej serwerów, dopuszczalnych temperatur pracy oraz częstotliwości występowania upałów, zapotrzebowanie energetyczne tych obiektów utrzymuje się na wysokim poziomie, mimo ciągłych usprawnień w zakresie efektywności energetycznej. Z tego względu kluczowe znaczenie dla ich bilansu energetycznego ma wdrażanie odnawialnych źródeł energii, odzysk energii oraz racjonalne zarządzanie zasobami, w tym zużyciem wody.
We wprowadzeniu do zaktualizowanej dyrektywy Unii Europejskiej dotyczącej efektywności energetycznej1 zaznaczono, że sektor technologii informacyjno-komunikacyjnych odpowiada za 5-9% globalnego zużycia energii elektrycznej. Same centra danych w 2018 roku zużywały 2,7% energii elektrycznej (76,8 TWh) w 28 państwach Unii Europejskiej, a prognozy wskazują wzrost tego udziału do 3,21% (98,5 TWh)2 w roku 2030. Poprawa efektywności energetycznej centrów danych odgrywa zatem istotną rolę w realizacji celów związanych z redukcją zużycia energii, dekarbonizacją oraz zwiększaniem zrównoważenia środowiskowego zarówno infrastruktury budowlanej, jak i procesów technologicznych stanowiących fundament współczesnej gospodarki cyfrowej.
Aktualizacja dyrektywy wskazuje, że centra danych o zapotrzebowaniu na energię elektryczną infrastruktury IT wynoszącym co najmniej 500 kW będą musiały udostępniać informacje istotne z punktu widzenia efektywności energetycznej, zużycia wody oraz elastyczności strony popytowej, m.in. całkowite zużycie energii, poziom wykorzystania ciepła odpadowego, udział energii ze źródeł odnawialnych, a także zużycie wody. Do oceny tych kwestii stosuje się wybrane wskaźniki efektywności energetycznej i środowiskowej.
Jednym z nich jest współczynnik ponownego wykorzystania energii (ERF – Energy Reuse Factor), definiowany jako stosunek energii odzyskanej i ponownie wykorzystanej w centrach danych do całkowitego zużycia energii. Do energii tej zalicza się m.in. ciepło odpadowe pochodzące z systemów chłodzenia. Metodyka wyznaczania tego wskaźnika została określona w normie3.
Kolejnym parametrem jest współczynnik energii odnawialnej (REF – Renewable Energy Ratio), który określa udział energii ze źródeł odnawialnych będących w posiadaniu lub zarządzaniu operatora centrum danych w całkowitym zużyciu energii przez obiekt. Zasady jego obliczania opisano w normie4. Istotnym wskaźnikiem środowiskowym jest również efektywność zużycia wody (WUE – Water Usage Effectiveness)5, wyrażana w [l/kWh IT]. Parametr ten odnosi się do ilości wody zużywanej przez centrum danych na potrzeby chłodzenia, utrzymania warunków termicznych i wilgotnościowych oraz w procesach wytwarzania energii elektrycznej, w przeliczeniu na zużycie energii przez infrastrukturę IT. Wartości WUE mogą wynosić 0,28 l/kWh IT w przypadku jednego z globalnych operatorów centrów danych lub 0,67 l/kWh IT dla wybranego operatora działającego w Polsce. Z kolei zgodnie z wytycznymi porozumienia Climate Neutral Data Center Pact, do 2040 roku wszystkie 74 centra danych uczestniczące w inicjatywie mają osiągnąć poziom WUE nieprzekraczający 0,4 l/kWh IT6.
Odnawialne źródła energii w centrach danych
Jednym z najbardziej powszechnych i jednocześnie łatwo dostępnych odnawialnych źródeł energii wykorzystywanych w centrach danych na całym świecie jest energia słoneczna. Coraz większa liczba obiektów decyduje się na zasilanie energią elektryczną pochodzącą z instalacji fotowoltaicznych. W praktyce centra danych mogą korzystać zarówno z własnych systemów produkcji energii zlokalizowanych na terenie obiektu, jak i z zewnętrznych dostaw w ramach długoterminowych umów PPA (ang. Power Purchase Agreement), gwarantujących zakup energii ze źródeł odnawialnych.
