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Et si l’avenir énergétique du datacenter était aussi dans le gaz ?

Transition énergétique – Gaz, gaz vert, hydrogène, trigénération… José Guignard, Chef d’Agence Marché d’Affaires Ile de France chez GRDF, nous ouvre les perspectives d’un mix énergétique où le gaz, en particulier le gaz renouvelable, et la production d’énergie par le datacenter ont leur place, et accompagnent la transition énergétique.

Exclusivité mondiale – La stratégie d’Engie vers la neutralité carbone des datacenters – Eric Lamendour

Engie veut résoudre le challenge de l’énergie dans le datacenter. Eric Lamendour, Directeur de l’offre Data Center d’Engie, décrypte en avant-première et exclusivité mondiale pour la Journée du datacenter la stratégie « Take your Data Center into the Future with a Carbon-Neutral Ambition« .

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SDIA et Datacenter Magazine annoncent un partenariat stratégique sur l’efficacité énergétique des datacenters

Datacenter Magazine va relayer les travaux et accompagner en France la SDIA (Sustainable Digital Infrastructure Alliance), une structure de réflexion et de production dédiée à l’efficacité énergétique des datacenters, proche de la Commission européenne. L’interview de Max Schulze, Executive Chairman de la SDIA Alliance, sur sa mission et le partenariat avec DCmag.

La nécessité de la décarbonation et la responsabilité environnementale impacteront la conception des Data Center de demain

Par Engie

 » Dans le monde du Data Center, la disponibilité et la fiabilité de l’énergie sont non discutables. Durant ces dernières années, les fondamentaux de la conception de ces sites critiques n’ont pas changé. Ils sont en grande partie un des freins à intégrer les Data Center au sein de feuilles de route plus larges pour une décarbonation concrète avec :

  • La production en grand volume d’énergies vertes décentralisées les alimentant,
  • L’installation et l’utilisation de système de secours opérant sur des énergies renouvelables,
  • Une approche circulaire de l’énergie et en particulier de l’énergie chaude résiduelle ou fatale.

Il est aujourd’hui clef d’approcher de façon disruptive l’énergie consommée par le Data Center et d’établir une réelle opportunité de réutilisation de l’énergie résiduelle chaude.
La mission d’Engie en tant qu’énergéticien et concepteur de Data Center est de proposer et mettre en œuvre cette disruption.« 

Eric LAMENDOUR
Directeur de l’offre globale Data Center chez ENGIE.

Le moyen classique pour un Data Center d’obtenir son énergie électrique est tout simplement d’être connecté au réseau national. Le simple fait d’admettre comme unique approche le raccordement au réseau national pour leurs besoins énergétique est la raison pour laquelle les Data Center se sont équipés de systèmes de secours. Il faut reconnaitre qu’il n’existe pas de réseau électrique ayant une fiabilité suffisante pour établir le niveau de disponibilité requis aux opérations critiques liées à cette industrie. Aucun réseau électrique national n’est disponible à 100%, sans aucune des perturbations, même les plus courtes et suffisantes pour arrêter un Data center.

Ces contraintes techniques expliquent l’installation des secours qui fiabilisent l’énergie fournie aux équipements informatiques. Ils sont généralement basés sur des groupes électrogènes diesel et des onduleurs. Depuis longtemps, les Data Center ont investi cette production d’énergie sur site et adaptée à leur puissance. Ils assurent cette très haute disponibilité. Ils sont aujourd’hui admis comme des investissements et des coûts d’exploitation non discutables.

De façon complémentaire, ce secteur est dans l’obligation d’établir et de maintenir des compétences spécifiques sur ces équipements énergétiques alors que le métier premier est d’héberger et interconnecter un très grand nombre d’équipements informatiques. Ces compétences sont éloignées des métiers de l’informatique et les ressources humaines nécessaires difficiles à conserver au bon niveau, en compétence et volume – au regard des besoins 24/7 d’un site – mais aussi complexes à adapter aux nécessités et technologies environnementales de demain.

Durant toutes ces années, les Data center ont opéré de cette façon sans autres alternatives. Ce temps est révolu.

S’il est certain que les équipements informatiques ont besoin d’une énergie redondées dont la disponibilité, par cette double alimentation, est de 100%, il est possible aujourd’hui de le réaliser d’une autre façon. Pour être plus responsable vis-à-vis des actifs de production d’énergie qu’il met en œuvre, le Data Center peut aussi se positionner dans une attitude plus en soutien au réseau électrique. L’exploitation et la stabilité de celui-ci est rendu complexe par la transition énergétique zéro carbone sur les nouvelles typologies de production et de localisation des énergies renouvelables. Avec un changement d’attitude, le Data Center peut éviter de continuer à être source de critiques sur ses implantations peu favorables aux problèmes de l’environnement et du voisinage.

