Jak centra danych konsumują energię?

Postęp cywilizacyjny zwiększa zapotrzebowanie na energię elektryczną. W XIX wieku konsumpcję energii rozpoczęliśmy od węgla, w kolejnym XX wieku paliwem była ropa, natomiast dziś, u progu XXI wieku to dane i ponadstandardowe zużycie energii elektrycznej określają następną rewolucję przemysłową. Centra danych to obecnie najszybciej rozwijający się segment rynku nieruchomości komercyjnych, który potrzebuje ogromne, niemal hurtowe ilości energii do prawidłowego funkcjonowania.

Głównym konsumentem energii w Polsce przez dziesiątki lat były firmy z sektora przemysłu ciężkiego. Jednak z biegiem czasu znacząca część produkcji z różnych przyczyn, głównie z powodu rosnących kosztów energii bądź ograniczeń dotyczących ochrony środowiska została przeniesiona poza Europę i znikła z przemysłowej mapy Polski. Należy pamiętać, że infrastruktura przesyłowa (sieci 400kV i 220kV), ale również struktura sieci dystrybucji (sieci wysokiego napięcia 110kV i sieci średniego napięcia) dostosowane były do infrastruktury konsumpcji i zapotrzebowania na moc w czasach, gdy była ona budowana. Dlatego praktycznie cała istniejąca dziś krajowa sieć elektroenergetyczna stanowi dziedzictwo PRL-u i w wielu miejscach nie odpowiada obecnej strukturze konsumpcji.

Wraz z lawinowo postępującą informatyzacją praktycznie wszystkich dziedzin życia, zapotrzebowanie na przetwarzanie i magazynowanie cyfrowych danych (Data Center) skutkowało powstaniem tzw. chmury, będącej po prostu zintegrowanym poprzez sieć internetową systemem serwerowni. Wracając jednak na grunt nieruchomości, każda z tych serwerowni to lokalizacja, czyli konkretna działka i budynek. Główne kryteria wyboru takiej lokalizacji to dostępność do energii i sieci światłowodowej.

Pierwszym wyborem dla Data Center są więc lokalizacje, które są już wyposażone w infrastrukturę elektroenergetyczną, pozwalającą na dostarczenie dużych mocy, czyli tam, gdzie wcześniej były huty i duże zakłady produkcyjne, a dziś jest znaczący popyt na usługi. Obecnie, zdaje się, że miejsca te niemal w pełnym zakresie mogą zostać przekwalifikowane w inwestycje w centra przetwarzania danych. W obliczu zmieniającego się rynku i w zasadzie wykładniczo rosnącej cyfryzacji wszystkich sektorów gospodarki i niemal każdego aspektu naszego życia coraz większego znaczenia nabierają wymagania sektora Data Center. Postęp technologiczny będzie więc wypadkową dostosowania się do nowych standardów rynkowych i efektywności zaopatrzenia w energię.

Aktualnie to Warszawa jest kluczowym rynkiem dla sektora centrów danych. Zdecydowana większość światowych operatorów chce funkcjonować blisko stolicy m.in. przez wzgląd na większy dostęp do punktów wymiany danych z siecią globalną. Na korzyść Warszawy przemawiają również miejsca, gdzie dostępna jest rezerwa energii, którą można spożytkować. Historycznie w stolicy dystrybucja energii dotyczyła przede wszystkim gospodarstw domowych i pojedynczych przedsiębiorstw np. fabryki FSO, Huty Warszawa, Zakładów Ursus czy firm zlokalizowanych w rejonie Woli. Dostępna tam infrastruktura umożliwia dystrybucję energii na takim poziomie, który jest akceptowany przez sektor Data Center. Z tego względu miejsca po byłych fabrykach są dobrą lokalizacją pod centra danych. Co ciekawe infrastruktura w zakresie dostępnej mocy nie zmieniła się tam przez ostatnie 20-30 lat.

Niemniej obecne zużycie energii przez centra danych i miejsca, w których do tego dochodzi, nie do końca odpowiadają poprzedniej infrastrukturze energetycznej. Wymaga ona specjalistów zarówno od strony operowania, jak i utrzymania technicznego całego obiektu. Dlatego firmy są bardziej zainteresowane obecnością w Warszawie, gdzie dostęp do wysoko wykwalifikowanych pracowników jest większy, a dostępna infrastruktura wymaga tylko częściowej modernizacji.

