Según la EIA (Agencia de Investigación Ambiental), se estima que los centros de datos representan alrededor del 1,0-1,5 por ciento del consumo mundial de electricidad . La mayor parte de esta energía se suministra al equipo de tecnología de la información y luego se disipa en forma de calor.
Posteriormente, gran parte del resto es consumido por el sistema de refrigeración, que se centra en eliminar este calor del espacio técnico y transportarlo a la atmósfera por el medio más fiable y energéticamente eficiente posible.
¿Qué pasaría si, en lugar de tratarlo como un producto de desecho, este calor fuera considerado como un bien valioso que pudiera aprovecharse y reutilizarse?
En consonancia con su compromiso con el Acuerdo de París COP21, el gobierno del Reino Unido se ha comprometido a lograr emisiones netas de carbono cero para 2050. Para lograr este objetivo, descarbonizar el parque de viviendas del Reino Unido debe ser una prioridad, ya que esto por sí solo es responsable de aproximadamente el 14 por ciento de las emisiones de carbono. El principal contribuyente a esta huella de carbono es la quema de combustibles fósiles para calefacción.
Se ha debatido mucho sobre la eliminación gradual de la instalación de calderas de gas en las casas de nueva construcción y hay propuestas para suspender su venta. La prohibición de la venta de calderas nuevas, cuya implementación estaba prevista originalmente para 2025, se extendió hasta 2035, lo que brinda a los propietarios de viviendas tiempo adicional para abandonar los combustibles fósiles. Como resultado, encontrar alternativas asequibles y bajas en carbono a las calderas tradicionales de gas se ha convertido en una prioridad.
Aprovechar el calor residual para mejorar la calefacción urbana
Los objetivos de sostenibilidad propuestos, así como el abandono de los sistemas de calefacción tradicionales, ofrecen una perspectiva tentadora. Redirigir el calor residual de los centros de datos a las redes de calefacción urbana ofrece ventajas que pueden ser reclamadas por diversas partes interesadas.
Operadores de centros de datos
La recolección de calor residual resulta fundamental para reducir los costos operativos. Esto elimina la necesidad de un plan de disipación de calor, lo que permite asignar recursos a elementos de construcción críticos como la refrigeración.
Además, vender calor residual a empresas de servicios energéticos (ESCo) proporciona una vía adicional para compensar los costos operativos. Los avances en materia de sostenibilidad también son sustanciales. El cierre de partes de la planta de refrigeración afecta sólo modestamente al consumo de energía y a las emisiones de carbono de los centros de datos.
El verdadero impacto ambiental radica en la reducción de las emisiones de carbono externas de los usuarios de la red de calefacción urbana, que antes dependían de combustibles fósiles. Para mejorar la probabilidad de que esto suceda, los operadores de centros de datos deben resaltar el potencial ante los municipios y las autoridades de planificación. Esto reforzaría la evaluación comparativa ambiental de la instalación y ayudaría a asegurar la aprobación de la planificación.
Empresas de Servicios Energéticos (ESCo)
Los centros de datos sirven como una fuente confiable y abundante de calor, ofreciendo una solución a las necesidades de los clientes y al mismo tiempo reducen las emisiones de carbono. La utilización del calor residual de baja calidad de los centros de datos como fuente principal para las bombas de calor permite a las ESCo suministrar agua caliente a sus redes sin necesidad de una planta de calderas centralizada. A medida que los centros de datos obtienen cada vez más su energía de fuentes renovables, el calor residual se vuelve verdaderamente libre de emisiones de carbono.
Superar los desafíos de la adopción
A pesar de las ventajas, la integración de los centros de datos con los sistemas de calefacción urbana sigue siendo limitada en la práctica. Ejemplos notables se encuentran en los países nórdicos y los Países Bajos, más que en el Reino Unido. Sin embargo, el principal obstáculo no reside en las limitaciones técnicas, sino en las consideraciones económicas.
El desafío surge originalmente de las complejidades prácticas de recolectar y aprovechar el calor residual de los centros de datos. Las autoridades de planificación fomentan activamente la recuperación de calor, pero la falta de infraestructura existente representa un obstáculo importante.
Si bien la planificación de condiciones que obliguen a los desarrolladores a permitir conexiones a las "futuras" redes de calefacción es un paso positivo, esto resulta inútil cuando no existe un plan correspondiente para el desarrollo de la red de calefacción. Los desarrolladores cumplen con la condición por obligación de cumplir con los requisitos reglamentarios y no por expectativas genuinas de que la infraestructura se utilice alguna vez.
Desde la perspectiva de los operadores de centros de datos, invertir en infraestructura solo tiene sentido cuando genera ahorros en gastos operativos (OpEx) a través de la reducción del consumo de energía y agua. Sin embargo, la desalineación en los perfiles de carga complica este asunto. Como las demandas de la red de calefacción alcanzan su punto máximo en invierno y se reducen en verano, el centro de datos funciona en sentido contrario, ya que puede aprovechar el "enfriamiento gratuito" durante los meses más fríos.
Esta desalineación en los perfiles de carga también afecta a las ESCo. La viabilidad de invertir en bombas de calor y tuberías para conectar los centros de datos a su red depende de la suposición de que la infraestructura se utilizará por completo.
