Alimentación alternativa en centros de datos tras la crisis energética

La IA ha acelerado la demanda de energía de maneras que nunca antes hemos visto y ha sorprendido a todas las predicciones y hojas de ruta por su ritmo y magnitud.

Sin embargo, la IA no es el único factor desencadenante del crecimiento de los centros de datos y del aumento del consumo energético. La crisis energética es un problema latente y más amplio que abarca las tendencias sociales y la creciente dependencia digital, desde un mayor almacenamiento de datos hasta la necesidad de una computación más rápida y potente. Los sistemas energéticos, incluida la red eléctrica, necesitan modernización y diversificación, colaboración intersectorial y una mayor estandarización para afrontar todos estos desafíos.

En este momento existen varias alternativas posibles para afrontar la situación energética, tanto renovable como no renovable, cuando se trata de medios más eficientes y respetuosos con la red para alimentar centros de datos, que son críticos para la infraestructura energética mundial.

Hidrógeno: ¿El santo grial o una necesidad de alto mantenimiento?

Los centros de datos necesitan cantidades masivas de energía estable y de alta calidad con la menor huella de carbono posible. Sería ideal usar hidrógeno como combustible, combinándolo con oxígeno en celdas de combustible para producir electricidad y emitir únicamente agua y calor, que son subproductos valiosos. Esta sería una solución maravillosa si se pudiera producir una gran cantidad de hidrógeno con una huella de carbono muy baja.

Actualmente, la mayor parte del hidrógeno se produce utilizando energía de combustibles fósiles a un costo mucho menor que el del hidrógeno que utiliza energía libre de emisiones. Recientemente, se han ideado métodos más eficaces para producir hidrógeno: extraer hidrógeno de las moléculas de agua alimentando electrolizadores con electricidad solar o eólica, o descomponer las moléculas de agua a temperaturas ultraaltas como subproducto en algunos tipos específicos de reactores nucleares.

El hidrógeno no es una energía primaria, sino un vector energético, como la electricidad. Sin embargo, se puede almacenar fácilmente en tanques, lo que resulta mucho más difícil y costoso para la electricidad. Esto representa una gran propuesta de valor para la alimentación de centros de datos. La adopción de la energía del hidrógeno en centros de datos aún se encuentra en sus primeras etapas, pero muestra un gran potencial gracias a iniciativas como la Iniciativa de Hidrógeno Verde de Microsoft.

Superando desafíos

Los beneficios que aportan los enormes sistemas de almacenamiento de energía de hidrógeno implican superar algunos desafíos.

El hidrógeno tiene el mayor contenido energético por unidad de masa, lo que lo convierte en un excelente combustible en términos de peso. Sin embargo, al ser un gas muy ligero, tiene el menor contenido energético por unidad de volumen. Esto significa que almacenarlo y transportarlo puede ser complicado, ya que requiere altas presiones o temperaturas criogénicas para almacenarlo de forma compacta.

Por ejemplo, comprimir hidrógeno a 700 bares consume entre el 10% y el 15% de su contenido energético. Por lo tanto, la generación de electricidad a partir de hidrógeno en una pila de combustible tiene una eficiencia típica del 40% al 60% (aún mucho mejor que la generación de energía tradicional basada en la combustión, que ronda el 35%). Considerando que la generación de hidrógeno por electrólisis tiene una eficiencia promedio del 60% al 80%, la eficiencia total de ida y vuelta es de aproximadamente solo el 20% al 45%. Pero la clave está en los detalles.

Los átomos de hidrógeno son tan pequeños que pueden penetrar metales sólidos. Una vez absorbido, el hidrógeno reduce la tensión necesaria para que se inicien y propaguen grietas, las cuales pueden debilitar los sistemas de almacenamiento. Esto implica que todas las tuberías deben cumplir con estándares extremadamente estrictos. Se requieren importantes inversiones en infraestructura para producir, almacenar y distribuir hidrógeno de forma segura.

Y, por razones de seguridad, las grandes soluciones de almacenamiento de hidrógeno deben instalarse a una distancia segura de zonas pobladas, edificios y otras infraestructuras críticas… como centros de datos.

En EE. UU., la suspensión inmediata de la financiación, ordenada en virtud de la Ley de Reducción de la Inflación (IRA) y la Ley de Inversión en Infraestructura y Empleo (IIJA), tendrá un impacto significativo en la producción de hidrógeno. La cancelación de importantes subsidios, como los 7.000 millones de dólares destinados a siete centros regionales de hidrógeno limpio y los posibles créditos fiscales para la producción de hidrógeno de hasta 3 dólares por kg en virtud de la IRA, congelará drásticamente el prometedor progreso actual.

Pero lo más doloroso para los actores del sector es la posible cancelación de proyectos ya comprometidos con el Departamento de Energía, que ya ha asignado más de 170.000 millones de dólares en subvenciones y préstamos, y la Agencia de Protección Ambiental, que ya ha distribuido el 93 por ciento de sus fondos de subvenciones IRA.

