Por Robert Thorogood, director de desarrollo de clientes en HDR
La demanda de electricidad de diversos sectores, incluidos los centros de datos, que son grandes consumidores, sigue creciendo rápidamente y está superando las capacidades de generación y distribución existentes.
Además, la decisión de sustituir los combustibles fósiles por fuentes renovables ya ha provocado limitaciones y una disponibilidad intermitente de electricidad en varias regiones del mundo. Existe una necesidad apremiante de encontrar soluciones alternativas de generación de energía que sean a la vez sostenibles y confiables. Por lo tanto, al desarrollar centros de datos, la atención se centra en cómo podemos incorporar la generación de electricidad in situ para evitar sobrecargar las redes eléctricas locales y nacionales y al mismo tiempo contribuir a los esfuerzos de descarbonización global.
La generación de energía in situ se divide en dos categorías: continua y variable. La generación continua implica el uso de motores, pilas de combustible, turbinas alimentadas directamente (por ejemplo, de gas), turbinas alimentadas por calor procedente de fuentes continuas o sistemas hidroeléctricos. Mientras tanto, la generación variable utiliza fuentes renovables como la eólica y la solar, que pueden vincularse a alguna forma de almacenamiento, como el almacenamiento por batería, cinético y por bombeo. Los dos formatos se pueden combinar, pero tienen sus propios problemas; el primero necesita una fuente continua de combustible y el segundo, grandes cantidades de almacenamiento para cubrir los déficits inevitables en la producción de energía.
Las opciones de combustible también afectan significativamente las obligaciones regulatorias, la eficiencia y la sostenibilidad de un sitio. ¿Cuáles son las principales fuentes de combustible que se están considerando y los diversos desafíos y oportunidades que conllevan para la transición a la producción de energía y energía in situ en los centros de datos?
Explorando diferentes fuentes de combustible
El gas natural se considera un combustible eficaz debido a su red de distribución fiable y bien gestionada y a su alta capacidad. Sin embargo, se basa en el carbono y alejarse de la dependencia de los combustibles fósiles es fundamental para la descarbonización de las redes energéticas en todo el mundo. En consecuencia, muchas redes de gas han comenzado a considerar fuentes de energía alternativas, incluida la introducción de hidrógeno (idealmente hidrógeno verde producido a partir de energía eléctrica renovable sobrante), biometano y captura de carbono.
Aunque el hidrógeno suele ser la opción preferida, esta fuente de energía tiene algunos desafíos clave que superar. Las cantidades de producción de hidrógeno verde deben aumentar exponencialmente para convertirse en un competidor serio (no existe ninguna red que opere a escala) y es necesario mejorar la eficiencia de la producción. Además, las moléculas de hidrógeno son muy pequeñas en comparación con el metano, lo que presenta desafíos en términos de fugas. La necesidad de transportar grandes cantidades de gas dificulta el objetivo de descarbonizar el suministro de energía, mientras que el almacenamiento de hidrógeno es otra preocupación por su riesgo de explosión. Todo esto exige un nivel mucho más alto de gestión y cumplimiento del sitio.
La alternativa a la combustión directa de un gas es recurrir a la generación de energía térmica a partir de fuentes como la biomasa, la energía procedente de residuos y los pequeños reactores nucleares modulares (SMR, por sus siglas en inglés), que tienen una huella de carbono muy baja. La biomasa se ha utilizado con razonable éxito, pero las emisiones deben tratarse y es difícil suministrarla a escala. Existen muchos ejemplos de aprovechamiento de energía a partir de residuos, particularmente en Escandinavia, donde la producción de calor también se suministra a las redes locales de calefacción urbana. Sin embargo, es un desafío económico y, a pesar de sus buenas credenciales de sostenibilidad, es difícil de lograr a escala.
En lo que respecta a la energía nuclear, la introducción de SMR se promociona como una posible solución. Por otro lado, procesar el producto de desecho final es un desafío y los SMR deben obtener una licencia como tipo de tecnología antes de ser aprobados también para sitios individuales, un proceso que puede llevar hasta una década.
Teniendo esto en cuenta, la energía procedente de residuos es probablemente la más sostenible. Sin embargo, en el caso de los centros de datos existe un desequilibrio importante entre la demanda eléctrica y la cantidad de residuos que producen estas instalaciones (próximo a cero). Este método es eficaz en pueblos y ciudades más grandes donde los residuos de otros edificios se pueden utilizar como fuente de combustible. Desde un punto de vista técnico, la energía térmica procedente de SMR nucleares tiene sentido para los centros de datos; sin embargo, debido a las numerosas barreras en términos de desafíos regulatorios y de aceptación pública, implementarlo en la práctica es extremadamente difícil.
Las fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, son muy prometedoras; sin embargo, su naturaleza intermitente requiere un almacenamiento sustancial de energía in situ. Si bien el almacenamiento de hidrógeno o baterías a gran escala puede abordar brechas inmediatas, es posible que se requieran soluciones de almacenamiento a largo plazo que involucren energía potencial o cinética (es decir, esquemas de bombeo de agua) para sortear la variabilidad entre el verano y el invierno. También está la cuestión de los requisitos de espacio y emplazamiento. Por ejemplo, para soportar un centro de datos que normalmente cabría en un sitio de 8 hectáreas con fuentes renovables y almacenamiento de energía, es probable que se requieran al menos otros 80 hectáreas de tierra o más.
A medida que avanzamos por el camino hacia la sostenibilidad, existe una mayor aceptación de que la forma en que se alimentan los centros de datos tendrá que cambiar en los próximos años; En última instancia, el cambio hacia la generación de energía in situ es fundamental para superar las limitaciones actuales y futuras de la red eléctrica.
Es posible proporcionar energía ininterrumpida en el sitio; sin embargo, un modelado energético detallado es esencial para evaluar la viabilidad de la generación en el sitio mediante la evaluación de factores como la demanda de energía, la disponibilidad de terreno local, la ubicación del sitio y la integración con la red para la exportación de energía. El modelado energético detallado y una comprensión profunda de la disponibilidad de combustible, la entrega y las opciones de almacenamiento de energía también serán fundamentales para que los desarrolladores de centros de datos tomen decisiones informadas que se alineen con los objetivos de sostenibilidad regionales.