Green Data Centers Energy efficiency vanaf de bron
Remco Sloothaak
Deze lezing wordt u aangeboden door
Items
Drivers & performance indicatoren voor energie-efficiëntie
Energieopwekking en rendement
Lokale energieopwekking en rendement
Hoogspanningsnetaansluiting als alternatief voor critical power ?
Drivers voor optimalisatie Drivers Economisch Wetgeving Maatschappelijke verantwoordelijkheid Imago Hoe
Minimaal energieverbruik Minimale investering (CapEx versus OpEx) Symbiose
Performance indicatoren Zijn de bekende “performance indicatoren” afdoende ?
Reliability, Availability, Maintainability Power Usage Effectiveness (PUE) Economisch Bestaande kwaliteitstandaards:
......
Conclusie: Indicatoren gericht op Datacenter interne processen / technologieën
Performance indicatoren Primary Energy Factor (PEF): Een Europese indicator die de efficiëntie van een energiedrager aanduidt Iedere energiedrager heeft een specifieke PEF Kwantificeert alle verliezen in de keten: winning, transport, verwerking, opslag, opwekking, etc. Ondersteunt vergelijking van verschillende energiedragers PEF voor elektrische energie:
PEFelectrical
France
Germany
Netherlands
Poland
Spain
Sweden
United Kingdom
2.58
2.6
2.56
3
2.6
2
2.92
Variatie van PEFelectrical door:
• Mix van opwekkingseenheden • Weging van energiedragers
Performance indicatoren PUE versus PEF PUE: Indicator voor energieverbruik / efficiency in het Data Center → Micro niveau PEF: Indicator voor energieverbruik / efficiency van de complete keten → Macro niveau
PEF kwantificeert sustainability van de gehele keten
Energieopwekking Uitgangspunten Energieopwekking gebaseerd op fossiele brandstoffen:
Rankine Cycle - ‘Klassieke’ kolen-/ gas-/ oliegestookte of nucleaire eenheden
Gasturbine - STEG-eenheid (Combined Heat cycle Plant, CHP) - Co-generation: samenwerking met industrieën (paper, raffinaderij, stadsverwarming)
Energieopwekking Kolengestookte eenheid electrical(CFP )
38%
PEFelectrical(CFP )
Exhaust gas
100% 38%
Cooling water
E = 6%
E = 56%
2.63
Boiler Water Waste steam
E = 100%
Generator Steam
Steam turbine
EE ==17% 38% Grid
Energieopwekking STEG eenheid (Combined Heat cycle Plant) electrical(CHP ) 35 17 PEFelectrical(CHP )
52%
100% 52%
Exhaust gas
Cooling water
E = 4%
E = 44%
1.9
Heat Recovery Steam Generator
Hoeveel verder kan dit rendement nog stijgen ?
Water Waste steam
E = 100%
Generator Steam
Generator Steam turbine Gas turbine
E 17% E ==17%
E = 35% Grid
Datacenter met lokale energieopwekking Datacenter vergelijking Conventionele netaansluiting en compressie chiller koelsysteem versus Lokale energieopwekking en absorptie koeling Performance indicatoren Technische haalbaarheid OpEx CapEx Sustainability (=PEF)
Datacenter met lokale energieopwekking Uitgangspunten Datacenter model Elektrisch 50 MWe IT load, in load sharing configuratie Koeling ± 50 MWth gekoeld water systeem Operation mode 1: 24/7 Chiller operation → PUE = 1.33 Operation mode 2: Free air → PUE = 1 Locatie Nederland → PEFelectrical = 2.56 → PEFgas = 1.1
Datacenter met lokale energieopwekking ‘Conventioneel’ Datacenter ontwerp GRID
33.2 MWe
33.2 MWe
BACK UP SYSTEM A
25 MWe
8.2 MWe
BACK UP SYSTEM B
A
25 MWe
COMPRESSION CHILLER
8.2 MWe
B
COMPRESSION CHILLER
23 MWth
23 MWth
25 MWe
25 MWe
CRAC system 1
CRAC system 1
DATA CENTER (50 MWe)
Datacenter met lokale energieopwekking PEFDatacenter ‘Conventioneel ontwerp’ 170.2 MWprim
170.2 MWth 103.7 MWprim
66.5 MWe
FACILITY
16.5 MWe
IT
Chiller
66.5 MWth
50 MWe
E primary PEFelectrical Eelectrical 2.56 66.5 170.2 MWprim PEFData Center
E primary PIT
170.2 50
3.4
Datacenter met lokale energieopwekking CHP + Absorptiekoeling Ontwerp 3 × 25 MWe Gasturbine met diverter 1 × 130 MWth Afgassenketel 1 × 45 MWe Stoomturbine 3 × 23 MWth Absorptie koeler met gekoeld watersysteem Koeltorens / warmtewisselaars met vrije koeling (niet getoond) Bedrijfsvoering Absorptiekoeling aangedreven door uitlaatwarmte gasturbines Gasturbines in vollastbedrijf Export elektrische overcapaciteit
Datacenter met lokale energieopwekking CHP + Absorptiekoeling GRID
8.3 MWe
8.3 MWe
8.3 MWe
71 MW
28 MWe
71 MW
71 MW
STEAM TURBINE
