A nivel mundial, la mayoría de los centros de datos están diseñados y construidos con el objetivo principal de lograr instalaciones altamente confiables que estén diseñadas para permanecer en línea y operativas ante cualquier eventualidad previsible o imprevisible.
Los centros de datos, por la naturaleza del equipo de tecnología de la información (TI) que apoyan y los procesos que se ejecutan en ellos, se consideran de misión crítica y deben permanecer operativos de la manera más continua posible.
La necesidad de que un sistema de suministro de energía de emergencia (EPSS) funcione durante 120 minutos (generalmente requiere almacenamiento de combustible en el sitio), o más para la mayoría de los operadores de centros de datos, ha resultado en la selección de generadores de motor diesel como la opción principal y más común de respaldo.
La topología típica consiste en diferentes combinaciones y niveles de redundancia de UPS respaldados por generadores diesel con 12 a 72 horas o más de almacenamiento de combustible en el sitio.
Pero en términos de su futuro como fuente de energía de reserva para los centros de datos, la hoja de ruta para el diésel parece una de crecientes restricciones de uso, regímenes fiscales más estrictos, permisos, objetivos de emisiones más bajas, requisitos de calidad del aire mejorados y regulaciones de ruido más bajas.
Esto plantea una pregunta intrigante: ¿Se trasladará la energía primaria o de emergencia del centro de datos a los motores de gas natural?
El caso del gas
Una de las principales ventajas de la combustión de gas sobre la combustión de diésel es la reducción de emisiones: menos NOx y CO2.
Los motores de gas natural (GN) tienen mejores perfiles de emisión en comparación con los generadores de motores diésel del mismo tamaño. Dependiendo del tipo de sistema de encendido utilizado, los generadores de gas natural en el rango de potencias más altas suelen ser de combustión pobre; la relación de aire a combustible es más alta que la relación estequiométrica de aire a combustible (16: 1), lo que da como resultado una temperatura de combustión más baja que minimiza las emisiones de NOx, o combustión rica, donde la relación de aire a combustible es menor.
La compensación en el tipo de selección de combustión nominalmente se reduce a dos consideraciones en competencia; El motor de combustión pobre, aunque tiene un mejor perfil de emisiones y eficiencia, no tiene la capacidad de carga en bloque o de suposición de carga del motor de combustión rica. Esto explica por qué históricamente se han preferido los motores de combustión rica a los motores de combustión pobre para la operación de reserva.
En comparación con los generadores diésel Tier 2 de la EPA de EE.UU, los generadores de gas natural de combustión pobre y de combustión rica producen menos NOx y CO2 por kW, pero a un costo inicial más alto.
Para algunos, eso solo podría verse como un argumento lo suficientemente sólido para la transición.
El caso contra el gas
¿Cuáles son los desafíos del uso de gas?
- Almacenamiento de combustible en el sitio
- Malas conexiones de servicios públicos
- Alto gasto de capital inicial, pero el TCO se está reduciendo
- Consideraciones de diseño
El almacenamiento de combustible en el lugar ha sido históricamente uno de los principales obstáculos para el uso de generadores de GN en operaciones de emergencia, ya que requiere el almacenamiento de combustible en el lugar en una cantidad que es un desafío con la mayoría de los códigos. Para que un centro de datos tenga la certificación Tier, se necesita un mínimo de 12 horas de funcionamiento en espera de almacenamiento de combustible en el sitio. Incluso si el centro de datos de la instalación no va a tener la certificación Tier, la mayoría de los operadores del centro de datos no se sentirán cómodos sin almacenamiento de combustible en el sitio.
En el pasado, se ha argumentado que el sistema de distribución de gas natural es intrínsecamente confiable, principalmente porque es casi completamente subterráneo y porque es un sistema basado en mallas. Sin embargo, esto no siempre es así, como se evidencia con la falla del suministro de gas natural durante el corte de energía en Texas del invierno de 2021.
Como se indicó anteriormente, en comparación con los generadores diésel de nivel 2 de la EPA, las unidades NG presentan un gasto de capital inicial más alto. Sin embargo, se debe tener en cuenta que los requisitos de emisiones actuales de EE.UU para motores con certificación Tier 4 añaden un costo significativo a los generadores diésel. Estos proporcionarán niveles de emisión más bajos que están más cerca de sus contrapartes de GN. Sobre la base de las emisiones, esto reduce la ventaja de los generadores de GN, pero debido al costo adicional de la infraestructura diesel, también hace que los generadores de GN sean más competitivos en cuanto a costos.
Consideraciones de diseño para motores de gas natural
Dados los avances en los diseños y capacidades de los generadores de GN, así como sus perfiles de emisiones favorables con respecto a los generadores diésel, si se toma la decisión de incorporarlos a la planta de energía para el centro de datos, hay consideraciones de diseño que deben ser evaluadas. Los generadores de gas natural no se pueden sustituir simplemente por sus homólogos diésel en la mayoría de los diseños.
El perfil de aceptación de carga de los generadores de GN requiere una evaluación cuidadosa de la topología de diseño y la interacción de las diversas cargas con los generadores. Dado que en los últimos años la mayoría de las plantas de baterías de UPS de los centros de datos se han optimizado para tiempos de funcionamiento cada vez más cortos, algunos tan bajos como de 1 a 3 minutos, es necesario evaluar esto en función de la decisión de incorporar motores de combustión reducida o rica. Los tiempos de entrada del UPS, así como una evaluación del perfil de arranque de la carga mecánica, deben evaluarse para alinearse con el perfil de aceptación de carga del generador NG seleccionado.