Zużycie energii przez centra danych będzie rosło szybko, ponieważ sztuczna inteligencja czy IoT (Internet Rzeczy) przetwarzają ogromne ilości energii w czasie rzeczywistym. Dla przykładu samochód autonomiczny w ciągu jednej godziny wymienia porównywalną ilość danych co 1300 godzin oglądania filmów na platformach VoD. Rozwój cywilizacyjny i zapotrzebowanie na produkty czy usługi wykorzystujące sztuczną inteligencję będzie również rosło. Już dziś wykorzystuje się bezobsługowe magazyny, które wymieniają hurtowe ilości danych. Z tego względu operatorzy hyperscale jak Google czy Amazon zlecają procesy przetwarzania centrom danych należącym do operatorów, którzy są jednocześnie deweloperami. Usługa, za którą płacą, to wynajęcie mocy obliczeniowej, czyli megawatów.

Cena energii jest głównym składnikiem kosztów przetwarzania danych. Dlatego firmy poszukują rozwiązań, które pomogą im w jej optymalizacji. Stawki za dystrybucję i wykorzystanie energii w 2021 roku, po uwzględnieniu opłaty mocowej, oscylują w granicach około 450 zł (około 100 euro) za jedną MW godzinę. Obrazując koszty funkcjonowania Data Center, jeżeli moc zainstalowana w Centrum Danych to 20 MW i pracuje ono bez przerwy, czyli w systemie 24/7, to miesięczna faktura za energię elektryczną wyniesie około 6,5 mln zł.

Pomysłem na zmniejszenie kosztów za energię, poza wykorzystaniem energii z węgla, są odnawialne źródła energii (OZE) np. wiatraki morskie czy generatory lądowe. Trzeba jednak zauważyć, że obecnie rozwiązania z tego zakresu są niestabilnymi generatorami energii, ponieważ wymagają określonych warunków atmosferycznych. W przypadku wykorzystania zielonej energii należy pamiętać, że centrum danych pracuje przez całą dobę. Wydajność fotowoltaiki w ciągu dnia, która mogłaby dostarczyć dodatkową energię, wystarcza na kilka godzin. Dla przykładu obecnie 1mkw paneli fotowoltaicznych produkuje około 300 watów, gdzie część z tej energii np. 20 proc. można zastosować jako źródło energii stałej, a pozostałe 80 proc. przeznaczyć na ładowanie baterii zasilających naszą instalację przez godziny, gdy produkcja jest niska. Gdyby więc chcieć użyć fotowoltaiki jako podstawowe źródło energii dla Data Center, farma taka dla 20MW musiałaby mieć setki hektarów co w okolicach Warszawy (a tylko tu mamy możliwość łączenia się z siecią światową) jest raczej wykluczone. Obecnie na rynku można kupić energię od dostawców zielonej energii ze źródeł OZE, które są wyposażone w odpowiedni certyfikat, co nie zmienia faktu, że praktycznie otrzymamy energię taką, jaka jest w sieci elektroenergetycznej, czyli głównie pochodzącą ze spalania węgla.

Kolejną możliwością wytworzenia energii jest autogeneracja, czyli produkcja energii elektrycznej przez turbiny gazowe lub generatory gazowe dużej mocy, które zostały zaprojektowane jako napędy lotnicze lub morskie i są w stanie dostarczyć moce od kilku do kilkudziesięciu MW. Przy czym oba rozwiązania są bardzo kosztowne. Zapewnienie przez nie ciągłości dostawy energii wymaga zabezpieczenia jednocześnie przynajmniej dwóch tego rodzaju urządzeń w całym okresie eksploatacji dla zachowania wymaganego poziomu produkcji energii. Na dziś, jednak nie ma zbyt wielu doświadczeń ze stosowaniem autogeneracji dla zasilania centrów danych.

Dwa główne obszary zużywania energii w działalności podstawowej to przetwarzanie danych oraz utrzymanie odpowiedniej temperatury w obiekcie (w bardzo wąskich granicach, przy użyciu systemów klimatyzacji precyzyjnej).

Zużycie energii dla celów przetwarzania wynika z klasy energetycznej serwerów i instalacji, natomiast zużycie na cele klimatyzacji zależne jest od temperatur na zewnątrz budynku, architektury Centrum Danych, jak również od efektywności energetycznej urządzeń i instalacji.

Inny będzie koszt utrzymania temperatury 24⁰C w Norwegii w okolicy Bergen, a inny w Warszawie czy Wiedniu. Tak więc z dostarczonej mocy 10MW na przetwarzanie danych, czyli na coś, co jest przedmiotem sprzedaży, można w zależności od tego, gdzie jest zlokalizowane centrum i jak jest zbudowane, przeznaczyć 6,5 MW lub tylko 4,5 MW.