Regardons donc ce qui peut être fait différemment.

Dans l’approche proposée, les équipements énergétiques du Data Center font partie d’une micro-grille. Cette micro-grille est conçue et mise en exploitation par un énergéticien dans un accord bilatéral avec l’opérateur du Data Center. Suivant la localisation et les capacités de cette localisation, cette micro-grille inclura une ou plusieurs sources d’énergie renouvelable, que cela soit de l’éolien, du photovoltaïque, du biogaz, mais aussi aujourd’hui de l’hydrogène.

La micro-grille est conçue pour réaliser la double alimentation du Data Center et la haute disponibilité de 100% est garantie par les différents assets de production de celle-dernière, à l’image de ce qui est mis en production au sein d’un Data center actuel.

Sur les assets de production de la micro-grille, le réseau national y est intégré comme une ressource énergétique. Il permet d’assumer la production dans les périodes ou les assets renouvelables locaux ne sont pas productifs. Il permet de supporter l’objectif de renouvelable via des accords d’achats zéro carbone ou Green PPA.

Cet ensemble forme une architecture énergétique complète qui de plus avec les ressources renouvelables locales, forment un système marchant. Celui-ci propose les assets énergétiques de la micro-grille en support au réseau électrique national dans les moments où il en a besoin. Les services ancillaires de la micro-grille apportent alors une contribution majeure à la qualité d’un réseau électrique national. La micro-grille permet une meilleure exploitation des unités de production, un autre choix de technologies et la prépondérance des énergies renouvelables. Elle ne rend plus dormant ces assets énergétiques onéreux. Par son engagement – au sein de cette micro-grille- le Data Center s’insère dans une trajectoire environnementale responsable et partagée, sans risque pour lui-même. Ceci permet le changement de son image actuelle d’électro-intensif peut respectueux de l’environnement et de son voisinage.

Si son énergie fatale est incluse dans un réseau de chaleur via une distribution locale, soit industrielle soit vers une citée ou une communauté urbaine, le Data Center renforce alors encore son apport à la transition énergétique pour en devenir un membre de valeur, compris et bien mieux accepté.

Le concept de micro-grille, les nouvelle capacités et innovation qu’elle apporte, sont certainement disruptif sans pour cela altérer la disponibilité du Data center.

Même si beaucoup seront sceptiques et réfuteront une telle approche, la nécessité de la transition énergétique pour arriver au zéro carbone aboutira à revoir nos habitudes, nos convictions et ancrages. ENGIE est un partenaire de choix pour accompagner les opérateurs de Data Center dans une transition zéro carbone plus large, en tant que partenaire technique et ayant les capacités à investir avec vous, différemment, par cette approche de micro-grille, pour ses atouts indéniables vis-à-vis de la transition zéro carbone.

Une brève histoire de l’efficacité énergétique des datacenters – Paul-François Cattier

Expert mondialement reconnu, Paul-François Cattier, Managing director de l’Africa Data Centres Association, évoque l’évolution de la consommation énergétique des datacenters et ses perspectives d’avenir #ADCA #Afrique.

L’IA au service du datacenter – Table ronde Datacenter en Transition

Table ronde l’Intelligence Artificielle (IA) dans le Datacenter par le think tank Datacenter en Transition.

Avec Alberto Carpita, Business Development de Siemens Smart Infrastructure, et sponsor de l’événement ; Kevin Polizzi, DG B2B et fondateur de Jaguar Networks ; Alain Huchon, Chef de projet chez SPIE-ICS ; Eric Arbaretaz, co-fondateur et directeur technique de Thésée Datacenter ; animée par Philippe Luce, animateur du think tank Datacenter en Transition.

Economie circulaire dans le datacenter : le rapport ‘Situational Analysis’ du Projet CEDaCI

La société française WeLOOP a dirigé le groupe de travail T1 – Etat de l’art et création de réseaux – du Projet CEDaCI européen. Ce groupe de travail visait à évaluer la situation actuelle et les progrès actuels et potentiels de l’industrie des datacenters (DCI) vers une économie circulaire.

