Os centros de dados são conhecidos por serem grandes consumidores de energia elétrica, sendo que os processos de resfriamento necessários para manter as salas de TI na temperatura correta frequentemente representam mais de um terço da demanda total de energia elétrica de uma instalação. Isso, é claro, não é barato.

A avaliação do uso de energia e eficiência é, portanto, crucial e é alcançada medindo métricas como Eficiência de Uso de Energia (PUE, na sigla em inglês) - referindo-se à relação entre a potência total da instalação e a potência do equipamento de TI. Nos últimos 15 anos, observou-se que o PUE médio dos centros de dados em todo o mundo diminuiu de 2,5 para 1,6, sendo que em algumas regiões os novos centros de dados podem alcançar um PUE de 1,2.

Por algum tempo, o PUE tem sido considerado uma métrica-chave na indústria de centros de dados e frequentemente é utilizado para comprovar a sustentabilidade de uma instalação. No entanto, à medida que a ênfase em instalações mais sustentáveis continua a crescer e as eficiências energéticas se tornam mais difíceis de serem alcançadas, a Eficiência de Uso de Água (WUE, na sigla em inglês) - o "irmão mais novo" do PUE quando se trata da eficiência do consumo de água - tornou-se o novo tópico em destaque.

De fato, a indústria de centros de dados, juntamente com as autoridades e o público em geral, começou a perceber a quantidade de água que muitas instalações estão utilizando para evitar o superaquecimento. Os sistemas de resfriamento também frequentemente envolvem água que é evaporada em torres de resfriamento, deixando para trás águas residuais conhecidas como descarga que precisam ser tratadas pelas empresas de saneamento locais.

Além disso, à medida que a capacidade de computação continua a aumentar na mesma proporção em que as mudanças climáticas agravam a escassez de água - especialmente em regiões com pouca disponibilidade hídrica - a quantidade imensa desse recurso precioso necessária para manter um centro de dados resfriado simplesmente não é sustentável.

Isso levanta a seguinte pergunta: é possível remover a água dos processos de resfriamento do centro de dados? A resposta curta é sim. Através de uma combinação das capacidades de engenharia da RED e das soluções energéticas da Engie, um centro de dados pode reduzir drasticamente o uso de água ou até mesmo eliminá-la completamente do processo de resfriamento.

Redução do uso de água no processo de resfriamento

Os equipamentos de TI convertem a energia elétrica que os alimenta em energia térmica. É por isso que os centros de dados, que basicamente são armazéns contendo milhares de máquinas, precisam ser capazes de remover esse calor para manter condições de operação aceitáveis.

Para fazer isso, existem várias soluções, como coletar o calor para outros usos, usar tecnologias de resfriamento intensivas em energia e/ou utilizar água para reduzir a temperatura, especialmente por meio da evaporação.

Em algumas regiões onde o clima permite, existem alternativas de baixo consumo de energia e água, como o free cooling. No entanto, mesmo nessas localidades, geralmente ainda é necessário o uso de água para operar tecnologias intensivas em energia ou água em determinadas épocas do ano, quando as condições climáticas externas não conseguem mais manter as temperaturas de operação aceitáveis.

Ao selecionar a tecnologia de resfriamento mais adequada para uma instalação específica, isso deve ser avaliado caso a caso, levando em consideração não apenas a geografia, mas também a forma como o negócio opera. Em algumas instalações, por exemplo, pode ser mais eficiente em termos de água consumir água no local devido a uma cadeia de suprimentos mais intensiva em água.

No entanto, isso não considera a transição atual para energia solar e eólica, o que significa que a intensidade de água na produção de eletricidade está diminuindo gradualmente para um patamar histórico baixo. Portanto, a longo prazo, a indústria de centros de dados não poderá mais justificar o consumo de água no local em termos de economia de água na usina de energia. Em vez disso, precisamos olhar para o quadro geral, com o uso da água também sendo avaliado com base no abastecimento regional e no risco de escassez local.

De fato, já estamos observando um aumento na densidade dos racks, sendo que o problema é que racks mais densos requerem taxas de fluxo de ar aumentadas. Isso significa que, se continuarmos a usar as mesmas tecnologias de resfriamento ultrapassadas, a eficiência energética será incrivelmente baixa.

Essa necessidade de adaptação tem impulsionado o desenvolvimento de soluções de resfriamento líquido, seja por meio do resfriamento direto no chip ou por imersão. Essas alternativas em constante evolução parecem estar apontando a indústria na direção certa, permitindo que os operadores reduzam ainda mais o PUE ao eliminar o uso de resfriamento por compressores.

Recentemente, a RED trabalhou em um estudo de caso que identificou uma redução de 50% na energia utilizada pelos sistemas de HVAC. Ao fazer isso, não apenas o centro de dados em questão reduziu drasticamente seu consumo direto de água, mas também seu consumo indireto (devido à geração de energia) ao aumentar a eficiência.

Recuperação de água da chuva e recuperação de descargas

Se uma instalação precisa utilizar processos de resfriamento com base em água, outra forma de reduzir o consumo de água é possibilitar a recuperação da água da chuva, a fim de reduzir o uso da principal fonte de água e, portanto, o desperdício de recursos.