Wykorzystanie ciepła odpadowego z centrów danych
Zgodnie z dyrektywą o efektywności energetycznej, duże centra danych (powyżej 1 MW) powinny wykorzystywać ciepło odpadowe, jeśli jest to technicznie i ekonomicznie możliwe. Wynika to z faktu, że chłodzenie serwerów działa w sposób ciągły i stabilny, co czyni centra danych dobrym źródłem odzysku energii cieplnej9.
Odzyskane ciepło można wykorzystać lokalnie – do ogrzewania budynków8, infrastruktury lub zasilania sieci ciepłowniczych. W praktyce obejmuje to zarówno duże instalacje, jak i mniejsze rozwiązania, np. ogrzewanie obiektów usługowych czy specjalistycznych.
Przykłady pokazują szerokie możliwości takiego podejścia: w Norwegii ciepło z centrum danych wspiera hodowlę homarów7, a w Wielkiej Brytanii zasila basen w centrum rekreacyjnym. W Finlandii większość ciepła z centrum danych trafia do miejskiej sieci ciepłowniczej, pokrywając znaczną część zapotrzebowania miasta. W Polsce również wdrażane są podobne rozwiązania, m.in. w Poznaniu10, gdzie ciepło z serwerowni ogrzewa budynki biurowe i przestrzenie komercyjne.
Takie modele współpracy tworzą lokalne ekosystemy energetyczne, łączące produkcję i zużycie energii w jednym systemie. Dzięki temu ogranicza się straty przesyłowe i zwiększa ogólną efektywność wykorzystania energii.
Rola wodorowych ogniw paliwowych w przyszłości branży
Zasilanie awaryjne w centrach danych stopniowo odchodzi od generatorów diesla ze względu na cele środowiskowe. Coraz częściej stosuje się magazyny energii, a testowane są także wodorowe ogniwa paliwowe jako potencjalnie bezemisyjna alternatywa. Technologia wodorowa jest już sprawdzana w praktyce m.in. jako systemy podtrzymania zasilania oraz rozwiązania modułowe, w których ogniwa mogą pełnić nawet rolę głównego źródła energii. Dodatkową zaletą jest możliwość wykorzystania produktów ubocznych, takich jak woda, w systemach chłodzenia. Chociaż rozwiązania te wciąż są w fazie rozwoju, wskazują kierunek zmian w stronę bardziej zrównoważonej infrastruktury centrów danych11.
Podsumowanie
Branża centrów danych coraz częściej sama inicjuje działania na rzecz ograniczenia wpływu na środowisko, nie czekając wyłącznie na regulacje prawne. Przykładem jest Climate Neutral Data Center Pact z 2021 roku, czyli porozumienie firm technologicznych i operatorów infrastruktury cyfrowej. Inicjatywa ta zakłada systematyczne podnoszenie efektywności energetycznej oraz zwiększanie wykorzystania energii odnawialnej, co ma prowadzić do neutralności klimatycznej sektora.
W praktyce oznacza to m.in. niższe zużycie energii na utrzymanie infrastruktury, większy udział energii oraz rozwój nowych standardów oceny wydajności centrów danych. W efekcie branża dąży do bardziej zrównoważonego modelu funkcjonowania12.
Źródła
1 Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2023/1791 z dnia 13 września 2023 r. w sprawie efektywności energetycznej oraz zmieniająca rozporządzenie (UE) 2023/955 (wersja przekształcona) (Dz.Urz. UE L 231/1 z 20.09.2023)
2 https://www.iea.org/energy-system/buildings/data-centres-and-data-transmission-networks
3 PN-EN 50600-4-6 Technika informatyczna. Wyposażenie i infrastruktura centrów przetwarzania danych. Część 4-6: Współczynnik powtórnego wykorzystania energii
4 PN-EN 50600-4-3 Technika informatyczna. Wyposażenie i infrastruktura centrów przetwarzania danych. Część 4-3: Współczynnik energii odnawialnej
5 EN 50600-4-9. Information technology. Data centre facilities and infrastructures. Part 4-9: Water Usage Effectiveness
6 https://www.climateneutraldatacentre.net/
7 https://www.iea.org/energy-system/buildings/data-centres-and-data-transmission-networks
8 https://www.bbc.com/news/technology-64939558
10 https://www.beyond.pl/centra-danych
11 Ustawa z dnia 7 lipca 2023 r. o przygotowaniu i realizacji inwestycji w zakresie Krajowego Centrum Przetwarzania Danych (Dz. U. 2023, poz. 1501)