Le rapport « Situational Analysis » contient l’état de l’art et l’évaluation des parties prenantes dans le secteur du datacenter (DC), les pratiques actuelles et les tendances émergentes. Il contient également des informations sur la caractérisation chimique de DC, fournissant la composition des matériaux présents dans les équipement réseaux (en particulier les serveurs et les switches).

Tout d’abord, l’état de l’art présente les parties prenantes du secteur DC, les pratiques actuelles, les tendances et les défis de la DCI pour atteindre une plus grande circularité. En outre, les serveurs et les switches ont été démontés et caractérisés chimiquement (y compris les cartes de circuits imprimés (PCB)). Une analyse du cycle de vie (ACV) screening, comprenant toutes les étapes du cycle de vie à l’exception de la phase d’utilisation, a été effectuée afin d’identifier les aspects environnementaux significatifs (hotspots). De plus, une évaluation économique a été réalisée sur la rentabilité du processus de démantèlement complet. Ceci afin d’évaluer la faisabilité de l’introduction d’un nouvel acteur en charge de la chaîne de flux de déchets liée au démantèlement et de la distribution, pour atteindre des taux de récupération plus élevés.

Ce rapport illustre le besoin urgent d’atteindre une meilleure efficacité de gestion des ressources en terme de matériaux dans la DCI pour assurer une chaîne d’approvisionnement sécurisée de certains de ces matériaux, en particulier les CRM (Critical Raw Material). Les PCBs ont été identifiées comme le point chaud environnemental avec le taux de CRM le plus élevé dans les équipements DC. Ils présentent donc les avantages économiques et environnementaux les plus élevés dans le contexte de l’économie circulaire.

Pour télécharger le rapport sur le site de WeLoop, cliquer ici.

Vers une éco-conception nécessaire des services numériques
Par Emmanuelle Olivié-Paul, fondatrice de AdVaes, cabinet spécialisé dans l’analyse prospective, le positionnement, la notation et l’accompagnement de prestataires de solutions numériques en matière d’usages raisonnés et responsables (RSE/CSR, ESG…).

Les actions conduites en matière de protection de l’environnement dans le secteur du numérique doivent être positionnées non comme une contrainte mais comme un facteur d’innovation des modèles d’affaires et des usages. L’éco-conception d’applications et de services numériques fait justement parti de ces nouvelles approches à adopter.

Le secteur du numérique est challengé aujourd’hui sur ses impacts environnementaux en matière de :

  • Fabrication des équipements : intégration de métaux rares et de composants plastiques, durée de vie, recyclage… ;
  • Consommation en énergie (empreinte carbone) et en eau ainsi qu’émissions de gaz à effet de serre (GES). Le numérique serait « responsable d’environ 2% du total des émissions de GES en France » ;
  • Traitement de fin de vie : le secteur du numérique serait à l’origine de 50 millions de tonnes de DEEE (voir réglementations associées).

L’équation est complexe pour tous les acteurs de l’écosystème du numérique face à l’explosion des usages, et en conséquence des infrastructures et des services associés. A titre d’exemple, le télétravail imposé pendant la période de confinement a fait croître drastiquement les usages de solution de vidéoconférence, gourmande en bande passante et en ressources dans le cloud.

Les questions récurrentes en regard sont les suivantes :

  • Quels sont les impacts effectifs environnementaux du numérique ?
  • Comment peuvent-ils être mesurés et suivis dans le temps ?
  • A combien s’élèvent-ils ? Quel est leur poids ?
  • Qui est concerné en priorité sur toute la chaîne de l’écosystème impliqué ?
  • Quelles sont les actions qui peuvent être rapidement mises en oeuvre et quels sont les investissements à plus long terme à consentir pour changer la donne ?
  • Quelles sont les technologies qui peuvent contribuer à améliorer la situation ?

Contrairement à d’autres secteurs d’activité aux impacts environnementaux très forts, le numérique peut faire valoir des apports en regard, et tout particulièrement grâce à ses nouveaux modèles comme celui du cloud computing (cf. rapport GESI SMART 2020) :

  • Mutualisation de ressources (serveurs, réseaux, services…) ;
  • Amélioration de la consommation énergétique avec l’avènement de centre de données de nouvelle génération ;
  • Déduplication possible de données pour réduire les capacités de stockage afférentes ;
  • Traitement au plus près de certaines données avec l’edge computing ;
  • Diminution des déplacements énergivores et à forte empreinte carbone grâce au recours à des services en ligne et à la dématérialisation de certains d’entre eux ;
  • Modèle basé sur l’économie de la fonctionnalité (usage de services).

