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Secours électriques en Datacenter et Effacement (part 2)

Source : Datacenter en Transition

Suite de la table ronde Datacenter en Transition.

Table ronde Datacenter en Transition seconde partie, avec José Guignard (GRDF), Jérôme Nicolle (Ceriz), Laurent Orvoën (Eneria), animée par Eric Arbaretaz (Thésée Datacenter) pilote du Think Tank.

Eric Arbaretaz : Effectivement, j’ai souvenir que de nombreux acteurs se sont rapprochés ces dernières années des hébergeurs en région parisienne. Et il semble que le problème essentiel est un manque d’intérêt économique. Quels sont les ordres de valeurs dont nous parlons ?

Jérôme Nicolle : Les groupes électrogènes sont installés à des fins de sécurisation et n’ont pas stricto-sensu de rôle productif dans l’immobilisation capitalistique qu’ils requièrent. Leur entretien est un poste de charge lourd. Leur valorisation au profit du réseau de distribution d’électricité permettrait de rentabiliser les installations.

Laurent Orvoën : Le principe de l’effacement est pratiqué depuis de nombreuses années en utilisant les groupes électrogènes que nous entretenons chez certains industriels, tout d’abord avec l’EJP (Effacement Jours de Pointe) et aujourd’hui avec le mécanisme de l’effacement. Cette pratique a connu un très grand succès du fait de tarifs attractifs et du nombre de jours d’appel annuel connu (22 jours par an) avec un délai de prévenance de quelques heures. Les installations étaient alors rentabilisées.

Mais la situation est différente aujourd’hui. Le nouveau mécanisme de l’effacement impose un délai de prévenance de quelques minutes et un tarif suivant appel d’offres à coût marginal. De nombreux acteurs se positionnent et RTE commence toujours par appeler les acteurs qui proposent le prix le plus bas et monte ensuite les prix d’appel en fonction de ses besoins. Les rémunérations sont donc très basses. Rentabiliser les installations est donc difficile sachant qu’elles doivent être modifiées pour répondre aux contraintes de production de la nouvelle rubrique 2910.

José Guignard : Le gaz répond aux objectifs d’une production d’énergie renouvelable et décentralisée croissante et continue :

  • Effacement (cogénération / trigénération à partir de moteur à gaz, turbine à gaz, pile à combustible) : électro-intensif (datacenter, Grand Paris, IGH, Hôpitaux, etc.)
  • Systèmes hybrides (mix énergétique) : échelle du site
  • Mix énergétique territorial : tous les réseaux énergétiques interconnectés
  • Pic de consommation et résilience (groupe électrogène gaz naturel)
Source RTE 2018

La cogénération permet de compenser partiellement la baisse progressive de la production d’électricité par charbon et fioul : le gaz est la seule énergie qui a progressé entre 2017 et 2018.

Il est important de noter que de nombreux sites sensibles comme les hôpitaux et les aéroports sont équipés de groupes de cogénération.
Eric Arbaretaz : Mais est-ce qu’il y a également des contraintes techniques ?
Jérôme Nicolle : La réglementation ICPE de ces installations interdit actuellement leur fonctionnement hors du stricte cadre de secours d’une alimentation principale car de nombreuses contraintes s’imposent aux groupes dits de production.

Laurent Orvoën : Un groupe électrogène qui peut fonctionner en effacement est assimilé à un groupe de production et donc soumis à de nombreuses obligations environnementales très contraignantes, en particulier concernant les émissions. Les groupes électrogènes de secours qui fonctionnent moins de 500 heures par an ne sont pas soumis à ces contraintes, sauf si les autorités locales ou les exploitants de datacenters le requièrent. Les constructeurs de groupes électrogènes proposent des solutions de traitement de fumées en pré ou post combustion qui filtrent les particules et NOx.

Une autre alternative est le dual fuel. Des groupes électrogènes diesel pouvant fonctionner avec jusqu’à 70% de gaz. Ce type de groupe peut être utilisé en secours avec un temps de démarrage au diesel très court puis en régime établi de fonctionner au gaz avec des émissions réduites.

Jérôme Nicolle : Si l’on veut augmenter les capacités de production EnR, alors on doit utiliser toute forme de micro-production ou d’effacement sans dogmatisme sur leurs technologies, car l’augmentation de leur emploi permettra de réduire considérablement leurs inconvénients. Cette stratégie offre d’autres intérêts significatifs : les groupes électrogènes sont un débouché naturel pour les productions de carburants renouvelables, car les installations thermiques fixes sont bien plus tolérantes que les moteurs de véhicules.

