Os gasodutos oferecem soluções de energia.

Por Steve Richards, Vice-Presidente de Engenharia da Sapphire Technologies

A demanda por data centers está em plena expansão, impulsionada por investimentos em aplicações de inteligência artificial. Com o aumento da demanda, o consumo de energia desses centros de servidores também crescerá. Segundo a McKinsey, o consumo de energia dos data centers aumentará de 17 gigawatts por ano em 2022 para 35 gigawatts por ano em 2030. Para se ter uma ideia, 35 gigawatts são energia suficiente para abastecer aproximadamente 30 milhões de residências! De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA), as emissões provenientes de data centers precisam ser reduzidas pela metade para atingir a meta de emissões líquidas zero até 2030. Com a demanda por data centers disparando e os problemas existentes na rede elétrica já causando prejuízos financeiros e ambientais para os operadores, essas metas parecem inatingíveis, a menos que invistamos em soluções de energia limpa e confiável para data centers. Além dos benefícios ambientais, enfrentar o desafio de fornecer energia limpa e confiável para data centers também tem o potencial de reduzir o custo de interrupções para os operadores e seus clientes.

A Sapphire Technologies afirmou que seu turboexpansor em linha FreeSpin pode recuperar a energia desperdiçada durante os processos de redução de pressão e usá-la para gerar energia com zero emissões. (Imagem: Sapphire Technologies)

As interrupções em data centers já representam um custo elevado. De acordo com o Uptime Institute, dois terços de todas as interrupções custam mais de US$ 100.000 por ocorrência. O Uptime Institute sugere que diversas tendências de longo prazo estão impactando a confiabilidade das redes elétricas, que são a principal causa das interrupções em data centers. Essas tendências incluem a incorporação de fontes de energia renováveis intermitentes na rede, infraestrutura envelhecida, perturbações climáticas mais frequentes e interrupções geopolíticas no fornecimento tradicional de combustíveis fósseis. Como as interrupções podem custar milhares de dólares por minuto, os operadores de data centers dependem de fontes de energia de reserva para manter os servidores em funcionamento. Historicamente, essas fontes de energia de reserva têm incluído, em grande parte, geradores a diesel com altas emissões. De acordo com um estudo realizado pela empresa de engenharia FEA, com base em dados da Administração de Informação Energética dos EUA e da EPA, um gerador a diesel típico emite mais que o dobro de CO2 da rede elétrica dos EUA para cada kWh de eletricidade gerada. Assim, o impacto ambiental dos centros de dados, à medida que sua demanda por energia aumenta e a confiabilidade da rede elétrica dos EUA diminui, tem o potencial de crescer exponencialmente se não forem encontradas soluções para fornecer aos centros de dados fontes de energia de reserva confiáveis e limpas .

Opções disponíveis

A boa notícia é que já existem diversas soluções que podem ajudar os data centers a superar os desafios de sustentabilidade e confiabilidade energética . Uma dessas soluções para energia de reserva para data centers são as baterias de íon-lítio. Essas baterias podem armazenar energia gerada a partir de fontes de energia limpa, como as renováveis, em um local diferente ou em um momento diferente, para uso posterior pelos data centers durante quedas de energia. Embora essa tecnologia esteja amplamente disponível, um dos desafios é o custo. De acordo com a BloombergNEF, o custo nivelado da energia (LCOE) das baterias de íon-lítio no primeiro semestre de 2023 era de US$ 155/MWh. Isso se compara desfavoravelmente a fontes de energia tradicionais, como o gás natural (US$ 92/MWh), bem como a fontes renováveis, como a solar (US$ 76/MWh) e a eólica (US$ 50/MWh).

As células de combustível de hidrogênio são outra fonte potencial de energia de reserva para data centers, como a Microsoft está explorando atualmente. Elas oferecem energia com zero emissões, produzindo eletricidade por meio de uma reação química entre hidrogênio e oxigênio. No entanto, a viabilidade econômica do hidrogênio ainda é bastante questionável e, atualmente, segundo a maioria das estimativas, as células de combustível de hidrogênio seriam ainda mais caras do que as baterias de íon-lítio.

Rede de gás natural

Outra solução para fornecer energia de backup confiável, econômica e limpa para data centers envolve uma fonte talvez improvável: a rede de distribuição de gás natural. No entanto, essa solução não utiliza o gás natural como fonte de energia em si, mas sim aproveita a energia residual gerada quando a pressão é reduzida em vários estágios da rede de distribuição de gás para criar eletricidade limpa. O turboexpansor em linha FreeSpin® da Sapphire Technologies recupera a energia desperdiçada durante os processos de redução de pressão e a utiliza para gerar energia com zero emissões. A eletricidade limpa produzida a partir da energia residual nos gasodutos pode ser consumida para alimentar data centers. Como os data centers oferecem uma carga portátil e modular, eles são ideais para serem instalados junto a estações de redução de pressão, que geralmente são encontradas em locais remotos. A Sapphire Technologies firmou parceria com a Tallgrass Energy e a Evolve Energy para instalar 72 geradores turboexpansores na rede de gasodutos de 10.461 km (6.500 milhas) da Tallgrass Energy nos EUA. A eletricidade limpa gerada será consumida pelos data centers da Evolve Energy. Os centros de dados serão instalados o mais próximo possível das estações de redução de pressão para minimizar a necessidade de instalação de cabos elétricos, reduzindo ainda mais a infraestrutura necessária para utilizar essa fonte de energia limpa.

O turboexpansor em linha FreeSpin (FIT) da Sapphire Technologies extrai energia da redução de pressão necessária em vários estágios da distribuição de gás. À medida que o gás natural é transportado por gasodutos, a energia da pressão é desperdiçada nas estações de redução de pressão da rede de gasodutos. O FIT consiste em uma turbina integrada de alta velocidade e um gerador de alta eficiência. Ele opera com mancais magnéticos em uma unidade hermeticamente selada e sem lubrificação. Conforme o gás pressurizado flui pelo FIT, ele gira uma roda de turbina radial e aciona o gerador de ímã permanente com um inversor de frequência. O inversor pode ser programado para atender a requisitos de energia específicos, tornando-o ideal para integração com dispositivos como data centers. Além disso, com um LCOE de US$ 45/MWh, o turboexpansor em linha FreeSpin da Sapphire é uma fonte de energia de reserva com excelente custo-benefício para operadores de data centers, em comparação com alternativas.

O turboexpansor em linha FreeSpin (FIT) também pode ser usado para gerar eletricidade limpa a partir de energia residual em poços de gás natural. Além de gerar energia limpa a partir de energia residual na cadeia de suprimentos de gás natural, o FIT é "flexível em relação ao combustível". O sistema é compatível com aplicações de hidrogênio, ar comprimido e dióxido de carbono.

À medida que os centros de dados continuam a enfrentar o desafio de garantir um consumo de energia confiável para suportar a crescente demanda de aplicações de IA, soluções criativas serão necessárias para equilibrar a confiabilidade e a acessibilidade energética com as metas de redução de emissões . Embora nenhuma solução seja perfeita, a capacidade de aproveitar a energia residual da infraestrutura energética tradicional é uma solução interessante no horizonte.