Transcript Download presentatie

Green Data Centers
Energy efficiency vanaf de bron
Remco Sloothaak
Deze lezing wordt u aangeboden door
Items

Drivers & performance indicatoren voor energie-efficiëntie

Energieopwekking en rendement

Lokale energieopwekking en rendement

Hoogspanningsnetaansluiting als alternatief voor critical power ?
Drivers voor optimalisatie
Drivers
 Economisch
 Wetgeving
 Maatschappelijke verantwoordelijkheid
 Imago
Hoe



Minimaal energieverbruik
Minimale investering (CapEx versus OpEx)
Symbiose
Performance indicatoren
Zijn de bekende “performance indicatoren” afdoende ?




Reliability, Availability, Maintainability
Power Usage Effectiveness (PUE)
Economisch
Bestaande kwaliteitstandaards:
......
Conclusie:
 Indicatoren gericht op Datacenter interne processen / technologieën
Performance indicatoren
Primary Energy Factor (PEF):
 Een Europese indicator die de efficiëntie van een energiedrager aanduidt
 Iedere energiedrager heeft een specifieke PEF
 Kwantificeert alle verliezen in de keten: winning, transport, verwerking,
opslag, opwekking, etc.
 Ondersteunt vergelijking van verschillende energiedragers
PEF voor elektrische energie:
PEFelectrical
France
Germany
Netherlands
Poland
Spain
Sweden
United
Kingdom
2.58
2.6
2.56
3
2.6
2
2.92
Variatie van PEFelectrical door:
• Mix van opwekkingseenheden
• Weging van energiedragers
Performance indicatoren
PUE versus PEF
PUE:
 Indicator voor energieverbruik / efficiency in het Data Center →
Micro niveau
PEF:
 Indicator voor energieverbruik / efficiency van de complete keten →
Macro niveau
PEF kwantificeert sustainability van de gehele keten
Energieopwekking
Uitgangspunten
Energieopwekking gebaseerd op fossiele brandstoffen:

Rankine Cycle
- ‘Klassieke’ kolen-/ gas-/ oliegestookte of nucleaire eenheden

Gasturbine
- STEG-eenheid (Combined Heat cycle Plant, CHP)
- Co-generation: samenwerking met industrieën
(paper, raffinaderij, stadsverwarming)
Energieopwekking
Kolengestookte eenheid
electrical(CFP ) 
38%
PEFelectrical(CFP ) 
Exhaust
gas

100%

38%
Cooling
water
E = 6%
E = 56%
2.63
Boiler
Water
Waste
steam
E = 100%
Generator
Steam
Steam turbine
EE ==17%
38%
Grid
Energieopwekking
STEG eenheid (Combined Heat cycle Plant)
electrical(CHP )  35  17 
PEFelectrical(CHP ) 

52%
100%

52%
Exhaust
gas
Cooling
water
E = 4%
E = 44%
1.9
Heat
Recovery
Steam
Generator
Hoeveel verder kan dit
rendement nog stijgen ?
Water
Waste
steam
E = 100%
Generator
Steam
Generator
Steam turbine
Gas turbine
E
17%
E ==17%
E = 35%
Grid
Datacenter met lokale energieopwekking
Datacenter vergelijking
 Conventionele netaansluiting en compressie chiller koelsysteem
versus
 Lokale energieopwekking en absorptie koeling
Performance indicatoren
 Technische haalbaarheid
 OpEx
 CapEx
 Sustainability (=PEF)
Datacenter met lokale energieopwekking
Uitgangspunten Datacenter model
Elektrisch
 50 MWe IT load, in load sharing configuratie
Koeling
 ± 50 MWth gekoeld water systeem
 Operation mode 1:
24/7 Chiller operation → PUE = 1.33
 Operation mode 2:
Free air
→ PUE = 1
Locatie
 Nederland
→ PEFelectrical = 2.56
→ PEFgas
= 1.1
Datacenter met lokale energieopwekking
‘Conventioneel’ Datacenter ontwerp
GRID
33.2 MWe
33.2 MWe
BACK UP SYSTEM A
25 MWe
8.2 MWe
BACK UP SYSTEM B
A
25 MWe
COMPRESSION
CHILLER
8.2 MWe
B
COMPRESSION
CHILLER
23 MWth
23 MWth
25 MWe
25 MWe
CRAC system 1
CRAC system 1
DATA CENTER
(50 MWe)
Datacenter met lokale energieopwekking
PEFDatacenter ‘Conventioneel ontwerp’
170.2 MWprim
170.2 MWth
103.7 MWprim
66.5 MWe
FACILITY
16.5 MWe
IT
Chiller
66.5 MWth
50 MWe

E primary  PEFelectrical  Eelectrical  2.56  66.5  170.2 MWprim
PEFData Center 
E primary
PIT

170.2

50
3.4

Datacenter met lokale energieopwekking
CHP + Absorptiekoeling
Ontwerp
 3 × 25 MWe Gasturbine met diverter
 1 × 130 MWth Afgassenketel
 1 × 45 MWe Stoomturbine
 3 × 23 MWth Absorptie koeler met gekoeld watersysteem
 Koeltorens / warmtewisselaars met vrije koeling (niet getoond)
Bedrijfsvoering
 Absorptiekoeling aangedreven door uitlaatwarmte gasturbines
 Gasturbines in vollastbedrijf
 Export elektrische overcapaciteit
Datacenter met lokale energieopwekking
CHP + Absorptiekoeling
GRID
8.3 MWe
8.3 MWe
8.3 MWe
71 MW
28 MWe
71 MW
71 MW
STEAM
TURBINE
89 MWth
G
G
43 MWth
25 MWe
B
23 MWth
20 MWth
GAS TURBINE 1
20 MWth
GAS TURBINE 2
ABSORPTION
CHILLER
CRAC system 1
23 MWth
25 MWe
G
28 MWe
0 MWth
0 MWth
16.7 MWe
CRAC system 2
CRAC system 3
DATA CENTER
(50 MWe)
HRSG
43 MW
43
MWth
ABSORPTION
CHILLER
16.7 MWe
43 MWth
GAS TURBINE 3
ABSORPTION
CHILLER
23 MWth
16.7 MWe
G
43 MW
43
MWth
25 MWe
C
23 MWth
CONDENSOR
A
Datacenter met lokale energieopwekking
217 MWgas
53 MWe
PEF
Data Center 
136
MWprim
103 MWprim
239 MWprim
PEFDatacenter with CHP + Absorptiekoeling
53 MWe
Eprimary
PIT