89 MWth
G
G
43 MWth
25 MWe
B
23 MWth
20 MWth
GAS TURBINE 1
20 MWth
GAS TURBINE 2
ABSORPTION CHILLER
CRAC system 1
23 MWth
25 MWe
G 28 MWe
0 MWth
0 MWth
16.7 MWe
CRAC system 2 CRAC system 3
DATA CENTER (50 MWe)
HRSG
43 MW 43 MWth
ABSORPTION CHILLER
16.7 MWe
43 MWth
GAS TURBINE 3
ABSORPTION CHILLER
23 MWth
16.7 MWe
G
43 MW 43 MWth
25 MWe
C
23 MWth
CONDENSOR
A
Datacenter met lokale energieopwekking 217 MWgas
53 MWe
PEF Data Center
136 MWprim
103 MWprim
239 MWprim
PEFDatacenter with CHP + Absorptiekoeling
53 MWe
Eprimary PIT
103 50
2.1
217 MWgas
FACILITY 14 MWth 87 MWth
129 MWth
42 MWth
Gas turbine
IT 24 MWe
58 MWth
164 MWth
29 MWe 92 MWth
Chiller
50 MWe
E primary PEFgas Egas PEFelectrical Eelectrical 1.1 217
Boiler & Steam turbine
2.56 53 239 136 103 MWprim
Datacenter met lokale energieopwekking Uitgangspunten voor commercieel vergelijk
Electrical import Electrical export Natural Gas import IT load Location
0.057 0.04 7.49 50.0 Nederland
[€ / kWh] [€ / kWh] [€ / GJ] [MWe] → PEFelectrical( PEFgas (
Subsidies
Geen
)
) = 2.56 = 1.1
Datacenter met lokale energieopwekking Conclusie 1. Geen OpEx driver voor CHP + absorptiekoeling 2. Tot 62% verbetering in PEFDatacenter = 62% minder energieverbruik in de totale keten Cooling PUE Loadelectrical LoadNatural Gas Importelectrical ImportNatural Gas EOpEx EPrimary PEFData Center
Conventional Chiller Free Air 1.33 1 67 50 584 438 1. 33.3 25 2. 5.3 4.0 3.4 2.6
CHP + AC Chiller Free Air 1.28 1 -53 -67 271 271 -465 -585 6.8 6.8 32.6 27.8 3.2 2.1 2.1 1.4
MW MJ/s GWh/y PJ/y M€/y PJ/y
Datacenter met lokale energieopwekking Samenvatting
Lokale energieopwekking met gasturbines is een technisch alternatief voor de traditionele netaansluiting Is significant milieuvriendelijker in vergelijking met de traditionele netaansluiting
Maar Zonder OpEx besparing om additionele CapEx te laten renderen …
wie is bereid de investering te dragen ?
Datacenter HV netaansluiting Generieke eisen IT-power / koeling power systeem Hoge beschikbaarheid Hoge betrouwbaarheid Hoge kwaliteit
Functionele eisen aan elektrisch datacenter back-up systeem Back-up Generator set - Alternatieve bron bij netuitval UPS - Overbrugging van de periode tussen netuitval en generatorbedrijf - Netkwaliteit Primaire functie elektrisch back-up systeem Datacenter Compensatie van netinstabiliteit
Datacenter HV netaansluiting Cijfers UpTime Institute Level
Bron: Uptime 2008
MTBF [J]
Tier I
0.8
Tier II
1
Tier III
2.5
Tier IV
5
Nederlands net Level HV net (220/380kV) MV net (150/10kV LV net (400V)
Overweging: Reliability [%]
Availability [%]
Is deze hoge Availability 30.1194 99.671 en
Reliability voldoende voor IT-load ? 99.741 Maakt dit een elektrisch backup 67.0320 99.982 systeem overbodig ? 36.7879
81.8731
99.995 Bron: CBS/KEMA
MTBF [J] 673 10 2.8
Reliability [%] 99.8519 90.4837 70.0473
Availability [%] 99.99997 99.99665 99.99555
Datacenter HV netaansluiting Vereenvoudigd single feed model MTBF [J] 220/380kV GRID
HV Circuit Breaker
HV/LV Transformer
LV Circuit Breaker
A
Reliability [%]
Availability [%]
673
99.8519
99.99997
625
99.8401
99.99963
2000
Tussen Tier II 99.95002 en Tier III 99.9500
1111
99.9100 In Serie =
99.99979
333
99.7004
99.94945
223
99.5525
99.94943
Verbeterbaar ?
IT load DATA CENTER
Datacenter HV netaansluiting Vereenvoudigd dual feed model MTBF [J] 220/380kV GRID
Reliability [%]
Availability [%]
673
99.8519
99.99997
333
99.7004
99.94945
Beter dan Tier IV Zonder back-up system
A
333
99.7004 Parallel =
99.94945
500
99.8002
99.99997
287
99.6521
99.99995
B IT load DATA CENTER
Datacenter HV netaansluiting Conclusies
HV netvoeding availability > Tier IV → ‘six nines’
HV netvoeding reliability > 99.8%
Reliability en availability overeenkomstig IT-load eisen
Elektrisch back-up system overbodig
CapEx, OpEx en onderhoudsvriendelijk
Maar....
Back-upvrij Dataventer acceptabel voor markt ?
HV-grid SPoF ?
Enkel voor large scale datacenters
Contactgegevens
Bedrijfsnaam
: Siemens Nederland NV
Adres
: Prinses Beatrixlaan 800 2595 BN DEN HAAG
Telefoon
: +31 (0) 70 333 2172
E-mail
:
[email protected]
Stand
: 46
Deze lezing werd u aangeboden door