Pour encourager l’utilisation de ces infrastructures, il faudrait lever la restriction de durée de fonctionnement et de la finalité de secours des installations disposant d’équipements de dépollution répondant à des normes progressivement accrues, et créer une classe d’offre d’approvisionnement d’énergie de réseau à coût réduit mais requérant une capacité d’effacement pilotée.

Laurent Orvoën : L’autre contrainte est liée à l’autonomie de carburant. Les datacenters sont équipés de cuves à fioul calculées pour des autonomies importantes en cas de coupure de courant en lien avec les conditions de réapprovisionnement. L’effacement implique d’augmenter ces capacités si les exploitants des datacenters veulent conserver les autonomies initiales.

José Guignard : Si on parle de production de substitution, il existe plusieurs solutions, comme la trigénération gaz qui est aujourd’hui une des solutions matures dans l’industrie des datacenters et offre moins de contraintes techniques. Elle présente également moins de contraintes réglementaires ICPE et permet de réduire la consommation d’énergie primaire de 30%. Sur ce dernier point, la cogénération gaz est dimensionnée pour répondre aux besoins électriques IT uniquement ; la chaleur est ensuite transformée en froid pour répondre aux besoins du site.

Laurent Orvoën : La trigénération gaz est effectivement une alternative à l’utilisation de l’énergie électrique du réseau en substituant le gaz à l’électron. La centrale de trigénération alimentée en gaz permet alors de produire l’électricité pour le datacenter et de la chaleur transformée en froid. C’est une technologie éprouvée et les émissions peuvent être maîtrisées avec des catalyseurs et des systèmes d’injection d’urée.

Eric Arbaretaz : Je comprends très bien le principe du BioGaz dont l’impact carbone est nul. Mais est-ce qu’il est possible de capturer le carbone issu de sa combustion ?

José Guignard : Les dispositifs de séquestration carbone existent et sont en cours de développement. Plusieurs solutions semblent prometteuses. Le captage CO2 permettrait notamment la mise en place de systèmes de quadri génération.

Laurent Orvoën : La récupération du CO2 des centrales de cogénération est utilisée actuellement dans les serres maraîchères pour améliorer la photosynthèse des plantes. Nous sommes loin des datacenter installés en zone urbaine, mais ce sont des voies de réflexion pour l’insertion et l’acceptation des datacenters.

Eric Arbaretaz : Que pensez-vous de l’hydrogène comme énergie d’alimentation des datacenters ?

José Guignard : C’est une des solutions avec le gaz renouvelable pour décarboner notre réseau : un rapport de fin 2019 confirme le rôle des réseaux gaziers, des sites de stockage et des terminaux méthaniers dans le déploiement de l’hydrogène en France et l’atteinte de la neutralité carbone en 2050.

Les opérateurs confirment qu’il est possible d’intégrer un volume significatif d’hydrogène dans le mix gazier d’ici 2025, avec des coûts limités d’adaptation des infrastructures. Ces dernières pourront ainsi accueillir l’hydrogène décarboné et renouvelable, que ce soit via la récupération d’hydrogène coproduit dans l’industrie, celui issu de la pyrogazéification de déchets ou biomasse, du reformage de gaz avec stockage du carbone, ou bien encore du Power to Gas.

Laurent Orvoen : Nous pensons que c’est une solution d’avenir. Eneria se positionne actuellement sur cette technologie pour des applications groupes électrogènes, mais aussi motorisations terrestres et maritimes. Les solutions hybrides solaires sont aussi des actes de recherche et développement.

Eric Arbaretaz : Comment souhaitez-vous conclure cette table ronde ?

Jérôme Nicolle : Le parc d’installations de génération d’électricité d’appoint en France métropolitaine est d’au moins 3GW. Alors que ces installations sont aujourd’hui sous-employées, elles constituent un potentiel important pour accompagner le déploiement des nouvelles énergies renouvelables.