Energía nuclear: fuente de energía estable y libre de carbono

La energía nuclear ofrece un suministro energético estable y fiable, a diferencia de la energía eólica y solar, que son intermitentes y dependen de las condiciones meteorológicas. De hecho, la energía nuclear proporciona energía térmica masiva y estable para alimentar máquinas rotativas de generación de electricidad. Su considerable inercia mecánica contribuye significativamente a la estabilización de todo el sistema eléctrico (equilibrando la potencia activa y reactiva).

Si bien las fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, son indudablemente esenciales para un futuro sostenible, su variabilidad plantea desafíos para su implementación masiva. La estabilidad del sistema eléctrico debe lidiar cada vez más con la inercia de equilibrio virtual simulada de su electrónica de potencia. De hecho, según la AIE, muchos proyectos de energías renovables están, lamentablemente, a la espera de su autorización para conectarse a la red global. A finales de 2023, más de 3000 GW de capacidad de generación renovable se encontraban en espera de conexión a la red, a pesar de que muchos proyectos ya se encontraban en etapas avanzadas de desarrollo.

Esta situación es un desafío que la estandarización internacional ha asumido. Se está avanzando para lograr una mayor disponibilidad de energía renovable. Algunos sistemas de generación de redes inteligentes multienergéticas renovables y de almacenamiento ya se han demostrado con éxito a escala de servicios públicos.

Las normas IEC y la evaluación de la conformidad, por ejemplo, son elementos fundamentales en desarrollo para diseñar redes inteligentes robustas y fiables. Sin embargo, por el momento, incluso con redes inteligentes, el aumento de las necesidades energéticas de los centros de datos no puede esperar, y convierte a la energía nuclear en un complemento muy valioso.

Además, la energía nuclear es una fuente libre de carbono, en consonancia con los esfuerzos globales para reducir las emisiones de carbono y combatir el cambio climático. También se están realizando avances en materia de seguridad nuclear y gestión de residuos nucleares.

Esto explica por qué la energía nuclear se (re)considera en muchas hojas de ruta de transición energética en todo el mundo. La llegada de los reactores nucleares pequeños (SMR) y los reactores modulares avanzados (AMR) también abre nuevas posibilidades gracias a su menor tamaño, la prefabricación de bloques de construcción, una cadena de suministro de grado industrial y un menor coste.

Sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS): ¿Un viejo sueño o un destino ideal?

Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías se han considerado durante mucho tiempo como un objetivo final. El camino continúa, beneficiándose del acelerado desarrollo del transporte eléctrico. El almacenamiento directo de electricidad también podría beneficiarse repentinamente de la irrupción de innovaciones electroquímicas, que se encuentran en plena exploración.

Parte del atractivo de los BESS para los centros de datos reside en la mayor flexibilidad y estabilidad que ofrecen si se aprovechan adecuadamente. Según mi colega Howard Porter, miembro del Comité de Estrategia de Mercado de IEC y experto en eficiencia energética, pueden proporcionar energía de respaldo durante cortes de suministro y contribuir a la estabilidad de la red en caso de variaciones de frecuencia y voltaje.

En 2023, la IEC publicó una Especificación Técnica (IEC TS 62786-3:2023), que abarca los principios y requisitos técnicos integrales para la interconexión de sistemas BESS distribuidos a las redes de distribución. Esta Especificación Técnica es fundamental para el diseño, la operación y las pruebas de los sistemas BESS, garantizando que cumplan con los requisitos necesarios para su integración en la red.

Las directrices técnicas que especifica también serán cruciales para garantizar formas seguras y eficientes de integrar BESS para diversas aplicaciones.

La IEC también está trabajando actualmente en una nueva norma, la IEC 62933, que se aplica a los efectos de las condiciones ambientales en los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS). Los efectos ambientales típicos en los BESS incluyen, entre otros, los efectos de rayos, actividad sísmica, agua, aire, flora, fauna y la actividad humana. La idea es que, en función de estos efectos, se describan en esta norma medidas preventivas o de mitigación.

En general, existe un gran potencial, y la necesidad impulsa la invención. Sin embargo, los cambios de política generan incertidumbre en el mercado de las energías limpias, lo que ralentizará la I+D y podría desalentar la inversión privada en nuevos proyectos.

Los desafíos energéticos que presenta la IA impulsan la innovación en todo el ecosistema energético y de centros de datos. El verdadero potencial reside en la integración de opciones renovables y no renovables para crear una infraestructura energética equilibrada y la implementación de estándares técnicos que garanticen un mercado sostenible de soluciones.

(datacenterdynamics.com)

Les estaremos informando con mucho más detalle, en el marco del informe especial: “Soluciones y productos de infraestructura para edificios y ciudades inteligentes (Sistemas BIM y BMS), POL (Passive Optical LAN). Seguridad integrada, video vigilancia y control de acceso. Casos de uso y aplicabilidad de cada solución y producto, incluyendo la colaboración digital (relacionado a realidad virtual sistema BIM) (Gemelos digitales). Buenas prácticas ambientales.», que estamos preparando para nuestra edición 216 y publicaremos en el mes de julio.

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