Branża technologiczna stawia na czystą energię
Centra danych niezbędne dla nowoczesnych usług dla obywateli oraz przedsiębiorstw i energetyki stały się orędownikami stosowania czystej energii na świecie.
Według różnych źródeł, same centra danych konsumują od 1,8 do nawet 3% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Ale dzięki gigantycznym zyskom światowi liderzy branży technologicznej śmiało sięgają po zasilanie ze źródeł odnawialnych i wspierają ich rozwój na świecie. Z jednej strony rozwiązania branży ICT (information and communication technologies ? technologie teleinformatyczne) stymulują nowoczesną energetykę, usprawniając usługi i obsługę klientów, kontrolę oraz sterowanie sieciami, podnosząc sprawność przesyłu i wytwarzania przy jednoczesnej oszczędności energii i przyczyniając się do obniżenia kosztów inwestycji. Natomiast z drugiej strony ta sama branża staje się coraz większym konsumentem energii elektrycznej, służącej do zasilania urządzeń, sieci internetowych i usług. Może nie w takim stopniu, jak energochłonny przemysł, ale w znaczącym, ponieważ światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną w całościowo ujętej branży (od urządzeń, przez sieci, produkcję i centra danych) to niemal połowa zapotrzebowania na elektryczność USA. Centa danych stawiają też na nieustanne podwyższanie efektywności energetyczne, czyli na energooszczędność zgodnie z hasłem: najczystsza energia, to ta, której się nie zużyje.
Amerykańscy liderzy
Na rzecz zielonego ICT działają przede wszystkim najwięksi gracze na światowym rynku: Apple, Facebook i Google (w zasadzie dziś marka firmy Alphabet po zmianie nazwy). Za nimi podążają Microsoft, HP czy chińska platforma e-commerce Alibaba. Większość z tych firm, szczególnie amerykańskich, za strategiczne uznaje zasilanie swoich biur, centrów danych i infrastruktury wyłącznie ze źródeł odnawialnych. Nie jest to jednak łatwe zadanie, ze względu na lawinowo rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną, wynikające m.in. ze zwiększonego przesyłu danych i popytu na usługi w chmurze. Największym firmom chodzi też o prestiżową kwestię eliminacji lub minimalizacji, tzw. śladu węglowego (poziomu emisji gazów cieplarnianych).
Greenpeace w raporcie Clicking Clean 2017 potwierdza rosnące od kilku lat zainteresowanie firm internetowych odnawialnymi źródłami energii i wpisywanie ich w korporacyjne strategie. Takie spółki, jak Facebook, Apple czy Google, jako pierwsze zapowiedziały całkowite przejście na OZE. Co więcej, tworzą fundusze wspierające działania na rzecz czystej energii i efektywności energetycznej. To ważne, bo udział w zużyciu energii elektrycznej branży ICT będzie się zwiększać.
Oczywiście nie wszystkie firmy z sektora informatycznego stawiają na czystą energię, część jest zainteresowana, ale działają w krajach, w których sprostanie potrzebom jest trudne ze względu na niewielki udział OZE w miksie energetycznym, a nie mają środków na własne inwestycje. Tak póki co jest w Azji ? nawet już światowe marki, jak Alibaba czy Samsung, w niewielkim stopniu korzystają z dostaw czystej energii.
Jeszcze w 1995 r. firmy z branży ICT emitowały ok. 300 kg dwutlenku węgla na użytkownika ich usług i produktów. Według Ericsson Mobility Report, emisja w 2020 r. zmniejszy się do 80 kg CO2, niezależnie od rosnącego wykorzystania usług branży i mimo dwunastokrotnego zwiększenia transferu danych w latach 2012-2018. Branżowy ślad węglowy ma nie przekroczyć 2% globalnego, ponieważ wielokrotny wzrost przesyłanych danych i zwiększanie się liczby urządzeń są rekompensowane przez rozwój technologii i ograniczanie zużycia energii, ale tylko do pewnego stopnia. W 2007 roku emisja w sektorze wynosiła 620 mln ton CO2, czyli 1,3% całościowej globalnej emisji gazów cieplarnianych. Zatem jednak nastąpił wzrost.