A recuperação da água da chuva consiste na coleta e armazenamento da água da chuva, geralmente proveniente de telhados, e envolve processos de filtragem para remover sólidos, materiais orgânicos e sedimentos. Isso também inclui o tratamento da água para neutralizar nutrientes e bactérias para uso em resfriamento por evaporação e/ou umidificação. O nível de tratamento necessário depende da área de captação de água, do nível de contaminantes, do tipo de resfriamento utilizado - de fluxo único ou recirculatório - e do período de armazenamento antes do uso.

A recuperação de descargas ("bleed recovery", um processo pelo qual a água descarregada de sistemas de resfriamento é coletada, tratada e reutilizada dentro do próprio sistema) também pode ser implementada. A água é eliminada dos sistemas de resfriamento evaporativo em torres de resfriamento para reduzir a concentração de sais na água de resfriamento, que, se permitida aumentar, levará a depósitos excessivos de sólidos nas tubulações e equipamentos. Isso, por sua vez, resulta em bloqueio eventual do fluxo, queda de pressão e redução nos coeficientes de transferência de calor. A frequência da descarga é controlada pelo fluxo volumétrico da água de reposição, medição de sólidos totais dissolvidos (STD) ou pelo uso de um temporizador.

É importante ressaltar que a água eliminada provavelmente conterá uma alta concentração de vários sais. Portanto, o fator _{Ciclo de Concentração} (CoC) é usado para determinar por quanto tempo a água de resfriamento pode permanecer no sistema antes de ser eliminada - quanto maior o CoC, maior o tempo de residência da água de resfriamento. O excesso de descarga pode ser evitado definindo esse limite com base na qualidade da água e no tratamento químico em uso.

Por meio de unidades de osmose reversa, a recuperação da água de descarga pode ser alcançada, embora isso exija altos níveis de consumo de energia, técnicas de ultrafiltração (que consomem menos energia) e filtros de fluxo lateral para melhorar a qualidade da água de recirculação, o que, por sua vez, melhora o desempenho da osmose reversa. Assim, o projeto do sistema de descarga precisará ser um compromisso entre o consumo de energia e de água; até 75% de recuperação está disponível se a disponibilidade de água for escassa.

Trigeração utilizando chillers de absorção

Quando se trata de reduzir o impacto ambiental de um centro de dados, a eficiência energética e hídrica geral são, obviamente, tópicos-chave a serem abordados. A trigeração no local aborda esses dois desafios e acaba sendo muito mais eficiente do que o projeto da infraestrutura energética tradicional.

Sistemas de trigeração têm a capacidade de gerar simultaneamente eletricidade, aquecimento e resfriamento a partir do processo de combustão. Para centros de dados especificamente, a trigeração é facilmente escalável e se beneficia da capacidade de se adaptar ao aumento da carga de TI.

A Engie e a RED desenvolveram uma verdadeira expertise na engenharia, financiamento e operação de sistemas de energia desse tipo em diversas indústrias. Em termos de energia primária fornecida a um centro de dados, ela pode ser produzida no local, utilizando turbinas a gás ou motores a gás capazes de funcionar com combustíveis mistos.

Por enquanto, o gás natural ainda é o principal combustível, mas o hidrogênio e seus derivados - assim como outros combustíveis verdes, como o biogás - já representam uma parcela significativa da mistura de combustíveis. No futuro, os motores a gás e geradores de turbina serão capazes de aceitar uma proporção crescente desses combustíveis verdes, com o objetivo final de funcionar com 100% de combustíveis verdes à medida que as cadeias de suprimento se desenvolvem.

Essas máquinas exaurem energia térmica de alta qualidade. A abordagem de trigeração então recupera esse calor residual do processo de combustão e o transfere para chillers de absorção, permitindo que ele também atenda às necessidades de resfriamento do centro de dados.

Essa nova abordagem para a energia residual tem se mostrado muito mais eficiente do que os projetos tradicionais (energia primária da rede elétrica, com geradores a diesel adicionais no local para backup), reduzindo drasticamente as perdas líquidas de energia.

Estudos recentes liderados pela Engie e pela RED focaram em um novo projeto de centro de dados no Oriente Médio, onde o projeto de ativos de energia precisava superar limitações impostas pela rede elétrica nacional, em termos de capacidade e confiabilidade, além de lidar com a escassez de água. O objetivo? Entregar o centro de dados mais sustentável da região.

Composto por turbinas a gás preparadas para hidrogênio e geradores de vapor de recuperação de calor para distribuir o calor residual das turbinas a gás para chillers de absorção que produzem localmente o resfriamento, o projeto de energia inovador também possui uma fazenda solar que fornecerá, passo a passo, eletricidade diretamente para o próprio centro de dados e para um eletrólito, a fim de produzir hidrogênio verde que será cada vez mais usado como combustível principal para as turbinas.

Dessa forma, a solução combinada de turbinas e chillers de absorção permite que um centro de dados alcance um melhor PUE e um WUE próximo de zero - mesmo nas condições adversas do ambiente local - enquanto a produção de energia e resfriamento permanecem seguras, atendendo aos requisitos Tier III Uptime.