Les autorités devraient prendre plusieurs mesures pour accompagner cette transition énergétique :

  • Levée de la restriction de durée de fonctionnement et de la finalité de secours des installations disposant d’équipements de dépollution répondant à des normes progressivement accrues.
  • Création d’une classe d’offre d’approvisionnement d’énergie de réseau à coût réduit mais requérant une capacité d’effacement pilotée.
  • Financement de la recherche portant sur les systèmes CCS et de lavage de fumées, voire subventionnement de ces installations.

José Guignard : La transition énergétique ne pourra pas se faire sans le gaz renouvelable : or, le gaz naturel d’aujourd’hui sera du gaz renouvelable demain. Le mix énergétique est la clé de la réussite, car il permet d’allier les avantages des différentes énergies sans les opposer.

Laurent Orvoën : Nous devons sans cesse innover et être ouverts à l’innovation. L’avenir sera certainement des solutions d’énergies décarbonées partiellement ou totalement. Nous y travaillons. Pour l’instant les solutions « classiques » demeurent les plus fiables. Nous les améliorons sans cesse pour réduire leur impact environnemental.

Secours électriques en Datacenter et Effacement (part 1)

Source : Datacenter en Transition

L’alimentation électrique des Data Centers, le secours électrique, l’effacement, les alternatives aux solutions actuelles (tri-génération, solaire, hydrogène…).

Table ronde Datacenter en Transition, avec José Guignard (GRDF), Jérôme Nicolle (Ceriz), Laurent Orvoën (Eneria), animée par Eric Arbaretaz (Thésée Datacenter) pilote du Think Tank.

Eric Arbaretaz : Parlez-nous des moyens de secours électriques dont disposent les datacenters.

Jérôme Nicolle : Comme de nombreux sites industriels et plus encore sans doute, les datacenters doivent assurer une totale disponibilité de leur alimentation électrique. Ces sites sont dotés de groupes électrogènes, majoritairement à moteurs diesel, ainsi que d’onduleurs et batteries afin d’assurer une bascule sans interruption entre le réseau électrique et les groupes de secours.

Laurent Orvoën : La classification Tier des datacenters impose à leurs exploitants des équipements de secours électriques redondants pour avoir une disponibilité proche des 100% de l’alimentation électrique.
De nombreux équipements sont doublés afin d’assurer la continuité du service en cas de défaillance d’un des éléments. Des systèmes d’alimentation électrique importants sont aussi nécessaires pour palier à d’éventuelles coupures électriques.

Ainsi plusieurs systèmes se relaient en cas de coupure, dans cet ordre :

  • des onduleurs et des batteries ;
  • après quelques secondes, des groupes électrogènes prennent le relais ;
  • en cas de défaillance des groupes électrogènes, une ligne électrique de secours permet d’assurer l’alimentation du datacenter.

Le secours électrique des datacenters est un sujet très sensible pour les exploitants et leurs clients qui exigent des disponibilités absolues de leur process (les serveurs). Les exploitants consacrent des moyens financiers importants, autant en investissement qu’en exploitation. L’ensemble des exploitants apportent ainsi beaucoup de soin dans l’entretien de leurs moyens de secours, avec des budgets maintenance conséquents et des moyens importants mis en œuvre pour les essais périodiques.

José Guignard : En France, les datacenters sont majoritairement directement raccordés au réseau électrique, qui lui-même est alimenté par des installations centralisées. Les datacenters exigent en complément une disponibilité de l’approvisionnement électrique proche de 100%. Cela leur impose des investissements en back up très coûteux pour éviter le risque de rupture de l’alimentation électrique au réseau, même si celle-ci est redondée. Il n’en demeure pas moins que le réseau électrique a déjà atteint ses limites en termes de capacité dans certaines régions ; par ailleurs, le projet du Grand Paris va générer une hausse de la demande en électricité de 4 000 MW, intégrant les datacenters. Or, la région IDF importe aujourd’hui environ 90% de son électricité !

Dans un tel contexte, auquel s’ajoute celui de la transition énergétique, plusieurs facteurs invitent à repenser le datacenter : augmentation de la consommation énergétique, augmentation du coût de l’électricité, complexification croissante de la gestion du réseau électrique avec l’émergence des EnR, dépendance au tout-électrique, appropriation de la question énergétique en local, apparition de mécanismes de régulation du réseau (effacement, marché de capacité…), sur-réservation électrique, concurrence d’usages dans les territoires, acceptabilité sociétale, durcissement des réglementations environnementales, impacts du COVID-19 sur la production et le réseau électriques. Au regard de tout cela, nous constatons que le réseau de gaz et les productions décentralisées d’électricité à partir du gaz répondent déjà partiellement à l’appoint, au secours et à l’effacement d’usage électro-intensif par le biais de la cogénération/trigénération.