Zwiększona efektywność
Choć najwięcej energii elektrycznej potrzebują urządzenia cyfrowe konsumentów, a potem sieci przewodowe i bezprzewodowe transmitujące dane, to szczególną uwagę przykuwają centra danych, które zapewniają usługi przechowywania danych i operowania nimi. Bez tych ośrodków nie byłoby usług w chmurze ani ruchu w sieci internetowej, zaawansowanej analityki i rozwiązań dla przemysłu czy energetyki. To węzły, przez które przechodzi ruch sieciowy, dzięki czemu każdy człowiek może korzystać z portali społecznościowych, wysyłać zdjęcia lub wideo czy czerpać radość z gier online. Bez ośrodków przetwarzania danych przemysł pozostałyby w okresie lat 70. ubiegłego wieku. Wyznacznikiem postępu znów są Stany Zjednoczone.
United States Data Center Energy Usage Report 2016 stworzony przez Lawrence Berkeley National Laboratory i amerykański Departamentu Energetyki pokazuje niemal rewolucyjne zmiany w zakresie zapotrzebowania na elektryczność centrów danych amerykańskich firm. W 2014 roku takie ośrodki pochłonęły ok. 1,8% (70 TWh) całej energii elektrycznej w USA. Ale tempo wzrostu zapotrzebowania na energię zmalało z niemal 90% w latach 2000-2004 do 24% w latach 2005-2009 i 4% w okresie 2010-2014. Do 2020 roku powinno pozostać na tym samym poziomie, mimo szybkiego rozwoju rynku centrów danych i gwałtownego wzrostu ruchu w sieci. Jednocześnie zmniejszyło się zapotrzebowanie na serwery instalowane w takich centrach do średnio 3% rocznie w ostatnich pięciu latach (z 15% w okresie 2000-2004). Stało się tak ze względu na szybki wzrost wydajności serwerów połączony ze zwiększoną efektywnością energetyczną. Według prognoz, zapotrzebowanie na energię elektryczną w nadchodzących latach wyniesie ok. 73 TWh, a to tylko nieco więcej niż w 2014 r. Oznacza to duże oszczędności w porównaniu z zapotrzebowaniem z początku XXI w., przekładające się na ok. 33 TWh ?niezużyte? w 2020 r.
Laurka dla ICT
Osiągnięcia światowych przedsiębiorstw branży internetowej i ICT w dążeniu do przejścia na czystą energię docenił Greenpeace, zwykle ostro traktujący globalne korporacje. Tegoroczny raport Clicking Clean 2017 wskazuje sektor informatyczny jako lidera dążącego do przejścia na zieloną energetykę. Na czele tegorocznego rankingu (dotyczącego głównie firm technologicznych z USA) znalazło się amerykańskie przedsiębiorstwo Switch, które 100% zapotrzebowania na energię elektryczną pokrywa dostawami z instalacji OZE. Jednak ten projektant i dostawca centrów danych czy usług kolokacyjnych z kilkuset pracownikami jest ważnym lecz stosunkowo niewielkim graczem na światowym rynku. Ważniejsi są potentaci. I tak liderem czystej energii jest Apple, który ponad 83% energii elektrycznej pozyskiwał w 2016 r. z zasobów odnawialnych (wg Apple?a to to już 96%), Facebook czerpie dwie trzecie energii z OZE, a Google 56% Ważne jest to, że wszystkie te firmy, a także Microsoft (na razie 32%), deklarują 100-procentowe pokrycie zapotrzebowania dzięki OZE w nadchodzących latach. Do liderów czystej energii można zaliczyć HP (50%), ale kolejne światowe firmy odstają, tak jak IBM z 29%. Należy jednak podkreślić, że raport po macoszemu traktuje energetykę jądrową.
Greenpeace zwrócił też uwagę na gigantów z Chin i Korei Południowej, czyli na spółki, które deklarują chęć korzystania z OZE, ale ze względu na strukturę energetyki nie są w stanie szybko dogonić konkurencji z USA. To nowi giganci na światowym rynku, tacy jak koreański Samsung i chińskie firmy Tencent, Baidu oraz Alibaba.
