Los gasoductos ofrecen soluciones energéticas

Por Steve Richards, vicepresidente de ingeniería de Sapphire Technologies.

La demanda de centros de datos está en auge, impulsada por la inversión en aplicaciones de inteligencia artificial. A medida que aumenta la demanda, también lo hará el consumo energético de estos centros de datos. Según McKinsey, el consumo energético de los centros de datos pasará de 17 gigavatios anuales en 2022 a 35 gigavatios anuales en 2030. Para ponerlo en perspectiva, ¡35 gigavatios equivalen aproximadamente al consumo de 30 millones de hogares! Según la Agencia Internacional de la Energía (AIE), las emisiones derivadas de los datos deben reducirse a la mitad para alcanzar los objetivos de cero emisiones netas en 2030. Con una demanda de centros de datos que se dispara y los problemas de la red eléctrica que ya generan pérdidas financieras y medioambientales para los operadores, estos objetivos parecen inalcanzables a menos que invirtamos en soluciones energéticas limpias y fiables para los centros de datos. Además de los beneficios medioambientales, abordar el desafío de una energía limpia y fiable para los centros de datos también tiene el potencial de reducir el coste de las interrupciones del servicio para los operadores y sus clientes.

Sapphire Technologies afirma que su turboexpansor en línea FreeSpin puede recuperar la energía desperdiciada durante los procesos de reducción de presión y utilizarla para generar energía con cero emisiones. (Imagen: Sapphire Technologies)

Las interrupciones en los centros de datos ya representan un gasto considerable. Según el Uptime Institute, dos tercios de todas las interrupciones cuestan más de 100 000 dólares cada una. El Uptime Institute sugiere que varias tendencias a largo plazo están afectando la fiabilidad de las redes eléctricas, que son la principal causa de las interrupciones en los centros de datos. Estas tendencias incluyen la incorporación de fuentes de energía renovables intermitentes a la red, el envejecimiento de la infraestructura, perturbaciones meteorológicas más frecuentes y las interrupciones geopolíticas en el suministro tradicional de combustibles fósiles. Dado que las interrupciones pueden costar miles de dólares por minuto, los operadores de centros de datos dependen de fuentes de energía de respaldo para mantener los servidores en funcionamiento. Históricamente, estas fuentes de energía de respaldo han consistido principalmente en generadores diésel de altas emisiones. Según un estudio realizado por la empresa de ingeniería FEA, basado en datos de la Administración de Información Energética de EE. UU. y la EPA, un generador diésel típico emite más del doble de CO₂ que la red eléctrica estadounidense por cada kWh de electricidad generada. Por lo tanto, el impacto ambiental de los centros de datos, a medida que aumenta su demanda de energía y disminuye la fiabilidad de la red eléctrica estadounidense, tiene el potencial de aumentar exponencialmente si no se abordan soluciones para proporcionar a los centros de datos fuentes de energía de respaldo limpias y fiables.

Opciones disponibles

La buena noticia es que ya existen varias soluciones que pueden ayudar a los centros de datos a resolver los desafíos de sostenibilidad y confiabilidad energética . Una de estas soluciones para el suministro de energía de respaldo en centros de datos son las baterías de iones de litio. Estas baterías pueden almacenar energía generada a partir de fuentes de energía limpia, como las renovables, en una ubicación o momento diferente para su uso posterior por parte de los centros de datos durante cortes de energía. Si bien esta tecnología está ampliamente disponible, uno de los desafíos es el costo. Según BloombergNEF, el costo nivelado de la energía (LCOE) de las baterías de iones de litio en el primer semestre de 2023 era de 155 $/MWh. Esto resulta desfavorable en comparación con las fuentes de energía tradicionales como el gas natural (92 $/MWh), así como con las fuentes renovables como la solar (76 $/MWh) y la eólica (50 $/MWh).

Las pilas de combustible de hidrógeno representan otra posible fuente de energía de respaldo para centros de datos, como está investigando Microsoft. Estas pilas ofrecen energía sin emisiones al producir electricidad mediante una reacción química entre hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, la viabilidad económica del hidrógeno aún está en entredicho y, según la mayoría de las estimaciones, las pilas de combustible de hidrógeno resultarían incluso más costosas que las baterías de iones de litio.

Red de gas natural

Otra solución para proporcionar a los centros de datos energía de respaldo confiable, rentable y limpia involucra una fuente quizás inesperada: la red de distribución de gas natural. Sin embargo, esta solución no utiliza el gas natural como fuente de energía en sí misma, sino que aprovecha la energía residual generada al reducirse la presión en diversas etapas de la red de distribución para producir electricidad limpia. El turboexpansor en línea FreeSpin® de Sapphire Technologies recupera la energía desperdiciada durante los procesos de reducción de presión y la utiliza para generar energía sin emisiones. La electricidad limpia producida a partir de la energía residual en los gasoductos puede utilizarse para alimentar los centros de datos. Dado que los centros de datos ofrecen una carga portátil y modular, son ideales para su ubicación conjunta con estaciones de reducción de presión, que suelen encontrarse en lugares remotos. Sapphire Technologies se ha asociado con Tallgrass Energy y Evolve Energy para instalar 72 generadores turboexpansores en la red de gasoductos de Tallgrass Energy, que abarca 6500 millas en Estados Unidos. La electricidad limpia generada será consumida por los centros de datos de Evolve Energy. Los centros de datos se instalarán lo más cerca posible de las estaciones de reducción de presión para minimizar la necesidad de tender cables eléctricos, reduciendo aún más la infraestructura necesaria para utilizar esta fuente de energía limpia.

El turboexpansor en línea FreeSpin (FIT) de Sapphire Technologies aprovecha la energía de la reducción de presión necesaria en las distintas etapas de la distribución de gas. Durante el transporte del gas natural por gasoductos, se desperdicia energía de presión en las estaciones de despresurización. El FIT consta de una turbina integrada de alta velocidad y un generador de alta eficiencia. Funciona con cojinetes magnéticos en una unidad herméticamente sellada y sin lubricación. Al fluir el gas presurizado a través del FIT, este hace girar una turbina radial que acciona el generador de imanes permanentes mediante un variador de velocidad. Este variador se puede programar para adaptarse a requisitos de potencia específicos, lo que lo hace ideal para su integración en dispositivos como centros de datos. Además, con un LCOE de 45 $/MWh, el turboexpansor en línea FreeSpin de Sapphire es una fuente de energía de respaldo rentable para los operadores de centros de datos en comparación con otras alternativas.

El turboexpansor en línea FreeSpin (FIT) también puede utilizarse para generar electricidad limpia a partir de la energía residual en las bocas de pozos de gas natural. Además de generar energía limpia a partir de la energía residual en la cadena de suministro de gas natural, el FIT es compatible con diversos combustibles. El sistema funciona con hidrógeno, aire comprimido y dióxido de carbono.

A medida que los centros de datos siguen enfrentándose al reto de garantizar un consumo energético fiable para dar soporte a la creciente demanda de las aplicaciones de IA, se necesitarán soluciones creativas que equilibren la fiabilidad y la asequibilidad de la energía con los objetivos de reducción de emisiones . Si bien ninguna solución es perfecta, la capacidad de aprovechar la energía residual de la infraestructura energética tradicional se presenta como una solución interesante en el horizonte.