Eric Arbaretaz : Quelles seront les tendances dans les prochaines années ?

Jérôme Nicolle : Le raccordement d’un nombre croissant de moyens de production d’électricité de sources renouvelables non pilotables (photovoltaïque et éolien) pourrait poser un problème de stabilité du réseau électrique (transport et distribution) national. L’utilisation de moyens de production ou d’effacement pilotables à maille fine (minutes voire secondes), qui plus est déjà installés et disponibles, permettrait de soulager le réseau sans besoin significatif d’investissements.

Laurent Orvoën : L’utilisation des moyens de secours installés au sein des datacenters pour d’autres applications que le secours pur, dont l’effacement, peut effectivement être évoquée. Cette solution est utilisée dans le secteur industriel et les installations doivent préalablement être adaptées suivant la rubrique 2910, en particulier concernant les émissions. Nous intervenons en maintenance sur ces équipements. Cependant, les exploitants de datacenters ne nous semblent pas prêts à ce jour à modifier la gestion de leurs sites soumis à des contraintes très importantes de disponibilité pour un soutien au réseau électrique.

José Guignard : Le taux de disponibilité est très sensible à la qualité de l’approvisionnement énergétique et aux politiques associées (par exemple, la fermeture de Fessenheim, les multiples tranches nucléaires vieillissantes, le manque de production dans les périodes hivernales, les importations, les effacements au réseau électrique, la mise en fonctionnement des cycles combinés gaz et le développement des EnR solaires et éoliennes qui n’offrent pas l’équilibre et la flexibilité attendus).

Pour autant, la puissance de secours réservée par les datacenters mobilise intensément le réseau électrique, alors même que la ligne d’ultime secours n’est utilisée qu’en dernier recours, c’est-à-dire presque jamais.

La cascade d’équipements et processus de secours engendre un surcoût important tout en ne sécurisant que partiellement la chaîne de criticité. Dans ce modèle actuel, électro-dépendant, l’exploitant de datacenter n’a aucune prise sur une stratégie de réduction et valorisation de son approvisionnement énergétique, il se voit d’ailleurs imposé des politiques (effacement réseau par exemple) qui résultent de contraintes externes et qui sont préjudiciables à la qualité de service qu’il garantit à ses clients (taux de disponibilité). Le couplage du datacenter avec une unité autonome de production raccordée au réseau de gaz en plus du réseau électrique permettrait d’optimiser et de valoriser toute la chaîne de valeur énergétique, et d’assurer des arbitrages pour une autonomie et une indépendance plus forte à l’effacement.

Laurent Orvoën : Il faut noter que le réseau électrique français est extrêmement résilient et c’est même un facteur attractif pour l’installation de datacenters en France, tout comme le faible coût de l’électricité. L’intermittence des EnR est un sujet dans certains pays et elle pourrait le devenir en France, reste à voir à quelle échéance. Tant que nous disposerons d’une base nucléaire répondant à plus de 50% des besoins de consommation maxi (on est au moins à 70% aujourd’hui), il n’y a à priori aucun risque de voir le réseau français s’écrouler. Le réseau français est bien interconnecté contrairement à d’autres pays parfois plus en « antenne » donc avec des bouts de ligne à soutenir.

Jérôme Nicolle : Effectivement, cela dépend de la politique énergétique menée par la France. Celle-ci semble favoriser, par subventionnement élevé, le déploiement de parcs de production éoliens au détriment de capacités décarbonées déjà installées. Si on compare à l’effet de cette politique dans les pays voisins, l’intermittence ainsi provoquée ne pourrait sans doute pas s’équilibrer à l’échelle nationale et peu à l’échelle continentale du fait de la concomitance des situations météorologiques. Le recours à des moyens d’effacement pilotables permet donc d’augmenter la capacité du réseau à accueillir des énergies renouvelables à peu de frais et peu de risque.

(…) A suivre la seconde partie de la table ronde

Formation alimentation electrique datacenter

La continuité de l’alimentation électrique est vitale pour un datacenter. Il est donc primordial de minimiser les interruptions afin de garantir la disponibilité des éléments critiques de l’installation. Cela nécessite l’adoption d’une stratégie de pilotage efficace.