Sin embargo, en la práctica, los operadores de centros de datos dudarán en garantizar esto, ya que la disponibilidad de calor residual depende de factores operativos que pueden estar fuera de su control. Esta incertidumbre, vinculada a factores como la velocidad de implementación de los equipos de TI y las paradas por mantenimiento, hace que comprometerse con una cantidad acordada de calor sea un desafío.
Incluso cuando estos factores pueden resolverse, queda otro gran desafío. ¿Cuánto debería costar la energía? El desacuerdo se forma cuando los operadores de centros de datos buscan vender calor a precios que cubran sus costos de infraestructura, mientras que las ESCo buscan ofrecer precios competitivos a los clientes, asegurando su rentabilidad y que se cubran sus costos de infraestructura y calor residual. Encontrar un costo mutuamente aceptable sigue siendo un desafío clave para fomentar una asociación de colaboración entre las dos partes.
¿Cuáles son las soluciones?
Como resultado de estos desafíos, es imperativo diseñar una estrategia que pueda resolverlos.
El Reino Unido se enfrenta a una necesidad crítica de ampliar la infraestructura de su red de calefacción urbana, que está muy por detrás de sus homólogos de los países nórdicos y otros países continentales. Se necesita intervención gubernamental, que podría emular los modelos exitosos implementados en otros lugares.
Proporcionar subvenciones e incentivos fiscales que puedan financiar el costo de la nueva infraestructura significaría que podrían cumplirse las condiciones de planificación que requieren que los centros de datos se conecten a las redes de calefacción urbana. Construir la infraestructura necesaria sería un desafío, pero no más que la creación de la red de fibra de banda ancha del Reino Unido o la construcción de la red de distribución de gas natural a finales de los años 1960.
Este apoyo gubernamental también podría desempeñar un papel en el fortalecimiento del caso comercial tanto para los operadores de centros de datos como para las ESC. La implementación de exenciones fiscales sobre los costos de la energía puede ser fundamental en este sentido. Esto incentivaría a los operadores de centros de datos a contribuir con calor residual a las redes de calefacción urbana, junto con subsidios para que las ESCo recopilen el calor residual de las instalaciones. Esto empujaría aún más a los dos a una relación simbiótica mutuamente beneficiosa.
Abordar el desafío del desajuste de carga requiere una solución de construcción en grande. Al desarrollar redes extensas que atiendan a varios tipos de usuarios, tanto comerciales como domésticos, se suaviza el perfil de la demanda.
Este enfoque permite a las ESCo capitalizar múltiples fuentes de calor según la temporada, el costo unitario y la disponibilidad de calor. Se podrían seleccionar centros de datos para satisfacer la demanda de calefacción durante el verano, beneficiando al operador en términos de ahorro de energía y reducción de carbono.
Para minimizar las pérdidas de transmisión y el bombeo de energía, los centros de datos, como las instalaciones Edge, tendrían que estar situados cerca de los centros urbanos donde viven los usuarios de la red de calefacción. Esto podría crear obstáculos a la planificación, pero si los planificadores municipales llegaran a ver los centros de datos como una fuente de calor de baja calidad y bajas emisiones de carbono, que podría sustentar a la comunidad local, entonces esta consideración podría agregar peso en las decisiones de zonificación.
La cuestión de reducir las temperaturas de funcionamiento para promover la descarbonización también es primordial. Muchas redes de calefacción urbana existentes funcionan en el rango de temperatura media (120-175 ⁰C), y la mayoría están diseñadas para una temperatura de suministro superior a 80-100 ⁰C. Sin embargo, estas temperaturas sólo pueden alcanzarse quemando combustibles fósiles y excluyen el uso de bombas de calor de amoníaco combinadas con fuentes de calor de baja calidad. Para lograr la descarbonización, será necesario adoptar temperaturas de funcionamiento mucho más bajas.
Un ejemplo de éxito
Estos conocimientos están respaldados por la experiencia práctica de Cundall en Odense, Dinamarca, y subrayan el potencial de una utilización eficaz del calor residual. En estrecha colaboración con el cliente y la ESCo local, Fjernvarme Fyn, fuimos responsables del diseño de un centro de datos a hiperescala que exporta calor residual a la red de calefacción urbana local.
La amplia red de Fjernvarme Fyn da servicio a 65.000 conexiones medidas. Está vinculado a varias fuentes de calor y tipos de usuarios diferentes, lo que suaviza los perfiles de carga y demanda. La integración del centro de datos en la red de calefacción urbana se ve facilitada por bombas de calor de amoníaco de múltiples etapas alojadas en un centro de energía exclusivo.
Estas bombas de calor aprovechan el calor residual de baja calidad del centro de datos, aumentando la temperatura de la red de calefacción urbana entre 70 y 75 ⁰C. Cuando esté completamente construido, el centro de datos proporcionará 165.000 MWh de calor al año. En particular, este calor está inherentemente libre de emisiones de carbono, dada la dependencia del centro de datos de fuentes de energía renovables.
Si bien replicar este modelo en el Reino Unido requerirá una inversión sustancial y algunas maniobras políticas durante varios años, el éxito demostrable de Odense demuestra su potencial. Aprovechar el calor residual de los centros de datos para energizar las redes de calefacción urbana no es simplemente un concepto técnico teórico, sino algo que se está haciendo en otros lugares. Si se replica en el Reino Unido, supondría una contribución importante para lograr los objetivos de cero emisiones netas de carbono para el Reino Unido en 2050.