Selon APL Data Center, le numérique responsable peut se décliner selon quatre axes :

  • Green for IT : il s’agit de toutes les actions conduites afin de réduire l’impact environnemental du système d’information (choix d’architectures, de fournisseurs, de modèles opératoires…) ;
  • Green by IT : le numérique est pourvoyeur de solutions technologiques qui aident à la transition environnementale et qui peuvent en réduire les impacts négatifs ;
  • Green by use : il est impératif de sensibiliser les utilisateurs de solutions numériques de leurs impacts environnementaux et de les inciter à adopter un usage raisonné même si le sujet est complexe en termes d’analyse et de démarche à conduire ;
  • Eco-conception : les enjeux environnementaux doivent être intégrés dès la conception des solutions numériques.

L’éco-conception s’inscrit dans une démarche durable qui implique de repenser la manière dont les applications et les services numériques sont conçus. Selon l’ADEME, il s’agit d’une “démarche préventive et innovante qui permet de réduire les impacts négatifs du produit, service ou bâtiment sur l’environnement sur l’ensemble de son cycle de vie (ACV), tout en conservant ses qualités d’usage”. Dans le cadre de la transition écologique numérique, un rapport d’information du Sénat prône de rendre obligatoire l’écoconception des sites publics et des plus grands sites privés.

L’éco-conception regroupe des domaines variés qui vont :

  • De la manière dont le code est produit et consommé ensuite (meilleure utilisation du cache, élimination des requêtes multi-serveurs, focus sur les besoins essentiels en termes de design des applications, minimisation du code, utilisation de formats spécifiques au web, décorrélation du front du back avec des approches de type « headless CMS »…) ;
  • Aux ressources informatiques mobilisées (au niveau de l’équipement qui sert d’interface pour accéder au service, des serveurs qui motorisent le service et stockent les données utiles, en termes de bande passante qui permet d’accéder au service…) ;
  • Au potentiel de réutilisation (cf. micro-services) et au faible impact en termes de maintenabilité dans le temps.

S’inscrire dans une démarche d’éco-conception numérique implique de modifier les manières de coder. Elle peut aussi favoriser des démarches plus ouvertes basées sur la réutilisation de briques préconfigurées et prêtes à l’emploi afin d’éviter de remobiliser des ressources déjà consommées. Avec la mise à disposition de bibliothèques de services applicatifs accessibles via des plates-formes, le modèle du cloud va dans ce sens et est une voie à considérer parmi d’autres.

Le gaz et les datacenters – Podcasts avec Julien Moresmau et José Guignard de GRDF

Interview de Julien MORESMAU, Responsable Efficacité Energétique & Grands Projets IDF de GRDF, qui répond à nos questions : D’où vient le gaz naturel en France ? Où en est le bio-gaz ? Quelle est la place du gaz dans le mix énergétique français ? Qu’en est-il de l’impact carbone du gaz ? Quelle est la rentabilité de la production d’électricité par le Gaz ?

Interview de José GUIGNARD, Chef d’Agence Marché d’Affaires à la Direction Clients et Territoires Ile de France de GRDF, et Julien MORESMAU, Responsable Efficacité Energétique & Grands Projets IDF.

Scaleway DC5 : datacenter innovant au cooling adiabatique

Scaleway et son fondateur Arnaud de Bermingham nous ont accueillis pour une visite de leur nouveau datacenter DC5. Le duo est réputé pour la création de datacenters optimisés et innovants. DC5 ne déroge pas à cette règle et va plus loin encore, en installant pour la première fois à cette échelle un système de refroidissement free cooling adiabatique.    

Par François Tonic
Arnaud de Bermingham, au plaisir de la visite de DC5

Dans le Val d’Oise, à Saint-Ouen l’Aumône, Scaleway a installé son nouveau datacenter DC5. Il réutilise un ancien centre de tri postal. DC5 couvre une surface utile de 16 000 m², et accueillera 12 tranches. Les tranches 2 et 3 sont en chantier et s’apprêtent à accueillir les futures baies des clients. Réhabiliter un tel bâtiment n’a pas été simple et un important chantier a été entrepris pour redéfinir les volumes et redistribuer les espaces entre les locaux techniques, les installations pour le système d’air et les salles IT.

L’emplacement est stratégique. Au nord-ouest de Paris, proche de Pontoise, il est dissocié de la zone encombrée de forte concentration du nord parisien, installé dans une zone industrielle au potentiel important, tout en restant à proximité des dorsales vers Londres, Amsterdam et Francfort. Il est par ailleurs interconnecté avec les datacenters DC2, DC3 et DC4 du groupe, qui sont situés à plus de 50 km. Trois opérateurs sont connectés. Et tous les opérateurs présents à DC2 et DC3 sont supportés grâce au service de MMR étendue. 

