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Puissance sans coupure dans le centre de données : choisir entre durabilité et disponibilité

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Les nouvelles alimentations sans coupure (ONDULEUR) sont souvent basées sur la technologie de batterie lithium-ion (Li +) qui se répand dans tout, des voitures aux ordinateurs. Cela va souvent de pair avec une revendication d’une plus grande durabilité qui pourrait aider à soulager la pression sur les opérateurs pour des centres de données plus verts.

Pourtant, le tableau de la durabilité autour des batteries Li + n’est pas clair, les défis mondiaux autour de l’exploitation minière et de la fabrication n’étant toujours pas résolus.

Cependant, Janne Paananen, responsable de la technologie des systèmes d’alimentation critiques d’Eaton Europe, Moyen-Orient et Afrique (EMEA), affirme que les opérateurs doivent adopter une vision holistique de tous les problèmes affectant la gestion de l’alimentation, en « pensant plus intelligemment » au rôle d’UPS plutôt que d’acheter le plus écologique ou le plus efficace.

Au lieu de cela, Paananen suggère que les opérateurs doivent commencer à utiliser plus intelligemment les actifs existants, en réduisant la consommation globale pour économiser les coûts et les ressources environnementales à la fois.

« Lorsque vous ne pensez plus en silos, cela signifie que vous n’avez pas besoin de créer des systèmes séparés spécialement conçus pour tout », explique Paananen. « Pensez à l’ensemble du système d’équipement électrique à la fois : tout ce qui est connecté, comment il peut contribuer. »

Ciarán Forde, responsable des centres de données et du segment informatique chez Eaton EMEA, est du même avis, notant que les fournisseurs développent souvent des produits orientés vers le développement durable avec de multiples éléments communs. « Demandez-vous ce que cette infrastructure peut faire pour vraiment faire bouger les choses en matière de durabilité? »

Le problème fondamental est que l’électricité est encore principalement produite par des centrales au pétrole et au charbon, dit-il. Un centre de données dépendant des combustibles fossiles pour l’énergie peut être d’une efficacité maximale, tout en ne faisant pas progresser le programme de durabilité de son opérateur ou des utilisateurs qui en dépendent.

Bien entendu, l’ondation réduit le risque de perturbation en cas de problème en offrant un espace de respiration pour accélérer la génération de sauvegarde sur site, garantissant ainsi la résilience des applications et des charges de travail. Cependant, plus de durabilité peut être obtenue, suggère Forde, en comprenant UPS comme un point focal.

UPS fait partie du centre névralgique du réseau énergétique, ce qui signifie que l’OND durable, quelle que soit la technologie, doit intégrer les bonnes intelligences.

Par exemple, un ondeur intelligent qui surveille les besoins et prédit la demande peut aider à compenser la consommation d’énergie du centre de données en permettant à l’énergie stockée d’être remise au réseau pour que d’autres puissent l’utiliser.

Le centre de données peut devenir un prosommateur: augmenter la durabilité globale de ses systèmes et de ses opérations, en particulier s’il commence à fournir de l’électricité au réseau via des sources renouvelables, peut-être en installant des panneaux solaires.

« Si vous permet réellement au gestionnaire de réseau d’adopter plus d’énergie renouvelable, votre contribution à la durabilité est alors d’un ordre de grandeur plus élevé que les ajustements ici et là sur l’efficacité à l’intérieur des quatre murs du centre de données », explique Forde.

Paananen ajoute que les anciennes technologies telles que les batteries au plomb ne sont pas nécessairement moins respectueuses de l’environnement – avec de nouvelles techniques métallurgiques et hydrométallurgiques explorées, des usines de recyclage construites et des stratégies de traçage des composants, telles que le passeport de batterie Li + de la Global Battery Alliance, en cours de développement.

« Vous pouvez recycler 99% du plomb des batteries et ainsi de suite. Avec les batteries au lithium jusqu’à présent, elles dureront 10 à 15 ans en fonctionnement, vous ne vous attendez donc pas à une quantité raisonnable de matériaux recyclables provenant de nouvelles batteries au lithium jusqu’en 2030 », explique Paananen.

