Consortium start onderzoek naar smartgrids en datacenters

De Europese Commissie heeft een subsidie van 2,9 miljoen euro toegekend aan het GreenDataNet-consortium. Deze groep bestaat uit Eaton, ICTroom, CEA, EPFL, Credit Suisse, de Universiteit van Trento en opmerkelijk genoeg Nissan. De deelnemers ontwikkelen technologie waarmee datacenters via een smart grid gekoppeld kunnen worden aan lokale opwekking op basis van zonne- en windenergie, systemen voor energieopslag en aan traditionele energienetwerken.

GreenDataNet richt zich op wat de deelnemers noemen ‘urban datacenters’. Cyrille Brisson, vice president van de Power Quality-divisie van Eaton in Europa en een van de trekkers van het project, geeft aan dat die aanduiding vooral bedoeld is om onderscheid te kunnen aanbrengen met de mega-datacenters die de banken op Wall Street kennen. “Het gaat om datacenters van een omvang zoals we die in Europa veel tegenkomen.”

Onderzoeksinstelling

De samenstelling van het consortium is zeer divers. Voor Eaton is het onderwerp uiteraard een kernactiviteit. Daarnaast doet Credit Suisse mee. Karl Aberer, vice president Information Systems van deze Zwitserse bank, toonde zich tijdens een event in Lausanne waar het consortium werd gelanceerd, een warm voorstander van Green IT-projecten. “Indien goed ingevoerd, biedt Green IT grote voordelen. Het vergroot namelijk de - wat ik maar even zal noemen - ‘compute power’ in het datacenter zonder dat hiervoor meer elektrische energie nodig is.”

Doelstelling van GreenDataNet

De technologie die de Zwitserse bank hiervoor gebruikt, is regelmatig afkomstig van de samenwerkingen die het heeft opgezet met universiteiten en onderzoeksinstellingen als de Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Dit is een onderzoeksinstelling dat bij de top van de wereld behoort. Hier wordt onder andere research gedaan naar nieuwe koelmethoden voor datacenters. Denk aan inmiddels werkende prototypes van koelopstellingen die géén elektrische energie vereisen. De onderzoekers richten zich bovendien niet alleen op racks en computerzalen, maar bijvoorbeeld ook op koeling van chips en IT-apparatuur via niet-geleidende vloeistoffen. EPFL werkt bij dit onderzoek onder andere samen met IBM, maar heeft inmiddels ook banden met grote internet-spelers als Google en Facebook die steeds vaker eigen technologie ontwikkelen voor zowel hun IT-apparatuur als hun vele datacenters.

Een andere deelnemer is CEA. Dit is een Franse onderzoeksinstelling op het gebied van nucleaire en alternatieve vormen van energie-opwekking. Deze partij richt zich onder andere op de manier waarop het vaak zeer grillige verloop van de opwekking van energie bij gebruik van alternatieve opwekkingsmethoden kan worden opgevangen en beheerd. Daarbij kijkt men onder andere naar efficiënte methoden voor energie-opslag waarmee een buffer kan worden gecreëerd.

De Universiteit van Trento heeft daarnaast de afgelopen jaren veel vooruitgang geboekt bij het ontwikkelen van tools voor het analyseren van de grote hoeveelheden data die beschikbaar komen bij metingen aan energiesystemen in onder andere datacenters.

Rol ICTroom

Eric Taen van ICTroom: “Wij zijn reeds met een aantal klanten in gesprek over bijvoorbeeld het gebruikmaken van alternatieve vormen van energieopwekking, energieopslag, het hergebruik van de warmte en het opnemen van datacenters in een smart grid.”

“Onze rol binnen GreenDataNet is tweeledig”, zegt Eric Taen van ICTroom in een toelichting. “Aan de ene kant hebben wij natuurlijk veel ervaring met het ontwerpen, bouwen en beheren van groene datacenters en computerruimtes. Wij brengen dus veel kennis van de dagelijkse praktijk in. Bovendien wil het consortium de ontwikkelde technologie ook in de praktijk kunnen testen. Wij zijn reeds met een aantal klanten in gesprek over bijvoorbeeld het gebruikmaken van alternatieve vormen van energieopwekking, energieopslag, het hergebruik van de warmte en het opnemen van datacenters in een smart grid.”

