De acordo com a EIA (Agência de Investigação Ambiental), estima-se que os Data Centers respondam por cerca de 1,0-1,5% do consumo global de eletricidade. A maior parte dessa energia é fornecida ao equipamento de tecnologia da informação e é então dissipada como calor.

Posteriormente, grande parte do restante é consumido pelo sistema de refrigeração, que se concentra em remover esse calor do espaço técnico e transportá-lo para a atmosfera pela maneira mais confiável e eficiente em termos energéticos possível.

E se, em vez de ser tratado como um resíduo problemático, esse calor fosse considerado uma mercadoria valiosa, a ser aproveitada e reutilizada?

Alinhado com seu compromisso com o Acordo de Paris da COP21, o governo do Reino Unido se comprometeu a atingir carbono líquido zero até 2050. Para atingir esse objetivo, a descarbonização do parque habitacional do Reino Unido deve ser uma prioridade, pois é sozinho responsável por aproximadamente 14% das emissões de carbono do Reino Unido. O principal contribuinte para essa pegada de carbono é a combustão de combustíveis fósseis para aquecimento.

Tem havido muita discussão sobre a eliminação gradual da instalação de caldeiras a gás em casas recém-construídas, e há propostas para interromper sua venda. Originalmente programada para ser implementada até 2025, a proibição de vendas de novas caldeiras foi estendida até 2035, proporcionando aos proprietários mais tempo para fazer a transição dos combustíveis fósseis. Como resultado, encontrar alternativas acessíveis e de baixo carbono às caldeiras tradicionais a gás tornou-se uma prioridade.

Aproveitando o calor residual para melhorar o aquecimento urbano

As metas de sustentabilidade propostas, bem como o afastamento dos sistemas de aquecimento tradicionais, oferecem uma perspectiva atraente. O redirecionamento do calor residual dos Data Centers para as redes de aquecimento urbano oferece vantagens a serem reivindicadas por várias partes interessadas.

Operadores de Data Center

A coleta de calor residual é fundamental para reduzir os custos operacionais. Isso elimina a necessidade de um plano de rejeição de calor, permitindo que os recursos sejam alocados para elementos críticos de construção, como resfriamento.

Além disso, a venda de calor residual para empresas de serviços de energia (ESCos) fornece um caminho adicional para compensar os custos operacionais. Os ganhos de sustentabilidade também são substanciais. O fechamento de partes da planta de resfriamento afeta apenas modestamente o consumo de energia e as emissões de carbono do Data Center.

O verdadeiro impacto ambiental reside na redução das emissões de carbono externas dos usuários da rede de aquecimento urbano, anteriormente dependentes de combustíveis fósseis. Para melhorar a probabilidade disso, os operadores de Data Center precisam destacar o potencial para os municípios e autoridades de planejamento. Isso reforçaria o benchmarking ambiental da instalação e ajudaria a garantir a aprovação do planejamento.

Empresas de Serviços de Energia (ESCos)

Os Data Centers servem como uma fonte confiável e abundante de calor, oferecendo uma solução para as necessidades do cliente e, ao mesmo tempo, reduzindo as emissões de carbono. A utilização de calor residual de baixo grau de Data Centers como fonte primária de bombas de calor permite que a ESCos forneça água quente para suas redes sem a necessidade de uma caldeira centralizada. À medida que os Data Centers obtêm cada vez mais sua energia de fontes renováveis, o calor residual se torna verdadeiramente zero carbono.

Superando desafios de adoção

Apesar das vantagens, a integração de Data Centers com sistemas de aquecimento urbano permanece limitada na prática. Exemplos notáveis estão nos países nórdicos e na Holanda, e não no Reino Unido. No entanto, o principal obstáculo não está nas restrições técnicas, mas em considerações econômicas.

O desafio decorre originalmente das complexidades práticas de coletar e aproveitar o calor residual dos Data Centers. As autoridades de planejamento incentivam ativamente a recuperação de calor, mas a falta de infraestrutura existente representa um obstáculo significativo.

Embora as condições de planejamento que obriguem os desenvolvedores a permitir conexões com redes de aquecimento “futuras” sejam um movimento positivo, isso se torna inútil quando não há um plano correspondente para o desenvolvimento da rede de calor. Os desenvolvedores cumprem a condição por obrigação de atender aos requisitos regulatórios, e não na expectativa genuína de que a infraestrutura seja usada.

Do ponto de vista dos operadores de Data Center, investir na infraestrutura só faz sentido quando gera economia de Despesas Operacionais (OpEx) por meio da redução do consumo de energia e água. No entanto, o desalinhamento nos perfis de carga complica esse assunto. Como as demandas da rede de aquecimento atingem o pico no inverno e diminuem no verão, o Data Center opera de maneira oposta, pois pode aproveitar o 'resfriamento gratuito' durante os meses mais frios.

Esse desalinhamento nos perfis de carga também afeta os ESCos. A viabilidade de investir em bombas de calor e tubulações para conectar Data Centers à sua rede depende da suposição de que a infraestrutura será totalmente utilizada.

