De technische infrastructuur van datacenters heeft lange tijd weinig aandacht gekregen van de it-wereld. Met de opkomst van de cloud werden de power en koeling van datacenterfaciliteiten ineens wél belangrijk. Met de energietransitie en congestie op de Nederlandse elektriciteitsnetwerken is het onderwerp van levensbelang geworden. Met name batterijen mogen zich hierdoor plotsklaps in een grote belangstelling verheugen.
Batterijen waren lange tijd vooral onderdeel van de noodstroomvoorziening van een datacenter. Als component in een ups (uninterruptible power supply) voorkomen zij dat it-systemen in een datacenter last ondervinden van een eventuele storing in de elektriciteitsvoorziening. Veel datacenters gebruiken dieselgeneratoren (‘gen-sets’ in jargon) als backup-power. Deze generatoren hebben echter een tijd nodig om te starten en elektriciteit te leveren. Dit gat wordt opgevangen door ups-systemen die hiervoor elektriciteit halen uit de batterijen in het ups-systeem.
Nee verkopen
De energietransitie, die in Nederland inmiddels in volle gang is, heeft datacenters voor nieuwe uitdagingen geplaatst. Door de sterk groeiende vraag naar elektriciteit zien zij zich geconfronteerd met een situatie waarbij het zeker niet gegarandeerd is dat iedere aanvraag voor extra elektrische energie kan worden gehonoreerd. De netwerken van Liander, Stedin en andere beheerders kunnen de snel groeiende vraag naar elektriciteit simpelweg niet bijbenen en moeten soms ‘nee’ verkopen.
Als onderdeel van de energietransitie zien we dat het elektriciteitsnetwerk van Nederland moet worden opgebouwd van een netwerk voor eenrichtingsverkeer naar een veel meer gedistribueerd netwerk van netwerken. Tot voor kort werd elektriciteit opgewekt in – bijvoorbeeld – een kolen- of gascentrale, die vervolgens via een aantal schakelpunten werd geleverd aan de gebruiker. Met de komst van nieuwe energiebronnen als zonneparken en windmolenparken zien we dat dit eenrichtingsverkeer in korte tijd is veranderd in een netwerk waarin tal van partijen energie opwekken en afnemen.
Dit vraagt om een technisch volledig anders ingericht energienetwerk. Al geruime tijd wordt hier hard aan gewerkt, maar dit vergt enorme investeringen, terwijl installatiebedrijven simpelweg de menskracht niet hebben om al deze werkzaamheden uit te voeren. Ook gebeurt het wel dat vergunningen voor geplande onderstations in het netwerk lange tijd op zich laten wachten – bijvoorbeeld omdat omwonenden bezwaar aantekenen.
Stap voor stap
Toch zien we Nederland stap voor stap richting een meer gedistribueerd energienetwerk gaan. Daarbij horen echter andere manieren van werken, zeker ook voor datacenters. Zij zijn niet langer enkel en alleen afnemer van elektriciteit, maar kunnen en willen ook steeds meer een rol spelen in het stabiel houden van de vele gedistribueerde netwerken van vraag en aanbod die aan het ontstaan zijn.
Een kreet om hierbij in de gaten te houden zijn de zogeheten ‘smart energy hubs’. Dit zijn systemen voor energieopslag (zeg maar: batterijen) die een lokale of regionale functie hebben. De opslagcapaciteit wordt gebruikt om in de regio opgewekte elektriciteit op te slaan totdat deze voor lokale of regionale afnemers nodig is. Voorheen werd lokaal opgewekte elektriciteit centraal verzameld en van daaruit weer gedistribueerd naar afnemers. Dit bracht veel transport van elektriciteit over grotere afstanden met zich mee. Nu elektriciteitsopwekking steeds meer verspreid raakt, dient dus al die elektriciteit eerst over langere afstanden getransporteerd te worden, om dan weer te worden gedistribueerd. De huidige elektriciteitsnetwerken zijn daar – zoals hiervoor beschreven – dus niet op ingericht. Vandaar de grote investeringen die nodig zijn voor het bouwen van meer transportcapaciteit en meer schakelstations.
Smart energy hubs zijn geen nieuw idee, maar lijken langzaam maar zeker als een serieuze optie te worden gezien voor het oplossen van netcongestie. Zeker nu duidelijk is dat de netwerkbeheerders de vraag naar elektriciteit en de daarvoor benodigde verzwaring van de netwerken niet aan kunnen, vormen smart energy hubs een reële oplossing. Door lokaal of regionaal opslagsystemen te creëren, kan het transport van elektriciteit naar centrale opslaglocaties worden voorkomen en hoeft het netwerk dus ook minder verzwaard te worden. Hierdoor ontstaat in het bestaande netwerk ruimte voor het aansluiten van extra bedrijven, zonder dat het onderstation waarop een bedrijventerrein is aangesloten, doorbrandt. De piekvraag kan als het ware verder worden afgevlakt als energie, die lokaal geproduceerd wordt, lokaal kan worden afgezet.
Stabiel houden
Door het gebruik van smart energy hubs ontstaan dus lokale of regionale elektriciteitsnetwerken, compleet met opwekking, (tijdelijke) opslag en afname. Die lokale of regionale netwerken moeten echter wel stabiel worden gehouden. Datacenters kunnen met hun reeds aanwezige batterijen hier een belangrijke rol in spelen door tijdelijk vanuit het netwerk elektriciteit in hun batterijen op te slaan. Of stroom die in deze batterijen is opgeslagen tijdelijk aan het netwerk te leveren. Dit alles om vraag en aanbod van elektriciteit goed in balans te houden. Zij kunnen zelfs overwegen om speciaal hiervoor extra batterijen aan te schaffen.
