O resfriamento por imersão, submergindo o hardware em um fluido dielétrico, tornou-se uma prática padrão em ambientes de computação de alto desempenho para lidar com o aumento das cargas térmicas. É eficaz, escalável e oferece suporte à eficiência energética em configurações de servidor densas.

Ao mesmo tempo, os sistemas de armazenamento de energia da bateria (BESS) e as fontes de alimentação ininterrupta (UPS) são cada vez mais implantados nos data centers para garantir o tempo de atividade e a resiliência energética. No entanto, esses sistemas introduzem novos desafios de gerenciamento térmico e segurança que muitas vezes são pouco discutidos.

Esse artigo explora como o resfriamento por imersão, já validado na infraestrutura de TI, está sendo tecnicamente adaptado para melhorar a segurança e o desempenho dos sistemas de armazenamento de energia de baterias de íons de lítio.

Resfriamento por imersão em TI: desempenho onde é importante

Na infraestrutura de TI, o resfriamento por imersão é usado para gerenciar altas cargas térmicas de CPUs e GPUs. A abordagem normalmente envolve sistemas monofásicos ou bifásicos. No resfriamento por imersão monofásico, o hardware é submerso em um líquido não condutor que absorve calor e é então circulado por um trocador de calor.

As principais características de desempenho incluem:

• Alta eficiência de transferência térmica: Os fluidos usados normalmente têm condutividades térmicas 10 a 20 vezes maiores que as do ar.
• Economia de energia: os sistemas atingem taxas de eficácia no uso de energia (PUE) tão baixas quanto 1,05.
• Maior densidade de hardware: permite a implantação de racks de servidor superiores a 100 kW sem limitação.

Esses recursos abordam diretamente as limitações do resfriamento a ar em aplicações de alta densidade. Perfis de estresse térmico semelhantes encontrados em sistemas de armazenamento de bateria sugerem que essa abordagem é adaptável além das CPUs.

Por que os racks de bateria de íons de lítio são um risco de incêndio

As baterias de íons de lítio usadas nos sistemas BESS e UPS são termicamente sensíveis. Produtos químicos como NMC, LFP e NCA oferecem alta densidade de energia, mas são suscetíveis à fuga térmica, um mecanismo de falha autoreforçado que pode levar à combustão.

A fuga térmica pode começar em temperaturas tão baixas quanto 150 ° C e resultar em:

• Aquecimento rápido da célula
• Quebra de eletrólitos e liberação de gás
• Propagação da falha para células adjacentes

Incidentes do mundo real demonstram que os sistemas HVAC padrão não podem conter esses eventos. Os exemplos incluem o incêndio do data center do SK Group em 2022 na Coreia do Sul e a explosão do McMicken BESS em 2019 no Arizona, destacando a necessidade de estratégias proativas de contenção térmica.

Resfriamento por imersão para armazenamento de energia: uma evolução mais segura e inteligente

No armazenamento de energia, o resfriamento por imersão envolve a submersão de células de bateria em fluido dielétrico com altos pontos de fulgor e estabilidade química. O sistema funciona puxando o calor diretamente para longe de cada célula enquanto atua como uma barreira ao oxigênio, que é necessário para a combustão.

Aplicações além da energia de backup

As soluções modernas de BESS servem mais do que funções de backup. Eles melhoram a qualidade da energia, aumentam o tempo de atividade e reduzem os custos operacionais.

Condicionamento da qualidade da energia: O BESS estabiliza a tensão durante quedas ou picos injetando ou absorvendo energia em milissegundos. Ele também regula a frequência nos modos vinculados à rede e ilhados. Além disso, filtra harmônicos e suaviza transientes, melhorando a qualidade da energia e reduzindo a pressão sobre os equipamentos de TI.

Energia de backup estendida (companheiro UPS): O sistema reage instantaneamente a interrupções e pode suportar cargas por horas. Isso elimina falhas mais longas, reduz a dependência do gerador e reduz as emissões. Parte da bateria pode ser reservada para emergências, enquanto o restante serve para funções econômicas.

Redução de pico e gerenciamento de carga: Durante períodos de alta demanda, o BESS descarrega para reduzir o consumo da rede. Isso reduz as cobranças de demanda e nivela os perfis de carga. Também pode adiar atualizações de infraestrutura e permitir arbitragem de energia, cobrança fora do horário de pico e descarga durante os horários de pico.

Ao combinar esses recursos, o BESS refrigerado por imersão se transforma de uma ferramenta de backup passiva em um ativo dinâmico que aumenta a confiabilidade e a eficiência.

Considerações de implantação para data centers

Os operadores que consideram o BESS resfriado por imersão devem avaliar os seguintes fatores:

• Pegada do sistema: Estão disponíveis designs modulares que se alinham com as configurações padrão do rack.
• Sistemas de monitoramento: A integração com plataformas de gerenciamento de bateria e monitoramento de instalações é essencial.
• Conformidade com os padrões: Os sistemas devem atender aos padrões UL 9540, UL 1973 e NFPA 855.
• Manutenção: Os fluidos são estáveis por longos períodos e requerem substituição pouco frequente.

Financeiramente, o resfriamento por imersão pode acarretar custos iniciais mais altos, mas os cálculos indicam um retorno médio do investimento em menos de oito anos devido à economia operacional e à vida útil prolongada do equipamento.

Elevando a segurança da bateria aos padrões do servidor

À medida que os data centers evoluem, as tecnologias usadas para garantir o desempenho e a segurança também devem evoluir. O resfriamento por imersão, já validado em ambientes de servidor, apresenta um método tecnicamente viável e de segurança para gerenciar os riscos térmicos e de incêndio associados aos sistemas de armazenamento de energia de íons de lítio.

A adaptação de estratégias comprovadas de gerenciamento térmico da computação aos sistemas de energia oferece um caminho a seguir para uma infraestrutura mais segura e eficiente.

As instalações que planejam expandir a capacidade do BESS ou modernizar os controles térmicos devem considerar o resfriamento por imersão como uma opção séria baseada nas melhores práticas existentes e nos padrões de segurança emergentes.