Energie-efficiënte nieuwbouw datacenters

Energie-efficiënte nieuwbouw datacenters Maarten Afman, onderzoeker/adviseur energie CE Delft 26 november 2013

www.datacenterdynamics.com

Inhoud 1. Introductie CE Delft »

wie zijn we, wat doen we, voor wie

2. Studies op het gebied van datacenters » » »

Vergroenen datacenters 2012-2015 (Hivos) Handreiking energiebesparende maatregelen (I&M) Energie-efficiënte nieuwbouw datacenters (AgNL)

3. Nieuwbouw datacenters » » »

Technieken Aanpak studie Uitkomsten

4. Vragen/discussie


CE Delft: wie zijn wij? Onafhankelijk beleidsonderzoek en advies » » » »

Ruim 35 jaar; ca. 40 medewerkers Grensvlak economie, techniek en (milieu)beleid Gericht op structurele veranderingen Sectoren: • Energie (energievoorziening, gebouwde omgeving, industrie) • Verkeer (verkeerseconomie, klimaatbeleid) • Economie (milieueconomie, financiële instrumenten) • Ketenanalyse (LCA, grondstofketens)

Techniek Klanten/opdrachtgevers » » » »

Europese Commissie en Europees Parlement Ministeries, provincies, regio’s, gemeenten Bedrijfsleven, branches Maatschappelijke organisaties


Economie

Beleid

Beleidsrelevante studies CE Delft Evaluatiestudies overheidsbeleid » » » » »

Energiebesparingspotentieel Wet Milieubeheer Energiebesparingsbeleid industrie; effect ‘Benchmarking-convenant’ Kosten en effecten Nederlands klimaatbeleid (tweede kamer) Evaluatiestudies EU ETS Milieuwinst ‘Regeling Groenprojecten’

Toekomst energievoorziening » » »

Maatschappelijke kostenbatenanalyse Intelligente Netten Net voor de Toekomst Energietransitiestrategie VME


CE Delft studies Datacenters (1) 2012: ‘Vergroenen datacenters 2012-2015’, opdrachtgever Hivos Energiegebruik in ieder geval ~ 1,6 TWh 2015: >2 TWh (bijna 2% NL elektriciteitsgebruik) 400.000

Vloeroppervlakte (m2)

350.000 300.000

3

Netto datavloer oppervlakte

2,5

Totaal energiegebruik

2

250.000

200.000

1,5

150.000

1

100.000 0,5

50.000 0

0 2002

»

Energiegebruik (TWh/j)

» »

2008

2010

2012

2015

Openbaar rapport, beschikbaar: http://www.ce.nl/publicatie/vergroenen_datacenters_2012-2015/1242


CE Delft studies Datacenters (2) Handreiking energiebesparende maatregelen datacenters » » »

Gericht op handhaving en toezicht Informatieblad Factsheets over 16 veelvoorkomende maatregelen • Typering • Kosten en terugverdientijden • Bondig, eenvoudig taalgebruik


CE Delft studies Datacenters (3) Technieken voor energie-efficiënte nieuwbouw-datacenters » » »

Wat zijn de technieken? Fundamentele beperkingen/mogelijkheden? Welk prestatieniveau is haalbaar?

»

Openbaar rapport (engelstalig). http://www.ce.nl/publicatie/investigation_of_techniques_for_energy-efficient_new-build_data_centres/1377


Doelstelling Onafhankelijk overzicht van best beschikbare technieken voor energie-efficiënte nieuwbouw van datacenters en serverruimtes » » »

Wat zijn mogelijke technieken? Wat zijn mogelijke maatregelcombinaties? Wat zijn kosten en energiegebruiken?

Ter onderbouwing van “Handreiking energiebesparende maatregelen” (huidig project).


Aanpak A. Bureaustudie • Analyse van groot aantal studies, white papers • Identificatie technieken, maatregelen en resultaten B. Toeleveranciers • Investeringen, rijpheid techniek, e-gebruik C. Doorrekenen varianten • Typerende combinaties van maatregelen • Resultaat: typerende waarden investeringen, energie (w.o. EUE) en terugverdientijd D. Check bij datacenters. • Voorleggen data, vraag om indicatieve respons E. Eindrapport


Aspecten efficiënt datacenter-ontwerp 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Beperking externe warmteïnvloeden Luchttransport Warmteafvoer Vochtigheidsbeheersing Integratie in omgeving Stroomvoorziening

1

2

3

5 4

6


Conversie-efficiëntie modern UPS Statisch UPS Loading degree

125 kVA

200 kVA

300 kVA

400 kVA

25%

90.6%

92.6%

92.5%

94.2%

50%

93.7%

94.4%

94.4%

94.5%

75%

94.6%

94.6%

94.6%

94.6%

100%

94.7%

94.8%

94.8%

95.2%


Efficiënt luchttransport »

Vermogensvraag ventilatoren neemt kwadratisch af met luchtsnelheid

8

Fan power (kW)

7 6 5

4 P (kW)

3 2

1 0 0%

20%

40%

60%

80%

100%

Fan operating speed (percentage of rated rpm)


Model datacenter Model investeringskosten en energieprestaties datacenter » » »

Doel: vergelijkbaar maken zeer diverse info van leveranciers Vergelijken “ontwerpvarianten” met “referenties” Prestatiecoefficienten per component afhankelijk benuttingsgraad


Ontwerpvarianten - 1 Directe koeling, open systemen: koeling met directe inblazing gefilterde buitenlucht Variant 1a: uitsluitend adiabatisch ondersteund Variant 1b: ondersteund met zowel adiabatische koeling als PCM koudebuffer Beide: compressorvrije koeling