Free cooling avec refroidissement adiabatique

Un des intérêts de DC5 est son système de climatisation. Scaleway a opté pour une approche radicale : ni free cooling direct, ni climatisation mécanique, mais du free cooling avec refroidissement adiabatique (par évaporation) ! Le datacenter profite de l’air extérieur tout en maintenant une température stable de 30° +/- 1° dans les allées froides. Dans le système adiabatique, de l’eau pure est injectée pour capter et transporter la chaleur puis l’air est refroidi par évaporation de l’eau dans un échangeur humide. Seules les salles serveurs sont concernées, les salles techniques, MeetMe et UPS, et les lieux collectifs sont refroidis en free cooling direct complété d’unités de refroidissement traditionnelles. La température de fonctionnement de 30 degrés est imposée. Les baies et serveurs supportent très bien ces températures alors que beaucoup d’opérateurs et de clients opèrent à 20-21 degrés. 

DC5 utilise directement l’air extérieur, ou presque. On pourrait presque comparer l’ingénieux système à une tour à vent à deux étages. Le premier étage est la salle informatique, le second sert à la ventilation. L’air capté au travers de lattes d’admission entre dans une zone de grilles de ventilation équipée de contrôleurs logiques programmables (PLC) pour réguler l’ouverture du réseau et contrôler le débit d’air. Plus l’air est frais, plus la grille se ferme et vice-versa. Les automates sont contrôlés par des sondes de température et d’humidité pour ajuster leur ouverture et l’utilisation du milieu adiabatique. Au total, le système traite plus de 400 informations en temps réel pour ajuster et s’optimiser à l’aide d’algorithmes complexes.

Les filtres
Capter poussières et particules

Le flux d’air est ensuite dirigé vers une seconde série de grilles dont le rôle est d’assurer la répartition égale des flux sur toute la paroi de filtration. Des murs de filtres en laine de roche et en cellulose de qualité F7, changés régulièrement, sont déployés pour fixer les particules, les impuretés et l’humidité. Un air trop humide pourrait être néfaste aux équipements IT… L’air est filtré et analysé, avant d’être canalisé dans de grandes galeries qui vont ensuite le dispatcher dans les allées froides des différentes salles, depuis le plafond. C’est d’ailleurs une particularité de DC5, la distribution du refroidissement, de l’électricité et du réseau est fournie à partir du plafond, tandis que dans la conception traditionnelle, la distribution se fait généralement par le sol. 

Le plafond d’une allée, distribution du refroidissement, de l’électricité et du réseau

100% de l’air extérieur passe par un processus adiabatique. Quant à la chaleur perdue, elle est mélangée à l’air extérieur dans la zone de brassage pour atteindre la température de consigne et réchauffer l’air avant qu’il n’entre dans le datacenter afin de maintenir une température de 30° C dans les allées froides. Idem lorsque l’air extérieur est trop froid, il est mélangé à l’air chaud du datacenter dans la zone de brassage.

Refroidissement (devant) et ‘gros glaçon’ enfermé derrière

Scaleway DC5 exploite également une unité de stockage de glace d’une capacité de 6 MWh. Cette glace – l’équivalent d’un glaçon de la taille d’un conteneur – offre de nombreux avantages : répondre rapidement à la demande de refroidissement sans utiliser de refroidisseur ; éviter un cycle court sur les unités de refroidissement ; fournir un secours en cas de panne de l’unité de refroidissement. Et elle est rentable car la glace est produite la nuit lorsque l’énergie est moins chère.

DC5, un datacenter puissant et green

Le datacenter DC5 est conçu pour déployer des infrastructures à très haute densité. Il est alimenté par une ligne haute tension à 20 MW. Chaque tranche a une consommation moyenne de 1,8 MW. Chaque salle peut contenir entre 280 et 300 baies 52U (taille par défaut) et jusqu’à 292 racks. Chaque baie démarre à 1 MW et peut être poussée jusqu’à 14 MW. Chaque rack peut prendre en charge jusqu’à 6 kW. Les racks sont alimentés par deux chemins différents. Un seul chemin est protégé par des onduleurs et des générateurs hors ligne. L’autre chemin est uniquement protégé par les générateurs. Cette conception donne le bon niveau de redondance avec une infrastructure beaucoup plus efficace, et près de 100% de la capacité installée utilisable à tout moment, contrairement à l’architecture 2N traditionnelle avec son maximum 50% de la capacité installée utilisable pour les serveurs.