103

50
2.1
217 MWgas
FACILITY
14 MWth
87 MWth
129 MWth
42 MWth
Gas turbine
IT
24 MWe
58 MWth
164 MWth
29 MWe
92 MWth
Chiller
50 MWe
E primary  PEFgas  Egas  PEFelectrical  Eelectrical 
1.1 217 
Boiler &
Steam
turbine

2.56  53  239  136  103 MWprim

Datacenter met lokale energieopwekking
Uitgangspunten voor commercieel vergelijk





Electrical import
Electrical export
Natural Gas import
IT load
Location
0.057
0.04
7.49
50.0
Nederland
[€ / kWh]
[€ / kWh]
[€ / GJ]
[MWe]
→ PEFelectrical(
PEFgas (

Subsidies
Geen
)
) = 2.56
= 1.1
Datacenter met lokale energieopwekking
Conclusie
1. Geen OpEx driver voor CHP + absorptiekoeling
2. Tot 62% verbetering in PEFDatacenter
= 62% minder energieverbruik in de totale keten
Cooling
PUE
Loadelectrical
LoadNatural Gas
Importelectrical
ImportNatural Gas
EOpEx
EPrimary
PEFData Center
Conventional
Chiller
Free Air
1.33
1
67
50
584
438
1.
33.3
25
2.
5.3
4.0
3.4
2.6
CHP + AC
Chiller
Free Air
1.28
1
-53
-67
271
271
-465
-585
6.8
6.8
32.6
27.8
3.2
2.1
2.1
1.4
MW
MJ/s
GWh/y
PJ/y
M€/y
PJ/y
Datacenter met lokale energieopwekking
Samenvatting


Lokale energieopwekking met gasturbines is een technisch alternatief
voor de traditionele netaansluiting
Is significant milieuvriendelijker in vergelijking met de traditionele
netaansluiting
Maar
 Zonder OpEx besparing om additionele CapEx te laten renderen …
wie is bereid de investering te dragen ?
Datacenter HV netaansluiting
Generieke eisen IT-power / koeling power systeem
 Hoge beschikbaarheid
 Hoge betrouwbaarheid
 Hoge kwaliteit
Functionele eisen aan elektrisch datacenter back-up systeem
 Back-up Generator set
- Alternatieve bron bij netuitval
 UPS
- Overbrugging van de periode tussen netuitval en generatorbedrijf
- Netkwaliteit
Primaire functie elektrisch back-up systeem Datacenter
Compensatie van netinstabiliteit
Datacenter HV netaansluiting
Cijfers
UpTime Institute
Level
Bron: Uptime 2008
MTBF [J]
Tier I
0.8
Tier II
1
Tier III
2.5
Tier IV
5
Nederlands net
Level
HV net (220/380kV)
MV net (150/10kV
LV net (400V)
Overweging:
Reliability
[%]
Availability [%]
 Is deze hoge Availability
30.1194
99.671 en
Reliability voldoende voor IT-load ?
99.741
 Maakt dit een elektrisch backup
67.0320
99.982
systeem overbodig
?
36.7879
81.8731
99.995
Bron: CBS/KEMA
MTBF [J]
673
10
2.8
Reliability [%]
99.8519
90.4837
70.0473
Availability [%]
99.99997
99.99665
99.99555
Datacenter HV netaansluiting
Vereenvoudigd single feed model
MTBF [J]
220/380kV GRID
HV Circuit Breaker
HV/LV Transformer
LV Circuit Breaker
A
Reliability [%]
Availability [%]
673
99.8519
99.99997
625
99.8401
99.99963
2000
Tussen Tier II 99.95002
en Tier III
99.9500
1111
99.9100
In Serie =
99.99979
333
99.7004
99.94945
223
99.5525
99.94943
Verbeterbaar ?
IT load
DATA CENTER
Datacenter HV netaansluiting
Vereenvoudigd dual feed model
MTBF [J]
220/380kV GRID
Reliability [%]
Availability [%]
673
99.8519
99.99997
333
99.7004
99.94945
Beter dan Tier IV
Zonder back-up system
A
333
99.7004
Parallel =
99.94945
500
99.8002
99.99997
287
99.6521
99.99995
B
IT load
DATA CENTER
Datacenter HV netaansluiting
Conclusies

HV netvoeding availability > Tier IV → ‘six nines’

HV netvoeding reliability > 99.8%

Reliability en availability overeenkomstig IT-load eisen

Elektrisch back-up system overbodig

CapEx, OpEx en onderhoudsvriendelijk
Maar....

Back-upvrij Dataventer acceptabel voor markt ?

HV-grid SPoF ?

Enkel voor large scale datacenters
Contactgegevens

Bedrijfsnaam
: Siemens Nederland NV

Adres
: Prinses Beatrixlaan 800
2595 BN DEN HAAG

Telefoon
: +31 (0) 70 333 2172

E-mail
: [email protected]

Stand
: 46
Deze lezing werd u aangeboden door