No entanto, na prática, os operadores de Data Center hesitarão em garantir isso, pois a disponibilidade de calor residual depende de fatores operacionais que podem estar além de seu controle. Essa incerteza, ligada a fatores como velocidade de implantação de equipamentos de TI e paradas de manutenção, torna desafiador o compromisso com uma quantidade acordada de calor.

Mesmo quando esses fatores podem ser resolvidos, há outro grande desafio. Quanto deve custar a energia? O desacordo se forma à medida que os operadores de Data Center procuram vender calor a preços que cubram seus custos de infraestrutura, enquanto os ESCos visam oferecer preços competitivos aos clientes, garantindo sua lucratividade e que seus custos de infraestrutura e calor residual sejam atendidos. Encontrar um custo mutuamente aceitável continua sendo um desafio fundamental na promoção de uma parceria colaborativa entre as duas partes.

Quais são as soluções?

Como resultado desses desafios, é imperativo elaborar uma estratégia que possa resolver esses problemas.

O Reino Unido enfrenta uma necessidade crítica de expandir sua infraestrutura de rede de aquecimento urbano, que fica significativamente atrás dos países nórdicos e de outros países continentais. É necessária a intervenção do governo, que poderia emular os modelos bem-sucedidos implementados em outros lugares.

Fornecer subsídios e incentivos fiscais que possam financiar o custo da nova infraestrutura significaria que as condições de planejamento que exigem que os Data Centers se conectem às redes de aquecimento urbano podem ser realizadas. Construir a infraestrutura necessária seria um desafio, mas não mais do que a criação da rede de fibra de banda larga do Reino Unido e a construção da rede de distribuição de gás natural durante o final dos anos 1960.

Esse apoio governamental também pode desempenhar um papel no fortalecimento do caso de negócios para operadores de Data Center e ESCos. A implementação de incentivos fiscais sobre os custos de energia pode ser fundamental nesse sentido. Isso incentivaria os operadores de Data Center a contribuir com calor residual para as redes de aquecimento urbano, juntamente com subsídios para que os ESCos colham o calor residual da instalação. Isso empurraria ainda mais os dois para um relacionamento simbiótico mutuamente benéfico.

Enfrentar o desafio da incompatibilidade de carga requer uma solução de construção grande. Ao desenvolver redes extensas que atendem a vários tipos de usuários, tanto comerciais quanto domésticos, o perfil de demanda é suavizado.

Essa abordagem permite que as ESCos capitalizem várias fontes de calor com base na estação, custo unitário e disponibilidade de calor. Os Data Centers podem ser selecionados para atender a uma demanda de aquecimento no verão, beneficiando a operadora em termos de economia de energia e redução de carbono.

Para minimizar as perdas de transmissão e o bombeamento de energia, os Data Centers – como as instalações de Edge – precisariam estar situados perto dos centros urbanos onde vivem os usuários da rede de aquecimento. Isso pode criar obstáculos de planejamento, mas se os planejadores municipais passarem a ver os Data Centers como uma fonte de calor de baixo grau e baixo carbono, que poderia apoiar a comunidade local, essa consideração poderia adicionar peso nas decisões de zoneamento.

A questão da redução das temperaturas operacionais para promover a descarbonização também é fundamental. Muitas redes de aquecimento urbano existentes operam na faixa de temperatura média (120-175⁰C), e a maioria é projetada para uma temperatura de fornecimento acima de 80-100⁰C. No entanto, essas temperaturas só podem ser alcançadas pela queima de combustíveis fósseis e impedem o uso de bombas de calor de amônia combinadas com fontes de calor de baixo grau. Para alcançar a descarbonização, será necessário adotar temperaturas de operação muito mais baixas.

Um exemplo de sucesso

Esses insights são apoiados pela experiência prática da Cundall em Odense, Dinamarca, e ressaltam o potencial da utilização eficaz do calor residual. Em estreita parceria com o cliente e a ESCo local, Fjernvarme Fyn, fomos responsáveis pelo projeto de um Data Center em hiperescala que exporta calor residual para a rede de aquecimento urbano local.

A rede expansiva da Fjernvarme Fyn atende a 65.000 conexões limitadas. Está ligada a várias fontes de calor e tipos de usuários diferentes, o que suaviza os perfis de carga e demanda. A integração do Data Center na rede de aquecimento urbano é facilitada por bombas de calor de amônia de vários estágios alojadas em um centro de energia dedicado.

Essas bombas de calor aproveitam o calor residual de baixo grau do Data Center, aumentando a temperatura da rede de aquecimento urbano em 70-75⁰C. Quando totalmente construído, o Data Center fornecerá 165.000 MWh de calor por ano. Notavelmente, esse calor é inerentemente livre de emissões de carbono, dada a dependência do Data Center de fontes de energia renováveis.

Embora a replicação desse modelo no Reino Unido exija investimentos substanciais e algumas manobras políticas ao longo de vários anos, o sucesso demonstrável de Odense significa seu potencial. Aproveitar o calor residual dos Data Centers para energizar as redes de aquecimento urbano não é apenas um conceito técnico teórico, mas algo que está sendo feito em outros lugares. Se replicado no Reino Unido, marcaria uma contribuição importante para alcançar as metas líquidas de carbono zero para 2050 para o Reino Unido.

Mais sobre a Cundall