Pour le reste – salles blanches, baies, salles techniques (alimentations, onduleurs, opérateur télécoms, etc.) – DC5 reste un datacenter… 

La vérité sur la consommation énergétique des datacenters

Des rapports alarmants sont publiés régulièrement qui dénoncent la surconsommation énergétique des datacenters et leur empreinte carbone qui ne cesse d’augmenter. La plupart s’appuient sur un rapport publié par The Independent en 2016. Celui-ci affirmait que de « pratiquement rien il y a 10 ans », les datacenters allaient consommer en 2016 environ 3% de l’approvisionnement mondial en électricité et représenteraient environ 2% du total des gaz à effet de serre. Et de faire le parallèle avec l’empreinte carbone de l’industrie aérienne, également estimée à 2%. 

Prenant en compte l’explosion exponentielle du volume des données que nous produisons et stockons, ce même rapport a prédit que la quantité totale d’énergie consommée par les datacenters triplera au cours des 10 prochaines années… Une vision prospective qui représente une voie royale pour les opposants aux datacenters et à la transformation numérique.

Un erreur d’extrapolation

Le problème avec ce type d’étude, c’est qu’elle ne sont qu’un cliché rarement exact d’un marché sur lequel nous manquons d’informations, et surtout que les projections reposent sur une équation simpliste qui n’intègre ni l’évolution technologique ni la transformation des modèles de production. Les projections sont pour la plupart fausses, mais elles satisfont les défenseurs de l’environnement qui souvent sont de bonne foi mais sont mal informés.

Une étude plus récente, “Recalibrating global data center energy-use estimates”, pilotée par Eric Masanet, de la Northwestern University, et publiée dans Science le 28 février 2020, révèle qu’en 2018 :

  • Les datacenters ont consommé 205 térawatts-heures ;
  • Soit environ 1% de toute l’électricité consommée cette année-là dans le monde (le même chiffre qu’en 2010) ;
  • En 10 ans (2010/2020), les datacenters ont été 550% plus actifs ;
  • Mais leur consommation d’énergie n’a crû que de 6% ;
  • Et l’activité des datacenters à l’échelle mondiale devrait doubler d’ici 3 à 4 ans.

Du DC privé à l’hyperscale vertueux

Avec le cloud, la consommation des infrastructures informatiques évolue. Les serveurs, le stockage et les équipements réseaux ont à eux seuls consommé 130 térawatts-heures d’énergie en 2018, contre 92 TWh en 2010. Le calcul demeure donc le premier centre de consommation énergétique du datacenter. Par contre, la puissance de calcul pour chaque 1Wh utilisé ne cesse d’augmenter. 

Cela permet de pointer les datacenters vieillissants exploités par les entreprises traditionnelles, dont l’inefficacité énergétique est reconnue. Ils font face à l’optimisation en continu des datacenters hyperscales déployés par les géants du Web. En 2018, 89% des instances de calcul étaient hébergées dans des datacenters cloud, à la fois hyperscale et plus petites installations dédiées au cloud computing. Cette migration explique en partie pourquoi la consommation énergétique des datacenters n’augmente pas au rythme de la création de données. Car les équipements des acteurs de l’hébergement dans le Cloud profitent de l’évolution en continu des équipementiers et de leurs recherches dans la maîtrise de la consommation énergétique.

C’est toute une profession qui s’est engagée dans la croisade de l’efficience des datacenters et de la réduction de la facture carbone. Encore faut-il qu’elle avance en ordre serré et que toutes les organisations, même celles qui exploitent des datacenters anciens, en profitent.

Améliorer l’efficacité du process de refroidissement des DataCenter
Datacenter en Transition
Une expertise de ABB

Les variateurs de fréquences (VFD) en DataCenter offrent de nombreux avantages

Les DataCenter utilisent aujourd’hui environ 2 % de la production énergétique mondiale et leur demande en énergie devrait être multipliée par huit pour atteindre les 3 200 Térawattheures (TWh) d’ici 2030. En moyenne, 40 % de cette énergie est utilisée par les systèmes de refroidissement pour assurer le fonctionnement de l’installation 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. C’est pourquoi on n’a jamais autant mis l’accent sur l’amélioration de l’efficacité énergétique des DataCenter grâce à l’augmentation de rendement des ventilateurs, des pompes et des compresseurs qui constituent le cœur des systèmes de refroidissement des DataCenter.

