I gasdotti del gas naturale offrono soluzioni energetiche

Di Steve Richards, Vicepresidente dell'ingegneria, Sapphire Technologies

La domanda di data center è in forte espansione, trainata dagli investimenti in applicazioni di intelligenza artificiale. Con l'aumento della domanda di data center, aumenterà anche l'energia consumata da questi server warehouse. Secondo McKinsey, il consumo energetico dei data center aumenterà da 17 gigawatt all'anno nel 2022 a 35 gigawatt all'anno entro il 2030. Per dare un contesto, 35 gigawatt sono più o meno sufficienti per alimentare 30 milioni di famiglie! Secondo l'Agenzia Internazionale per l'Energia (IEA), le emissioni derivanti dai dati devono essere dimezzate per raggiungere gli obiettivi Net Zero entro il 2030. Con la domanda di data center in forte crescita e i problemi di rete esistenti che già comportano perdite finanziarie e ambientali per gli operatori di data center, questi obiettivi sembrano irrealistici se non si investe in soluzioni energetiche affidabili e pulite per i data center. Oltre ai vantaggi ambientali, affrontare la sfida di un'energia pulita e affidabile per i data center ha anche il potenziale di ridurre i costi delle interruzioni dei data center per gli operatori e i loro clienti.

Sapphire Technologies ha affermato che il suo turboespansore in linea FreeSpin può recuperare l'energia sprecata durante i processi di riduzione della pressione e utilizzarla per generare energia a zero emissioni. (Immagine: Sapphire Technologies)

Le interruzioni dei data center sono già di per sé costose. Secondo l'Uptime Institute, due terzi di tutte le interruzioni costano più di 100.000 dollari a interruzione. L'Uptime Institute suggerisce che diverse tendenze a lungo termine stanno influenzando l'affidabilità delle reti elettriche, che sono la causa principale delle interruzioni dei data center. Queste tendenze includono l'integrazione di fonti di energia rinnovabile intermittenti nella rete, l'invecchiamento delle infrastrutture, la maggiore frequenza di perturbazioni meteorologiche e le interruzioni geopolitiche delle tradizionali forniture di combustibili fossili. Poiché le interruzioni possono costare migliaia di dollari al minuto, gli operatori di data center si affidano a fonti di energia di riserva per mantenere operativi i server. Storicamente, queste fonti di energia di riserva hanno incluso in gran parte generatori diesel ad alte emissioni. Secondo uno studio condotto dalla società di ingegneria FEA sulla base dei dati dell'Energy Information Administration e dell'EPA degli Stati Uniti , un tipico generatore diesel emette più del doppio di CO2 rispetto alla rete elettrica statunitense per ogni kWh di elettricità generata. Pertanto, l'impatto ambientale dei data center, con l'aumento della domanda di energia e la diminuzione dell'affidabilità della rete elettrica statunitense, potrebbe aumentare in modo esponenziale se non si prenderanno in considerazione soluzioni per fornire ai data center fonti di energia di riserva affidabili e pulite .

Opzioni disponibili

La buona notizia è che esistono già diverse soluzioni che possono aiutare i data center a risolvere sia le sfide di sostenibilità che di affidabilità energetica . Una di queste soluzioni per l'energia di backup per i data center sono le batterie agli ioni di litio. Queste batterie possono immagazzinare l'energia generata da fonti di energia pulita, come le energie rinnovabili, in un luogo diverso o in un momento diverso, per un utilizzo successivo da parte dei data center durante le interruzioni di corrente. Sebbene questa tecnologia sia ampiamente disponibile, una sfida è rappresentata dai costi. Secondo BloombergNEF, il costo livellato dell'elettricità (LCOE) delle batterie agli ioni di litio al primo semestre del 2023 era di 155 dollari/MWh. Questo dato si confronta sfavorevolmente con le fonti energetiche tradizionali come il gas naturale (92 dollari/MWh) e con le fonti rinnovabili come il solare (76 dollari/MWh) e l'eolico (50 dollari/MWh).