Marc Garner, vice-président de l’énergie sécurisée au Royaume-Uni et en Irlande chez Schneider Electric, note que les impacts environnementaux du lithium à certains moments du cycle de vie peuvent être plus élevés que certaines alternatives « compétitives ». Cependant, cela peut souvent être compensé par des avantages à d’autres étapes du cycle de vie.

« Des études ont révélé que, sur une durée de 10 ans, Li+ a généré un coût total de possession de 10 à 40 % inférieur à celui des systèmes équivalents utilisant la technologie au plomb-acide régulée par vanne (VRLA). »

Schneider considère que les opérateurs traditionnels choisissent également l’ondation à batterie Li+ comme « faisant partie des stratégies de modernisation et de gestion de l’énergie » – d’autant plus que les batteries Li+ ne sont plus que 1,2 à 2 fois plus chères que les VRLAs.

« Ils offrent également deux à trois fois le cycle de vie des batteries VRLA, ont deux à trois fois plus de recyclages de charge plus rapides, un encombrement réduit et un poids plus léger. Certains modèles Li+ triphasés offrent des options de stockage d’énergie intelligentes.

Le partenariat avec le fournisseur de technologies intelligentes Wärtsilä sur UPS a démontré des économies d’investissement moyennes de 27% et une réduction des émissions de 20%. Au fil du temps, la conformité réglementaire s’accompagne d’une technologie en évolution ainsi que d’options de reprise ou d’échange pour l’ondul et le remplacement de la batterie en fin de vie, ajoute Garner.

Ce que dit la science

Nuria Tapia Ruiz, maître de conférences à l’Université de Lancaster, étudie les matériaux de stockage d’énergie relatifs aux technologies de batteries. Elle convient que le tableau de la durabilité est complexe.

« Li + n’est pas si durable », confirme Ruiz. « Mais le lithium et une combinaison de rapports de nickel, de cobalt et de manganèse peuvent fournir la densité d’énergie la plus élevée, donc peuvent stocker beaucoup de charge. »

Le lithium réagit non seulement avec l’air et l’eau, mais son exploitation minière est associée à de multiples problèmes environnementaux. Le nickel extrait des sulfates génère du dioxyde de soufre toxique.

Les mines de cobalt congolaises utilisent non seulement le travail des enfants, mais causent également des problèmes de santé liés à la pollution, notamment par la contamination de l’eau potable. Pendant ce temps, il reste difficile d’obtenir une transparence totale sur la fabrication de batteries et les chaînes d’approvisionnement pour boucler la boucle et éliminer les déchets inutiles.

Environ 70% du cobalt dans les batteries provient de la République démocratique du Congo, dit Ruiz: « Du côté des anodes, nous avons un peu de carbone. Ce qui, encore une fois, vient avec des problèmes de durabilité parce que le carbone est fabriqué à partir de coke.

La technologie actuelle des batteries semble être un tremplin dans la bonne direction plutôt qu’une solution durable.

« Si nous envisageons la durabilité, nous nous dirigerons vers le changement des matériaux cathodiques vers, par exemple, le phosphore, l’oxygène, le fer et le lithium – en nous débarrassant du cobalt et du nickel », dit Ruiz. « D’autres technologies durables que nous examinons comprennent l’ion sodium (Na+). »

La technologie Na+ est un intérêt de recherche de Ruiz et une prochaine étape importante pour les technologies de batteries – d’autant plus que le deuxième plus grand fabricant de batteries CATL a dévoilé sa première génération de batteries Na + en tant qu’alternative Li + en juillet, prévoyant la préparation de la chaîne d’approvisionnement d’ici 2023.

« Et dans 20 ans, les batteries au calcium ou au magnésium sont très prometteuses », dit Ruiz. « Ils ont plus de potentiel dans la matrice de performance. »

Pendant ce temps, la recherche se poursuit sur l’amélioration des technologies et des applications Li +.

Meilleures pratiques de durabilité UPS pour aujourd’hui

Tony Lock, analyste distingué chez Freeform Dynamics, affirme que les opérateurs de centres de données devraient atteindre leurs objectifs de durabilité en se concentrant d’abord sur leurs bases: évaluer la criticité commerciale des applications et des services, les plates-formes sur lesquelles ils doivent fonctionner, l’efficacité des serveurs et du stockage, etc.