Les variateurs de fréquence (VFD) contrôlent la vitesse des moteurs électriques utilisés dans les applications de ventilation afin qu’ils utilisent la quantité d’énergie nécessaire pour produire le flux d’air à un moment donné. Ils offrent donc non seulement une efficacité énergétique accrue, mais aussi la fiabilité, la disponibilité, l’opérabilité, la sécurité, la facilité d’entretien, l’évolutivité et la durabilité.

Efficacité du système à charge partielle

Les systèmes de refroidissement des DataCenter sont dimensionnés pour gérer les pics de charge dans les conditions les plus défavorables, comme la chaleur de l’été ou la défaillance d’un composant. Mais, dans la plupart des cas, ils ne fonctionnent pas à leur charge nominale. Pendant une grande partie de leur vie, ils fonctionnent à charge partielle. Le défi consiste à faire en sorte que le système de refroidissement puisse s’adapter au profil de charge variable du DataCenter afin de maintenir une efficacité élevée du système, même à charges partielles.

Il existe de nombreuses options en ce qui concerne les moteurs et les solutions de contrôle de vitesse pour les ventilateurs, les pompes et les compresseurs. Lorsqu’on examine leur efficacité, il est important de considérer l’effet total des performances électriques et mécaniques. Un moteur à haut rendement fonctionnant en combinaison avec un variateur peut offrir un rendement global supérieur.

Qualité de l’alimentation électrique

La fiabilité est essentielle pour les DataCenter, et leurs systèmes de refroidissement jouent un rôle vital pour garantir que l’installation est toujours opérationnelle. Les harmoniques dans le réseau électrique sont l’un des principaux facteurs qui influent sur la fiabilité.

Bien que les variateurs de fréquence contribuent de manière très significative à l’efficacité énergétique, ils provoquent, avec d’autres charges non linéaires (comme les onduleurs et les systèmes de stockage sur batterie), une distorsion de la forme des ondes de courant et de tension, ce qui augmente les harmoniques, polluant l’alimentation électrique. Les courants harmoniques génèrent des pertes et donc une dissipation de chaleur supplémentaire. Cela peut augmenter le risque de dysfonctionnements et des pannes d’équipement provoquant des temps d’arrêts des installations.

Les courants harmoniques doivent être réduits au minimum et, du point de vue du système, il est bien sûr possible de surdimensionner les câbles, les fusibles et l’appareillage de protection. Mais s’il n’y a pas d’atténuation, comme c’est le cas pour certains ventilateurs EC (Ventilateurs à commutation électronique – EC Fans), le besoin de surdimensionner peut donc aller jusqu’à 30 %.

En plus des coûts liés à la réduction de la durée de vie des équipements, aux problèmes de processus et à la maintenance constante des dispositifs défectueux, les coûts d’exploitation peuvent encore être augmentés par les pénalités imposées par les fournisseurs d’énergies pour le rejet des harmoniques sur le réseau d’alimentation public.

La solution consiste à utiliser des variateurs à très faible taux d’harmoniques (ULH Ultra Low Harmonics) conçus spécifiquement pour les applications CVC car ils peuvent maintenir un très faible taux d’harmoniques, même à charges partielles, directement à la source. Avec une analyse correcte du système, l’ajout de variateurs de fréquence ULH, aux pompes, aux ventilateurs et au groupe froid peut éliminer le besoin de solutions d’atténuation des harmoniques externes coûteux pour l’ensemble du système.

Il est également nécessaire de prendre en compte le type de charge sur le réseau, car il affecte le facteur de puissance – une mesure de l’efficacité avec laquelle les équipements utilisent l’électricité. Les serveurs de données sont des charges capacitives. Les équipements de refroidissement ont des charges inductives importantes. Les deux types de charges sont des sources de puissance réactives qui ont un impact sur le facteur de puissance et, là encore, provoquent des pertes d’énergie ainsi qu’un fonctionnement instable des équipements du système électrique, notamment les onduleurs et les générateurs.

Pour une utilisation efficace de l’électricité et la fiabilité du réseau électrique, le facteur de puissance du DataCenter doit être proche ou égal à l’unité (1).

L’utilisation de variateur ULH permet de garantir un facteur de puissance à 1 quel que soit la charge sans ajout d’équipement externe supplémentaire.

