Baterías de centros de datos de Microsoft para respaldar el crecimiento de las energías renovables en la red eléctrica

Cerca de 400 parques eólicos en Irlanda generan hoy colectivamente más del 35% de la electricidad de la isla. Estos electrones libres de carbono viajan en líneas de transmisión de energía a granjas, empresas y hogares, ayudando a las empresas de servicios públicos a evitar las emisiones de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero al quemar combustibles fósiles para generar electricidad.

Como en todo el mundo, la intensidad del viento en Irlanda fluctúa a lo largo del día y de las estaciones, lo que provoca una producción de energía variable. A medida que aumenta el suministro de energía renovable, se crea un problema creciente para los operadores de la red eléctrica. Eso es porque solo necesitan poner la cantidad exacta de energía que los usuarios están extrayendo. Ni mas ni menos.

Los bancos de baterías de iones de litio en un centro de datos de Microsoft en Dublín serán parte de la solución a este problema a finales de este año.

Estas baterías, que generalmente brindan energía de respaldo para el centro de datos en caso de emergencia, han sido certificadas, probadas y aprobadas para conectarse a la red de una manera que ayuda a los operadores de la red a brindar un servicio ininterrumpido cuando la demanda excede el suministro generado en otra parte de la red por el viento. , solar y otras fuentes.

Brindar este servicio de red "es una forma de desbloquear el valor del centro de datos", dijo Nur Bernhardt, gerente senior de programas de energía en Microsoft.

Los operadores de redes eléctricas de todo el mundo suelen confiar en el funcionamiento de centrales eléctricas alimentadas con carbón y gas natural para mantener lo que se denomina reserva giratoria, o capacidad excedente, que puede responder rápidamente para proporcionar servicios de red.

La capacidad de usar las baterías del centro de datos para brindar estos servicios reduce la necesidad de mantener una reserva rotativa en las centrales eléctricas, lo que reduce las emisiones de carbono del sector eléctrico, explicó Bernhardt.

Las baterías son parte de lo que se llama la fuente de alimentación ininterrumpida, o UPS, para el centro de datos. El UPS en el centro de datos de Microsoft en Dublín incluye una nueva tecnología que permite la interacción en tiempo real con la red eléctrica.

Si los sistemas UPS interactivos en la red reemplazan los servicios de red que actualmente brindan las plantas de energía de combustibles fósiles en Irlanda e Irlanda del Norte, se podrían evitar alrededor de dos millones de toneladas métricas de emisiones de dióxido de carbono en 2025, según Baringa, una firma de asesoría energética que Microsoft encargó a analizar el impacto potencial de la tecnología.

"Esto definitivamente está moviendo el dial de las emisiones a nivel nacional", dijo Mark Turner, socio en la práctica de energía de Baringa que ayudó a realizar el análisis.

Dos millones de toneladas métricas de emisiones de dióxido de carbono es aproximadamente una quinta parte de las emisiones totales esperadas en toda la isla de Irlanda del sector eléctrico en 2025, explicó.

Además, al confiar en la tecnología UPS interactiva con la red para los servicios de la red, los consumidores finales de Irlanda ahorrarían decenas de millones de dólares en combustible y otros costos necesarios para mantener la reserva giratoria en las centrales eléctricas de carbón y gas natural.

"La tercera victoria es que reduce la cantidad que tiene para rechazar las energías renovables", dijo Turner. "Eso se debe a que si enciende las centrales eléctricas a gas para brindar este servicio, debe apagar algo más. A menudo, se trata de energías renovables. Si proporciona esto con UPS, ya no tiene que hacerlo".

John Byrne (derecha), jefe de operaciones de Enel X Reino Unido e Irlanda, y Michal Frąckowiak, ingeniero de operaciones de campo de Enel X Reino Unido e Irlanda, examinan datos en pantallas de computadoras durante una prueba del sistema del UPS interactivo con la red dentro de un centro de datos de Microsoft en Dublín. , Irlanda. Foto de Naoise Culhane.

Las personas que administran centros de datos a menudo hablan de los "cinco nueves" de la confiabilidad, que es una abreviatura de la promesa a los clientes de que el centro de datos está en línea el 99,999 % del tiempo. Para hacer eso, los operadores del centro de datos dependen en parte de las baterías de los UPS para que se activen en el momento en que ocurra un corte de energía y proporcionen energía a los servidores mientras los generadores de respaldo están encendidos.

El propósito principal del sistema UPS es proporcionar acondicionamiento de energía para los servidores. El sistema UPS está siempre encendido, brindando protección a los servidores. En 2017, Microsoft comenzó a explorar el potencial para aprovechar estos activos.

"El concepto era usar el UPS, que brinda protección continua, cambiar el controlador en el UPS y proporcionar servicios de regreso a la red", dijo Ehsan Nasr, un investigador de diseño senior que trabaja en el grupo de desarrollo avanzado del centro de datos de Microsoft.

La frecuencia de la red se vuelve más volátil a medida que aumenta el suministro de energía renovable variable en la red, señaló Christian Belady, distinguido ingeniero y vicepresidente del grupo de desarrollo avanzado del centro de datos de Microsoft.

Este aumento de la volatilidad, a su vez, aumenta el valor de activos como las baterías que pueden ayudar a mantener el equilibrio entre la oferta y la demanda, explicó.