Le pilotage de la fourniture énergétique du Datacenter

La mise en place d’un procédé de pilotage efficace de l’alimentation électrique d’un datacenter permet d’éviter une paralysie des applications critiques suite aux coupures souvent inévitables. C’est pourquoi il est important de choisir la solution la plus performante pour la sécurisation des installations.

Les administrateurs peuvent opter pour un système de gestion en réseau. Ceci permet l’administration des périphériques de stockage, des serveurs, et des ressources énergétiques. Ils peuvent sélectionner le système BMC pour le contrôle des systèmes mécaniques et physiques de l’installation, et en conséquence le fonctionnement des actifs informatiques. En outre, il est possible d’associer ces deux stratégies à travers le système DCIM permettant de gérer à la fois les ressources informatiques et physiques, sans oublier les solutions de virtualisation. Dans tous les cas, la parfaite maîtrise de ces méthodes et stratégies est cruciale.

Une formation complète sur l’alimentation électrique d’un datacenter

Cella Consilium propose une formation sur la question énergétique des datacenters. Elle aborde divers sujets, dont le rôle de l’ingénieur électricien, l’importance de la stratégie pour la sécurisation de l’énergie et les bonnes pratiques associées, les différentes sources électriques et les options disponibles en matière de distribution électrique, ainsi que les enjeux environnementaux de l’énergie pour les datacenters.

À l’issue de cette formation, les participants seront ainsi en mesure d’élaborer des solutions pertinentes pour assurer la haute disponibilité des architectures et minimiser les pertes de puissance par une réduction de la consommation d’énergie et une optimisation des installations.


Source : Cella Consilium

Infrastructures électriques – Infrastructures Techniques – Exploitation

Objectifs

Apporter la base de connaissance suffisante et à jour pour une bonne compréhension des installations électriques telles que conçues pour un Datacenter par :

  • La connaissance des contraintes liées aux équipements de l’IT
  • La connaissance des risques sur la distribution électrique vers les équipements de l’IT
  • La connaissance des équipements et des technologies qui forment ces installations
  • L’organisation et les topologies des installations

Participants

Toute personne souhaitant comprendre ou affiner leurs connaissances sur ses Infrastructures électriques du Datacenter afin de mieux décider ou agir au regard de ses missions et responsabilités vis-à-vis :

  • De la justification des moyens et investissements qui forment les installations électriques
  • De la conception des installations électriques au regard des besoins particuliers du Datacenter
  • Des entretiens et maintenances pour satisfaire les besoins de la disponibilité et de la capacité
  • De la structuration des moyens d’exploitation pour assurer une bonne maîtrise des risques vis-à-vis des infrastructures électriques.

Déroulé de la formation

1ère JOURNÉE

  • Introduction
  • L’énergie électrique une des ressources majeure du Datacenter
  • Les perturbateurs
    • Les différentes perturbations électriques et leurs conséquences
    • Qualité de la fourniture du réseau
    • Les autres perturbateurs électriques (foudre, l’ESD et le RFI)
    • Rappel des normes vis-à-vis des systèmes d’alimentation électriques
  • Comment pallier aux différents perturbateurs du courant
    • Réseaux haute qualité (onduleur statique et dynamique)
    • Réseaux de secours et (centrale GE, No break, etc…)
    • Protection foudre
  • Les besoins normatifs vis-à-vis de la distribution électrique au sein d’un Datacenter

2ème JOURNÉE

  • Les différentes architectures pour distribuer et sécuriser les infrastructures électriques d’un Datacenter :
    • Les différentes architectures de résilience des installations électriques
    • Secours court et secours long (différents onduleurs et GE)
    • Partitions et dimensionnements des installations de grande puissance
  • L’efficience énergétique d’une installation électrique :
    • Les différents équipements responsables des pertes énergétiques
    • Les différents standards ou normes (Star, Norme 80+, etc.)
    • Les alternatives de fonctionnement pour l’efficience énergétique
  • Les risques liés à l’exploitation des infrastructures électriques :
    • Garantir la disponibilité des installations
    • Gestion de la capacité (incluant les équilibrages)
    • Les différents autres risques et problématiques : Surcharges

Sources : Institut Datacenter
ODC Academy