Les derniers éléments de la qualité de l’alimentation électrique sont les interférences radioélectriques ou perturbations électromagnétiques (RFI). Les DataCenter utilisent une grande quantité d’équipements à vitesse variable pour économiser l’énergie. Dans le même temps, tous les équipements à vitesse variable génèrent du bruit électromagnétique, à la fois rayonné et conduit dans les câbles, qui est transmis dans tout le DataCenter et dans les bâtiments voisins. Ces émissions peuvent également affecter la sécurité et les performances des équipements informatiques des DataCenter. Tout équipement à vitesse variable doit être conforme à la norme CEM pour les systèmes d’entraînement de puissance EN61800-3.

La négligence dans le respect des normes CEM peut entraîner de graves problèmes. Non seulement il sera nécessaire d’installer des filtres externes à un coût supplémentaire par la suite, mais aussi la réduction du bruit haute fréquence une fois l’installation terminée peut être une tâche presque impossible. En effet, les câbles peuvent contenir des bruits hautes fréquences qui rayonnent également. Si, par exemple, les câbles d’alimentation et moteurs sont installés dans le même chemin de câbles, les filtres RFI sont inefficaces, et la seule solution consiste à déplacer l’un des deux câbles vers un chemin séparé, ce qui représente un coût substantiel.

Fonctionnement et facilité d’utilisation

Il existe plusieurs approches pour le contrôle de la vitesse des moteurs des ventilateurs dans les DataCenter. Une approche consiste à utiliser des ventilateurs EC – une solution de contrôle de la vitesse packagée avec un moteur et un ventilateur. S’ils sont installés dans un réseau de ventilateurs, ils offrent une redondance si l’un des moteurs tombe en panne. Mais ces équipements sont généralement commandés par bus de terrain, et l’inconvénient est qu’il n’y a pas de mode “manuel”, donc le ventilateur est hors service si la connexion avec le système de contrôle commande est perdue. Il n’est pas non plus possible d’utiliser un by-pass.

L’alternative est d’utiliser plusieurs moteurs à courant alternatif, chacun étant contrôlé par son propre VFD. Il permet de contrôler individuellement les ventilateurs dans une application de réseau de ventilateurs ou de les contrôler via un bus de terrain. La connectivité BACnet peut fournir une interface facile à utiliser. Les modes “Hand” et “Auto” permettent de contrôler le ventilateur même si le système de contrôle est défaillant. Il y a également une redondance de sorte que, si une ou plusieurs unités tombent en panne, les autres continueront à fonctionner avec une vitesse accrue.

Dans le cas des réseaux de ventilateurs en particulier, il est important d’envisager ce qui se passe en cas de défaillance du moteur ou de l’entraînement. Pour un ventilateur EC ou un ventilateur avec moteur intégré, il est souvent nécessaire de remplacer l’unité complète. Cela est coûteux, peut impliquer un long délai d’exécution et a un impact sur la durabilité puisque l’unité est mise au rebut. En cas de panne d’un moteur avec variateur intégré, les composants peuvent généralement être remplacés individuellement. Toutefois, les pièces de rechange pour les moteurs et les variateurs sont souvent confiées à un fournisseur de pièces détachées, ce qui entraîne de longs délais et des coûts plus élevés pour les remplacer.

Le choix optimal pour une meilleure facilité d’entretien est de spécifier des moteurs, des variateurs et des ventilateurs autonomes, car dans la plupart des cas, chaque composant peut être remplacé le jour même. Cela a également un impact positif sur la durabilité car seul le composant défectueux est remplacé

Disponibilité du système de refroidissement

Les fonctionnalités intégrées dans les variateurs de fréquence conçus spécifiquement pour les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation peuvent contribuer de manière significative à l’augmentation de la disponibilité de l’ensemble du système de refroidissement et de ventilation. Par exemple, le démarrage en douceur du moteur élimine les contraintes mécaniques sur le système de tuyauterie ainsi que sur les applications telles que les pompes, les compresseurs ou les ventilateurs. Les fonctionnalités supplémentaires peuvent être l’indication de la défaillance d’un roulement par la surveillance du couple ; la surveillance de la pression dans une canalisations afin de détecter d’éventuelles fuites ; le mode incendie (Override) pour aider le système d’extinction des incendies à réagir correctement et à protéger les équipements ainsi que les personnes en cas d’incendie.

Évolutivité

La seule chose sûre est que la densité des serveurs des DataCenter va continuer à augmenter. Cela signifie que les charges thermiques vont également augmenter. C’est là que les variateurs de fréquence développés spécifiquement pour les applications CVC offrent un avantage important, car ils sont conçus avec une flexibilité et une évolutivité intégrée.

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