Les gazoducs offrent des solutions énergétiques

Par Steve Richards, vice-président de l'ingénierie chez Sapphire Technologies

La demande en centres de données explose, alimentée par les investissements dans les applications d'intelligence artificielle. Cette croissance entraînera une augmentation de la consommation énergétique de ces infrastructures. Selon McKinsey, la consommation des centres de données passera de 17 gigawatts par an en 2022 à 35 gigawatts par an d'ici 2030. À titre de comparaison, 35 gigawatts équivalent à la consommation d'environ 30 millions de foyers ! D'après l'Agence internationale de l'énergie (AIE), les émissions liées aux données doivent être réduites de moitié pour atteindre l'objectif de neutralité carbone d'ici 2030. Face à cette demande croissante et aux problèmes de réseau électrique existants qui engendrent déjà des pertes financières et environnementales pour les opérateurs de centres de données, ces objectifs semblent irréalisables sans investissements dans des solutions énergétiques propres et fiables. Outre les avantages environnementaux, répondre au défi de l'approvisionnement en énergie propre et fiable pour les centres de données pourrait également réduire le coût des interruptions de service pour les opérateurs et leurs clients.

Sapphire Technologies a annoncé que son turbodétendeur en ligne FreeSpin peut récupérer l'énergie perdue lors des processus de réduction de pression et l'utiliser pour produire de l'électricité sans émissions. (Image : Sapphire Technologies)

Les pannes de centres de données représentent déjà un coût important. Selon l'Uptime Institute, deux tiers des pannes coûtent plus de 100 000 dollars chacune. L'Uptime Institute suggère que plusieurs tendances à long terme affectent la fiabilité des réseaux électriques, principale cause des pannes de centres de données. Parmi ces tendances figurent l'intégration de sources d'énergie renouvelables intermittentes au réseau, le vieillissement des infrastructures, la fréquence accrue des perturbations météorologiques et les bouleversements géopolitiques affectant l'approvisionnement en combustibles fossiles traditionnels. Les pannes pouvant coûter des milliers de dollars par minute, les exploitants de centres de données s'appuient sur des sources d'énergie de secours pour assurer la continuité de service des serveurs. Historiquement, ces sources d'énergie de secours étaient principalement constituées de générateurs diesel à fortes émissions. Selon une étude menée par le cabinet d'ingénierie FEA, basée sur des données de l' Agence américaine d'information sur l'énergie (EIA) et de l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA), un générateur diesel classique émet plus du double de CO2 que le réseau électrique américain pour chaque kWh d'électricité produit. Ainsi, l'impact environnemental des centres de données, à mesure que leur demande en énergie augmente et que la fiabilité du réseau électrique américain diminue, risque de croître de façon exponentielle si des solutions ne sont pas mises en œuvre pour fournir aux centres de données des sources d'énergie de secours fiables et propres .

Options disponibles

La bonne nouvelle est que plusieurs solutions existent déjà pour aider les centres de données à relever les défis de la durabilité et de la fiabilité énergétique . Parmi ces solutions d'alimentation de secours, on trouve les batteries lithium-ion. Ces batteries peuvent stocker l'énergie produite à partir de sources d'énergie propre, comme les énergies renouvelables, ailleurs ou à un autre moment, pour une utilisation ultérieure par les centres de données en cas de coupure de courant. Bien que cette technologie soit largement disponible, son coût représente un défi. Selon BloombergNEF, le coût actualisé de l'électricité (LCOE) produite par les batteries lithium-ion s'élevait à 155 $/MWh au premier semestre 2023. Ce chiffre est nettement inférieur à celui des sources d'énergie traditionnelles comme le gaz naturel (92 $/MWh) et des énergies renouvelables comme le solaire (76 $/MWh) et l'éolien (50 $/MWh).

Les piles à combustible à hydrogène constituent une autre source d'énergie de secours potentielle pour les centres de données, une piste actuellement explorée par Microsoft. Elles produisent de l'électricité sans émissions grâce à une réaction chimique entre l'hydrogène et l'oxygène. Toutefois, la viabilité économique de l'hydrogène reste très incertaine et, selon la plupart des estimations actuelles, les piles à combustible à hydrogène seraient encore plus coûteuses que les batteries lithium-ion.

Réseau de gaz naturel

Une autre solution pour alimenter les centres de données en énergie de secours fiable, économique et propre repose sur une source peut-être inattendue : le réseau de distribution de gaz naturel. Toutefois, cette solution n'utilise pas le gaz naturel comme source d'énergie à proprement parler, mais exploite l'énergie résiduelle générée lors des réductions de pression à différents niveaux du réseau de distribution pour produire de l'électricité propre. Le turbodétendeur en ligne FreeSpin® de Sapphire Technologies récupère l'énergie gaspillée lors de ces processus de réduction de pression et la transforme en électricité zéro émission. L'électricité propre ainsi produite peut alimenter les centres de données. Ces derniers, grâce à leur charge portable et modulaire, sont parfaitement adaptés à une installation à proximité des stations de détente, souvent situées dans des zones reculées. Sapphire Technologies s'est associée à Tallgrass Energy et Evolve Energy pour installer 72 générateurs à turbodétendeur sur le réseau de gazoducs de Tallgrass Energy, long de 10 460 kilomètres aux États-Unis. L'électricité propre produite sera consommée par les centres de données d'Evolve Energy. Les centres de données seront installés au plus près des stations de détente afin de minimiser le besoin de déployer des câbles électriques, réduisant ainsi davantage l'infrastructure nécessaire à l'utilisation de cette source d'énergie propre.

Le turbodétendeur en ligne FreeSpin (FIT) de Sapphire Technologies récupère l'énergie de la réduction de pression nécessaire aux différentes étapes de la distribution du gaz. Lors du transport du gaz naturel dans les pipelines, l'énergie de pression est perdue aux stations de détente du réseau. Le FIT se compose d'une turbine à grande vitesse intégrée et d'un générateur à haut rendement. Il fonctionne sur des paliers magnétiques dans une unité hermétique sans lubrification. Lorsque le gaz sous pression traverse le FIT, il fait tourner une turbine radiale et entraîne le générateur à aimant permanent grâce à un variateur de vitesse. Ce variateur peut être programmé en fonction des besoins spécifiques en puissance, ce qui le rend idéal pour l'intégration dans des équipements tels que les centres de données. De plus, avec un LCOE de 45 $/MWh, le turbodétendeur en ligne FreeSpin de Sapphire constitue une source d'alimentation de secours économique pour les exploitants de centres de données, comparé aux autres solutions.

Le turbodétendeur en ligne FreeSpin (FIT) permet également de produire de l'électricité propre à partir de l'énergie résiduelle en amont des puits de gaz naturel. Outre cette capacité à générer de l'énergie propre à partir de l'énergie résiduelle de la chaîne d'approvisionnement en gaz naturel, le FIT est compatible avec différents combustibles : hydrogène, air comprimé et dioxyde de carbone.

Alors que les centres de données continuent de faire face au défi d' une consommation d'énergie fiable pour répondre à la demande croissante des applications d'IA, des solutions innovantes seront nécessaires pour concilier fiabilité et accessibilité énergétiques avec les objectifs de réduction des émissions . Bien qu'aucune solution ne soit parfaite, la valorisation de l'énergie résiduelle des infrastructures énergétiques traditionnelles constitue une piste intéressante.