"warm" air vented outside

IT

IT outside air inlet

"cold" air to cold aisle

1b: phase change cold storage


assistive cooling: 1a: adiabatic

microfilter

Ontwerpvariant - 2a Indirecte koeling d.m.v. lucht/lucht warmtewisselaar Variant 2a: adiabatisch ondersteund; compressorvrij

outside air exhaust

"warm" air from computer room

IT

outside air intake

IT

"cold" air to cold aisle air/air heat exchanger


assistive evaporative cooler

Ontwerpvariant - 2b Indirecte koeling d.m.v. lucht/lucht warmtewisselaar Variant 2b

Roterende warmtewisselaar; assistentie van compressiekoeling

refrigerant compressor

"warm" air

IT

outside air condensor

outside air exhaust

IT

outside air intake

Conditioned air to cold aisle assistive compression cooling


air/air heat exchanger

Ontwerpvarianten - 3 Indirecte koelsystemen, vloeistofcircuit 3

Hybride droge koeler, ondersteund met compressiekoeling. (alternatief is natte koeltoren, ook ondersteund met compresiekoeling)

"warm" air outside air exhaust

IT

IT

"warm" water

"cold" water

"cold" air to cold aisle


computer room air handling unit

(assistive compression cooling)

outside air intake

wet(3a) or hybrid dry (3b) cooling tower

Referentie-ontwerpen »

Ontwerpvarianten vergeleken met referenties

»

Gebaseerd op technieken gebruikt in recent gebouwde moderne, energie-efficiënte datacenters

»

Warmte-afvoer: indirecte vrije koeling met hoge graad van vrije koeling: • 250 kW: 70% v.d. tijd van het jaar • 3 MW: 90% v.d. tijd van het jaar • 8 MW: 95% v.d. tijd van het jaar

»

UPS: Statisch UPS voor 240 kW; 3MW; Rotary UPS voor 8 MW IT Heat exchanger

Pump station (Humidifyer) Dry coolers Fan compressor

Computer room air handling unit (CRAH)

condensor

evaporator

Chiller plant


Uitkomsten Energie – een aantal berekende EUE-waarden, bij 70% belasting * Average load

Data centre size class 250 kW

Reference 1

3 MW

1.25

Reference 2

1.21

Reference 3

1.25

1a. Open system, adiabatic

1.09

1b. Open system, adiabatic, PCM

1.11

2a. Closed indirect free cooling, adiabatic 2b. Closed, indirect free cooling 3. Indirect free cooling, hybrid dry

Transformer

A1

Switch gear Diesel generator Electr. heating


A2

8 MW

UPS-system Power delivery

Climate system

C1

Chillers, fans, etc.

B

ICT/ Server racks

D

Other (lighting, offices, etc.)

1.09

1.16

1.11

1.11

1.17

1.12

1.11

1.17

1.13

1.19

*getoonde EUE waarden exclusief: - energiegebruik “overige zaken” (D; ca. 4%) - diesel brandstof (A2)

Uitkomsten Investeringskosten* (x mln €)

Data centre size class 0.25 MW Reference 1

3 MW

0.47

Reference 2

4.9

Reference 3 1a. Open system, adiabatic 1b. Open system, adiabatic, PCM

8 MW

17.8 0.67

6.0

21.5

1.0

2a. Closed indirect free cooling, adiabatic

0.35

3.3

14.7

2b. Closed, indirect free cooling

0.84

6.7

19.8

5.3

19.3

3. Indirect free cooling, hybrid dry

* Kosten koeloplossing en UPS-systemen, kosten die niet verschillen tussen varianten en referenties buiten scope.


Uitkomsten Terugverdientijden op basis van energiebesparing (jaren)

Average load

Data centre size class 250 kW

Reference 1

3 MW

8 MW

-

Reference 2

-

Reference 3 1a. Open system, adiabatic

> 10

1b. Open system, adiabatic, PCM

> 10

2a. Closed indirect free cooling, adiabatic 2b. Closed, indirect free cooling 3. Indirect free cooling, hybrid dry * **


> 5 **

> 10

<0

<0

<0

> 10

> 10

>= 0 *

>= 0 *

>= 0 *

Results for these variants vary under sensitivity analysis testing. These variants can become < 10 under sensitivity analysis testing.

Conclusies Varianten: »

Realiseren van lage EUE voor nieuwbouw datacenters is mogelijk (maar let op, niet alle verliesposten meegenomen)

» »

Er zijn energie-efficiënte varianten zonder meerkosten ten opzichte van de referenties. Andere varianten met meerprijs, niet alle binnen 5-10 jaar terugverdiend

Operatie: » »

Aanhouden van voldoende ruime grenzen voor temperatuur, vochtigheid cruciaal, zeker voor compressievrij Compressievrij: volle bereik ASHRAE “recommended” 18 - 27 °C is nodig


Conclusies (2) Stroomvoorziening » »

Moderne statische UPS-en halen hoge efficiënties, ook bij wat lagere belastingsgraden Rotary UPS typisch minder efficiënt bij belastingen <50%.

Overig » »

Conversieverliezen UPS wordt belangrijker naarmate koeling efficiënter wordt. Idem, voor overige energieverbruikers (verlichting, beveiligingssystemen)


Vragen/discussie Dank voor uw aandacht! » »

Contact: [email protected] / 015 2150 150 Openbare CE Delft rapporten: www.ce.nl


Energie-efficiënte nieuwbouw datacenters

Recommend Documents