"Tenemos este activo de batería en el centro de datos que está ahí", dijo Belady. "¿Por qué no lo ofrecemos a la red y encontramos una forma dinámica de administrarlo como un activo de doble propósito y, por lo tanto, impulsar una mayor eficiencia y utilización de activos? Eso es lo que impulsó esta situación en la que todos ganan".

Con ese fin, su equipo se asoció con la empresa de administración de energía inteligente, Eaton, para desarrollar y probar un UPS interactivo con la red. Realizaron experimentos de prueba de concepto en 2020 en un centro de datos de Microsoft en Chicago y continuaron perfeccionando la tecnología en el centro de datos de Microsoft en Quincy, Washington.

"Nos estamos asegurando de poder brindar la funcionalidad exacta del UPS y, al mismo tiempo, brindar servicios auxiliares a la red con una comunicación segura entre el centro de datos y la empresa de servicios públicos", dijo Nasr.

Christian Belady, distinguido ingeniero y vicepresidente del grupo de desarrollo avanzado de centros de datos de Microsoft, junto a un tanque de enfriamiento de inmersión de dos fases en un centro de datos de Microsoft. Foto de Gene Twedt para Microsoft.

Con la tecnología UPS interactiva en la red demostrada como un proveedor viable de servicios de red, el siguiente paso fue encontrar un mercado con un caso de negocios para la implementación, dijo Mycah Gambrell-Ermak, gerente principal de programas en Microsoft que trabajó en este proyecto y es ahora en el equipo de estrategia de la cadena de suministro.

Microsoft encontró una oportunidad en Irlanda, donde las energías renovables variables ya representan más del 35 % de la electricidad de la isla y se espera que esa cifra crezca hasta el 80 % para 2030. Este nivel de producción de energía variable requiere servicios de estabilización de la red que suelen proporcionar los combustibles fósiles. plantas de energía.

"En áreas donde los municipios o las empresas de servicios públicos están tratando de alejarse de las soluciones basadas en combustibles fósiles, si hay una caída en las reservas renovables, lo que podemos hacer como empresa es tomar nuestra gran cantidad de carga y podemos reducir nuestra carga poniendo nuestra propias baterías para usar", dijo Gambrell-Ermak.

EirGrid, el operador del sistema de transmisión en Irlanda, gestiona un mercado de servicios de red que prioriza las soluciones que no emiten carbono. Microsoft participa en este mercado a través de Enel X, un proveedor de servicios y soluciones de energía que agrega consumidores de energía industriales y comerciales en centrales eléctricas virtuales.

"Las empresas de servicios públicos, a través de agregadores, pueden darnos una señal que nos dice que descarguemos nuestras baterías para compensar nuestra carga, lo que luego elimina la carga de la red", explicó Gambrell-Ermak.

John Byrne, jefe de operaciones de Enel X Reino Unido e Irlanda, realiza una prueba del sistema en el UPS interactivo con la red dentro de un centro de datos de Microsoft en Dublín, Irlanda. Foto de Naoise Culhane.

El mercado de servicios de red de EirGrid es un modelo de cómo las tecnologías, como los sistemas UPS interactivos con la red en los centros de datos y otras instalaciones industriales, pueden ayudar a descarbonizar las redes eléctricas de todo el mundo, según Paul Troughton, director senior de asuntos regulatorios de Enel X.

"A menudo pienso en Irlanda como una visión del futuro de cómo serán las redes de otros sistemas", dijo.

A medida que otros países hagan la transición hacia una mayor dependencia de las energías renovables, se encontrarán con una situación similar.

“A medida que agregue energías renovables, sus plantas convencionales se retirarán y no podrá recurrir a ellas para que brinden los servicios que tradicionalmente brindarían”, dijo Troughton. "Tienes que hacer algo para mejorar la gestión de la frecuencia".

Microsoft está explorando oportunidades para proporcionar servicios de estabilización de la red con tecnología UPS interactiva con la red en sus centros de datos en todo el mundo para acelerar aún más el progreso hacia la descarbonización de la red, dijo Bernhardt.

La iniciativa UPS interactiva con la red es parte del compromiso de la compañía de ser carbono negativo para 2030, que también incluye experimentos en centros de datos con refrigeración por inmersión líquida para servidores, celdas de combustible de hidrógeno para la generación de energía de respaldo, junto con cambios en la operación para aumentar la eficiencia y el diseño. como soluciones de placas frías de alta densidad.

"La visión a largo plazo es convertir los activos del centro de datos en algo que pueda brindar un beneficio social fuera de nuestras propias operaciones", dijo Bernhardt.

El mercado de servicios de red de EirGrid, explicó, brinda una oportunidad para que empresas como Microsoft implementen soluciones que aborden las preocupaciones de confiabilidad de la red asociadas con el crecimiento de las energías renovables.

"Aún podemos mantener nuestros requisitos en torno a la confiabilidad para nuestros clientes, pero al mismo tiempo utilizar nuestra infraestructura para brindar confiabilidad a la red, así como reducir las emisiones de CO2 y reducir los costos para todos los consumidores de energía".

John Roach escribe sobre la investigación y la innovación de Microsoft. Síguelo en Twitter.

Imagen de portada: Imagen de portada: Casi 400 parques eólicos en Irlanda generan más del 35 % de la electricidad de la isla. El sistema UPS interactivo con la red de Microsoft ayuda a equilibrar la red de energía eléctrica en momentos en que la demanda supera el suministro disponible de fuentes eólicas y de otro tipo. Foto de Paul Briden, Adobe Stock.