Centra danych w centrum uwagi
Choć same centra danych nie są największym konsumentem energii elektrycznej ? więcej zużywają sieci internetowe i urządzenia dla firm i konsumentów ? to właśnie przez nie przepływa największy strumień danych. Co więcej, udział centrów danych i sieci rośnie ze względu na gwałtowny wzrost przepływu informacji. Według oszacowań firmy IDC wszystkie centra danych zużywają 1,1 – 1,5 %. energii elektrycznej konsumowanej rocznie na świecie. Z danych francuskiej firmy Yole Développement wynika, że centra danych w 2015 r. zużyły 377,7 TWh (niemal dwukrotnie więcej niż konsumpcja w całej Polsce), a oszacowania za rok 2016 to 401,7 TWh. Jedno średnie centrum danych zużywa energię elektryczną wystarczającą dla 26 tys. gospodarstw domowych w USA. Rocznie na rynek trafia 5,75 mln nowych serwerów, ale 10% z nich nie jest wykorzystywanych. Co więcej 30%, energii elektrycznej w centrach danych pochłania chłodzenie urządzeń, co wg ABB rocznie wymaga nakładów przekraczających 280 mln dol. Jak to zmienić? Pomaga projektowanie ośrodków uwzględniających przepływ powietrza, kontrolę prędkości obrotowej wentylatorów i poprawę sterowania centrami danych. Wtedy oszczędności sięgną nawet 25%. Dodatkowo serwerownie i centra danych mają dostęp do prądu zmiennego, ale urządzenia są zwykle zasilane prądem stałym. A to oznacza konieczność konwersji w kilku punktach infrastruktury i ok. 20% dostarczanej energii elektrycznej zostaje utraconej w wyniku tego procesu. Dostawy prądu stałego zniwelowałyby ten efekt. Takie możliwości już istnieją, ale oferta wciąż jest ograniczona. Co ciekawe, to właśnie sieci prądu stałego przyczyniły się w XIX w. do rozwoju elektroenergetyki, ale za sprawą m.in. Thomasa Edisona i ówczesnych ograniczeń technicznych przez dekady triumfował prąd zmienny. Oszczędności energii przynoszą także takie rozwiązania jak wirtualizacja i rosnąca efektywność energetyczna serwerów.
Jak oszczędzać energię?
Wszelkie dane dotyczące rozwoju cyfrowego dowodzą, że nawet największe tempo wprowadzania rozwiązań z sektora czystej energii i energooszczędnych nie pozwoli nadążyć za wzrostem zapotrzebowania na nowe technologie. Jednak już dziś liderzy rynku technologicznego zdołali pokazać, że można ograniczyć zużycie energii elektrycznej i innych jej form dzięki inwestycjom w instalacje OZE i nowym technologiom. Jak to wygląd w praktyce i jak ma być w przyszłości?
Do stosunkowo nowych pomysłów należy koncepcja tworzenia rozproszonych centrów danych w miarę tworzenia rozproszonej energetyki. W praktyce oznaczałoby to stawianie kilku serwerów w sąsiedztwie mikroinstalacji wiatrowych i słonecznych. Dzięki sieciom szerokopasmowym wielki zbiór takich instalacji działałby jak centrum danych. Byłby też znacznie bezpieczniejszy ? trudno szybko zniszczyć tak rozproszoną infrastrukturę.
Prostsze i już dostępne metody optymalizacji zużycia energii elektrycznej i jej efektywnego wykorzystania to m.in. zwiększanie efektywności działania serwerów poprzez lepsze sterowanie ich pracą, wirtualizacja zasobów i usług, ograniczająca konieczność posiadania własnej infrastruktury, zwiększenie efektywności transmisji danych w sieciach internetowych dzięki oprogramowaniu optymalizującemu przepływ danych czy wykorzystanie zasilania stałoprądowego, a także inteligentnego sterowania zapotrzebowaniem na energię elektryczną. Takich pomysłów jest coraz więcej. Google wykorzystuje sztuczną inteligencję, by obniżyć zapotrzebowanie na energię elektryczną w firmowych centrach danych o 15%. Ale nawet przy sukcesach tak wyrafinowanych rozwiązań zapotrzebowanie rośnie szybciej. Google wciąż zakłada, że osiągnie cel, czyli pokrycie całego zapotrzebowania na energię za źródeł odnawialnych dzięki zamówionym dostawom i własnym rozwiązaniom.