De discussie hoe dit georganiseerd moet worden, loopt al vele jaren. Zo heeft de stichting Green IT Amsterdam een aantal jaren terug in het Catalyst-innovatieproject een model gecreëerd voor de afspraken die netwerkbeheerders en datacenters dan dienen te maken. Lastig punt voor datacenters is natuurlijk dat de elektriciteit in hun batterijen eigenlijk al ‘in gebruik’ is, namelijk: als noodstroomvoorziening. Wat als er zich een storing voordoet in de energielevering vanuit het netwerk als uitgerekend op dat moment de batterijen nog maar voor – bijvoorbeeld – 45 procent gevuld zijn omdat tijdelijk energie aan het netwerk is geleverd om deze stabiel te houden? Uit dit innovatieproject bleek dat hier wel degelijk afspraken over te maken zijn. Net als over de financiële afspraken over het tijdelijk mogen opslaan van overtollige elektriciteit in de batterijen van een datacenter of juist de afname van extra energie als het netwerk daar om vraagt.
Zware netaansluiting
Hier speelt nog een interessant idee mee. Veel datacenters hebben een redelijk zware netaansluiting geregeld. Zij nemen in veel gevallen echter niet de volledige contractueel beschikbare hoeveelheid elektriciteit af. Dit is overigens een van de redenen van de problemen met de Nederlandse elektriciteitsvoorziening: de elektriciteitsbedrijven zijn verplicht om altijd het door een klant gecontracteerde vermogen beschikbaar te hebben.
Datacenters nemen dit in veel gevallen dus niet af. De extra capaciteit is eerder bedoeld ‘voor het geval dat’ en voor eventuele toekomstige groei. In de datacenterindustrie doen echter ideeën de ronde waarbij datacenters wél hun volledige gecontracteerde vermogen afnemen. De extra elektriciteit die zij niet nodig hebben, kunnen zij dan opslaan in batterijen. Deze extra hoeveelheid elektriciteit kan dan op een later moment wordt gebruikt, bijvoorbeeld bij gunstigere prijzen of als het netwerk daar om vraagt. Netbeheerders zien dit uiteraard liever niet gebeuren, want daarmee wordt de netcongestie eerder erger dan minder.
Dit soort concepten zijn op de tekentafel inmiddels uitgewerkt. De praktijk is echter weerbarstig. De business case blijkt namelijk nog niet zo eenvoudig rond te krijgen. Zo zijn de inkomsten van dit soort energiediensten soms lager dan verwacht. Dat heeft te maken met het feit dat ze lastig te voorspellen zijn vanwege onder andere het systeem van dagprijzen voor elektriciteit. Batterijen slijten bovendien als zij worden opgeladen of leeg gemaakt. Dit betekent dat rekening gehouden moet worden met een levensduur van tien tot vijftien jaar.
De vraag is dan of er gedurende die periode wel een fatsoenlijk financieel rendement op de investering kan worden behaald? Daarbij speelt ook de vraag of banken dit soort investeringen willen financieren. Het verdienmodel is immers gebaseerd op een min of meer speculatief businessmodel van dagprijzen. Leveranciers die zich op dit soort projecten richten zien dat banken vaak niet meer dan 45 tot 50 procent van de benodigde investering willen financieren. Het is ook de vraag of de marges op ‘energiehandel’ wel interessant genoeg zijn als we die vergelijken met de marges op de it-diensten die datacenters faciliteren.
Battery energy storage-systemen
Leren rekenen aan energiediensten is dus een belangrijke vereiste voor datacenters die een rol willen spelen in de energietransitie. De industrie helpt overigens wel mee door nieuwe technische oplossingen te ontwikkelen. Een aanbieder als Huawei spreekt hierbij van ‘digital power’, vrij vertaald: het digitaliseren van de energievoorziening. Hierbij kunnen zogeheten battery energy storage (bes)-systemen een interessante rol spelen.
Dit zijn systemen die in het datacenter worden geplaatst. Ze bestaan uit meerdere racks die gevuld zijn met batterijen, plus de nodige apparatuur voor monitoring en beheer. Ze lijken wel wat op een ups die immers ook over batterijen beschikt, maar dienen een duidelijk andere rol. Waar ups-systemen dienen om een tijdelijke hapering in de elektriciteitsvoorziening te overbruggen, draaien bes-systemen parallel aan het elektriciteitsnetwerk en kunnen elektriciteit opslaan of juist leveren – ook aan externe afnemers.
Een bes-systeem biedt in de regel ruimte voor het leveren van veel elektriciteit. Het is de vraag hoe die extra energie het beste kan worden benut. Vanuit de industrie worden hier nu algoritmes voor ontwikkelen die een groot deel van het – zeg maar – elektriciteitsmanagement ondersteunen of zelfs automatiseren. Waarbij het bovendien mogelijk moet worden om meerdere op elektriciteitsdiensten gerichte business modellen te combineren.
BatteryNL: er is meer opslagcapaciteit nodig
Zouden batterijen andere materialen en technieken gebruiken dan kunnen zij veel meer elektriciteit opslaan. Op basis van dat idee is onlangs het consortium BatteryNL van start gegaan. Hierin werkt een groot aantal partijen samen om binnen acht jaar de volgende generatie batterijen te ontwikkelen. BatteryNL wil een nieuwe generatie batterijen ontwikkelen die veiliger zijn, een hogere energiedichtheid hebben en een langere levensduur hebben. Daarmee zouden dit soort batterijen over een aantal jaren een hoofdrol kunnen gaan spelen in datacenters en andere elementen van de digitale infrastructuur als edge-faciliteiten.