Le celle a combustibile a idrogeno rappresentano un'altra potenziale fonte di energia sostitutiva di riserva per i data center, come sta attualmente valutando Microsoft. Le celle a combustibile a idrogeno offrono energia a emissioni zero producendo elettricità attraverso una reazione chimica tra idrogeno e ossigeno. Tuttavia, la sostenibilità economica dell'idrogeno è ancora molto incerta e, secondo la maggior parte delle stime, oggi le celle a combustibile a idrogeno risulteranno persino più costose delle batterie agli ioni di litio.

Rete del gas naturale

Un'altra soluzione per fornire ai data center energia di backup affidabile, economica e pulita riguarda una fonte forse improbabile: la rete di distribuzione del gas naturale. Tuttavia, questa soluzione non utilizza il gas naturale come fonte energetica in sé, ma sfrutta l'energia di scarto creata quando la pressione viene ridotta in varie fasi della rete di distribuzione del gas per generare elettricità pulita. Il turboespansore in linea FreeSpin® di Sapphire Technologies può recuperare l'energia sprecata durante i processi di riduzione della pressione e utilizzarla per generare energia a zero emissioni. L'elettricità pulita prodotta dall'energia di scarto nelle condotte può essere consumata per alimentare i data center. Poiché i data center offrono un carico portatile e modulare, sono adatti alla co-locazione con stazioni di riduzione della pressione, che spesso si trovano in località remote. Sapphire Technologies ha collaborato con Tallgrass Energy ed Evolve Energy per installare 72 generatori turboespansori lungo la rete di gasdotti di Tallgrass Energy, lunga 10.500 chilometri, negli Stati Uniti. L'elettricità pulita generata sarà consumata dai data center di Evolve Energy. I data center saranno installati il più vicino possibile alle stazioni di scarico della pressione per ridurre al minimo la necessità di far passare cavi elettrici, riducendo ulteriormente l'infrastruttura necessaria per utilizzare questa fonte di energia pulita.

Il turboespansore in linea FreeSpin (FIT) di Sapphire Technologies estrae energia dalla riduzione di pressione richiesta in varie fasi della distribuzione del gas. Durante il trasporto del gas naturale attraverso le condotte, l'energia di pressione viene sprecata nelle stazioni di riduzione della pressione nella rete di condotte. Il FIT è costituito da una turbina ad alta velocità integrata e da un generatore ad alta efficienza. Funziona su cuscinetti magnetici in un'unità ermeticamente sigillata e priva di lubrificazione. Mentre il gas pressurizzato scorre attraverso il FIT, fa girare una turbina radiale e aziona il generatore a magneti permanenti con un azionamento a velocità variabile. L'azionamento può essere programmato in base a specifici requisiti di potenza, rendendolo ideale per l'integrazione con dispositivi come i data center. Inoltre, con un LCOE di 45 $/MWh, il turboespansore in linea FreeSpin di Sapphire rappresenta una fonte di alimentazione di backup conveniente per gli operatori di data center rispetto alle alternative.

Il turboespansore in linea FreeSpin (FIT) può essere utilizzato anche per generare elettricità pulita dall'energia di scarto a monte, presso le teste dei pozzi di gas naturale. Oltre a generare energia pulita dall'energia di scarto nella filiera del gas naturale, il FIT è "fuel-flexible". Il sistema è compatibile con applicazioni a idrogeno, aria compressa e anidride carbonica.

Mentre i data center continuano ad affrontare la sfida di un consumo energetico affidabile per supportare la crescente domanda di applicazioni di intelligenza artificiale, saranno necessarie soluzioni creative per bilanciare l'affidabilità e l'accessibilità energetica con gli obiettivi di riduzione delle emissioni . Sebbene nessuna soluzione sia perfetta, la capacità di sfruttare l'energia di scarto delle infrastrutture energetiche tradizionali è una soluzione interessante all'orizzonte.