« Qu’est-ce que vous utilisez réellement à l’intérieur de votre centre de données pour lequel vous avez vraiment besoin d’une disponibilité continue ? Toutes les charges de travail ne sont pas égales. Même si presque tous ceux qui utilisent une charge de travail revendiqueront sa mission critique, beaucoup d’entre eux ne le sont pas », explique Lock.

Certains peuvent avoir besoin de moins de batterie de secours, d’arrêter les charges en douceur lorsque cela n’est pas nécessaire, de limiter la taille de l’ondur et des systèmes d’alimentation alternatifs nécessaires en cas de panne.

« Croyez-moi, j’ai été dans le centre de données lorsque toute l’alimentation a disparu, en fait environ 15 minutes avant que nous testions la batterie du générateur diesel de secours », explique Lock. « Nous avons blâmé les électriciens pour cela, mais il s’agissait en fait d’une alarme incendie. »

En ce qui concerne les alternatives, Lock conseille: « Utilisez certaines des technologies de volant d’inertie, comme les grands ressorts, qui sont arrivées – vraiment bien si vous n’avez pas besoin de faire fonctionner les choses pendant des heures. Ceux-ci peuvent prendre une charge de ruissellement.

Tout cela revient à ne garder les choses en cours d’exécution que si vous en avez vraiment besoin, souligne Lock.

Les centres de données devraient également avoir d’autres fournisseurs d’électricité à portée de main, via des itinéraires divers; de cette façon, il y a d’autres fournitures via différents fils qui peuvent être accessibles.

« Minimisez la quantité de systèmes moins respectueux de l’environnement, y compris les systèmes UPS qui stockent la capacité », explique Lock. « Et une population plus instruite grandit et sera des actionnaires déterminés à rendre les organisations aussi vertes que possible – ce facteur social a radicalement changé au cours des cinq dernières années. »

Chris Brown, directeur technique de Uptime Institute, ajoute qu’un ondut rotor ou un gros volant d’inertie a de la masse et donc de l’inertie, ce qui sera avantageux dans certaines situations – par exemple, si vous produisez la puissance plutôt que de simplement la consommer – mais pas d’autres.

« Du côté de l’ondique statique, vous pouvez utiliser un petit volant d’inertie pour remplacer les batteries. Le problème avec cela est maintenant votre durée de vie de batterie typique sur un onduple statique, quelque part entre cinq minutes et heures, en fonction du nombre de batteries que vous souhaitez mettre dans un volant d’inertie, vous donnera environ 18 secondes », explique Brown. « Vous avez donc besoin d’un générateur de moteur à démarrage rapide ou de quelque chose de cette nature qui lui est associé, mais cela élimine le besoin de batteries. »

Une autre option est l’ondation de pile à double conversion, à l’aide d’un redresseur pour convertir AC en CC qui sera len être utilisé pour charger les batteries, puis convertir le courant continu via l’onduleur en ac pour piloter l’onduleur. Lorsque certaines fonctionnalités sont converties d’AC en DC, vous retirez toutes les anomalies d’alimentation. Vous pouvez également utiliser un mode « éco » qui contourne l’ondique jusqu’à ce que la puissance disparaisse, explique Brown.

Ce dont le centre de données a besoin pour assurer la durabilité, c’est de la meilleure efficacité énergétique possible et du stockage sur batterie avec le plus faible impact environnemental global tout au long du cycle de vie – « brûler le plus petit nombre de dinosaures morts » dans le processus, dit-il.

Brown dit que Uptime a même entendu dire que certaines compagnies d’assurance repoussent l’utilisation de Li + en raison du risque d’incendie. Mais il n’y a pas de réponse parfaite à la question de la gestion optimale de l’alimentation via UPS.

« Vous pouvez contrôler l’espace dans lequel les batteries existent, pour des conditions optimales qui prolongeront leur durée de vie – en sélectionnant la technologie de batterie qui convient à ce pour quoi vous allez l’utiliser », explique Brown.

« L’autre chose, c’est le soutien. Lorsque vous parlez de techniciens de batterie qui peuvent prolonger la durée de vie de la batterie simplement en sachant quoi en faire, c’est autant un art qu’une science. Avec beaucoup d’expérience, ils valent leur pesant d’or, mais tous les centres de données n’ont pas ce genre d’expertise disponible.

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