Inwestycje na rzecz czystej energii
Potentaci rynku ICT wspierają finansowo projekty służące rozwojowi segmentu czystej energii. Facebook i Microsoft wraz ze spółką venture capital Allotrope Partners zamierzają zapewnić finansowanie projektom OZE w Indonezji, Indiach i w Afryce Wschodniej. Wsparcie przeznaczono na mikrosieci i energetykę rozproszone. Grupa inwestorów, wśród których znajdują się Bill Gates i Jeff Bezos, planuje przeznaczyć miliard dolarów na inwestycje w czystą energię w ramach BEV (Breakthrough Energy Ventures). Inni inwestorzy tę to np. Richard Branson (firma Virgin), Jack Ma (były szef Alibaby), Dustin Moskovitz (współtwórca Facebooka) i Reid Hoffman (współzałożyciel LinkedIn).
W Polsce trudno o takich liderów, ale zarządcy krajowych centrów danych na najszybciej rosnącym rynku Europy Środkowo-Wschodniej, pilnie śledzą nowoczesne rozwiązania. Według danych firmy analitycznej Research PMR, 26 z 30 największych centrów danych korzysta z klimatyzacji precyzyjnej, a 70% największych centrów danych w Polsce stosuje free-cooling jako element systemu chłodzenia pomieszczeń serwerowych. Centra danych pracują w trybie ciągłym, a koszty energii elektrycznej zasilającej serwery i służącej do chłodzenia jest znaczący. Postęp technologiczny pozwala na montaż większej liczby urządzeń na mniejszej powierzchni, ale generuje większe koszty zasilania i chłodzenia, a to główne składowe kosztu utrzymania centrum przetwarzania danych. Podwyższenie efektywności energetycznej dzięki nowoczesnym rozwiązaniom prowadzi do oszczędności energii elektrycznej.
Wojciech Kwinta
Tab. 1. Udział segmentów sektora IT w konsumpcji energii elektrycznej (%)
|
Segment |
2012 |
2017 (prognoza) |
|
Urządzenia |
47 |
34 |
|
Sieci |
20 |
29 |
|
Centra danych |
15 |
21 |
|
Produkcja |
18 |
16 |
Źródło: Emerging Trends in Electricity Consumption for Consumer ICT, Peter Corcoran, Anders Andrae, 2013
Tab. 2. Udział czystej energii w konsumpcji wybranych firm technologicznych (%)
|
Firma |
Udział OZE |
|
Switch |
100 |
|
Apple |
83 |
|
|
67 |
|
|
56 |
|
HP |
50 |
|
Microsoft |
32 |
|
IBM |
29 |
|
Alibaba |
24 |
|
Amazon.com |
17 |
|
Samsung |
11 |
Źródło: Greenpeace, raport Clicking Clean 2017
Tab. 3. Udział segmentów sektora IT w konsumpcji energii elektrycznej (%)
|
Segment |
2012 |
2017 (prognoza) |
|
Urządzenia |
47 |
34 |
|
Sieci |
20 |
29 |
|
Centra danych |
15 |
21 |
|
Produkcja |
18 |
16 |
Źródło: Emerging Trends in Electricity Consumption for Consumer ICT, Peter Corcoran, Anders Andrae, 2013
Tab. 4. Wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną centrów danych i dostawy serwerów w USA (%)
|
Lata |
Zapotrzebowanie centrów danych |
Dostawy serwerów na rynek USA |
|
2000-2004 |
90 |
15 |
|
2005-2009 |
24 |
5 |
|
2010-2014 |
4 |
3 |
|
2014-2020 |
4 (prognoza) |
3 |
Źródło: United States Data Center Energy Usage Report 2016, Lawrence Berkeley National Laboratory