Een opvallende deelnemer aan het consortium is autofabrikant Nissan. “Wij zijn met de Nissan Leaf personenauto en de Nissan eNV200 bestelauto een grote aanbieder van elektrische voertuigen”, vertelde director Corporate Planning en Electric Vehicle Program bij Nissan EMEA Redmer van der Meer in Zwitserland. “Nemen we ook de verkopen van onze zusterfirma Renault mee, dan hebben we samen bijna de helft van de wereldwijde markt voor eVehicles in handen. In Europa hebben we inmiddels ruim 65.000 elektrische auto’s verkocht.”

Deze voertuigen maken gebruik van speciaal ontwikkelde lithium-ion batterijen. Deze kennen een levensduur van circa vijf jaar. Althans, wanneer deze batterijen in auto’s worden gebruikt. “Daarna zijn deze batterijen echter nog uitstekend te gebruiken voor andere toepassingen, zoals het opslaan van energie”, zegt Van der Meer. “We kunnen dus na afloop van hun levensduur in auto’s deze batterijen recyclen, maar we kunnen natuurlijk ook kijken of we deze batterij-packs voor gebruik in bijvoorbeeld datacenters kunnen toepassen. Wij noemen dit de Nissan Battery 2nd Life Strategy.”

Aanpak

Cyrille Brisson van Eaton: “Met de grote investeringen die Europa de komende jaren doet in alternatieve energiebronnen neemt de behoefte aan smart grids en systemen voor energieopslag sterk toe, ook in datacenters.”

“Europa investeert de komende jaren fenomenale bedragen in het verder uitbreiden en moderniseren van zijn energieopwekking. Bedragen in de orde van grootte van 1.000 miljard euro en meer. Daarbij komt veel nadruk te liggen op lokale opwekking via zonnecellen, windmolens en dergelijke”, vertelt Brisson. “Die keuze heeft echter ingrijpende gevolgen. Zo zitten we straks met een grote ‘mismatch’ tussen vraag en aanbod. De opwekking zal afhankelijk van de klimatologische omstandigheden grillig verlopen en zeker niet goed aansluiten op de vraag. Bovendien zal de opwekking vaak aan de randen van Europa plaatsvinden en dat is niet altijd de plaats waar de energie nodig is. Daar moeten we dus iets mee doen in de vorm van energieopslag en het integreren van de ‘renewable’ vormen van energieopwekking met meer klassieke energiecentrales.”

De oplossing zoekt het consortium in het met elkaar integreren van de energiesystemen van datacenters met hun omgeving. “Denk aan een bedrijventerrein waarop zich naast een of meer datacenters ook een aantal andere bedrijven bevinden. Bijvoorbeeld een ziekenhuis, een aantal kantoorgebouwen of een winkelcentrum. Al deze organisaties werken nu los van elkaar aan hun energievoorziening en het zeker stellen daarvan. Wij ontwikkelen technologie waarbij we al dit soort systemen aan elkaar kunnen koppelen, zodat alle deelnemers gebruik kunnen maken van een gemeenschappelijk energiesysteem - zeg maar een smart grid.”

Brisson is zich terdege bewust dat het volledig delen van bijvoorbeeld UPS-systemen of back-up generatoren voorlopig nog een of meer stappen te ver gaat. “Daar zijn we technisch nog maar nauwelijks toe in staat, maar een groter punt hier is de vraag of de verantwoordelijke IT-managers en datacenter managers daar mentaal wel klaar voor zijn. Tot nu toe willen zij volledig grip hebben op zaken als back-up power en dat zie ik niet van vandaag op morgen veranderen. Dat heeft natuurlijk alles te maken met risicobeheer en het gebrek aan ervaring met gedeelde energie-installaties. Maar naarmate we meer met smart grids gaan werken, zie ik die houding op termijn zeker veranderen. Het is vooral een kwestie van uitstekende technologie ontwikkelen, goede managementsoftware bouwen en in de praktijk laten zien dat het prima werkt.”

Big Data

Niet alleen - zeg maar - mentaal zal nog het een en andere tot stand gebracht moeten worden. Het concept van een gedeelde energieopwekking en energiezekerheid is redelijk snel uitgelegd, maar de technologie die hiervoor nodig is, is zeer complex. “Alleen al het verzamelen en vastleggen van alle data die nodig is om tot een goed beheer van de energievoorziening te komen is een enorme uitdaging”, zegt Babak Falsafi, de Amerikaanse directeur van het Zwitserse EPFL-onderzoeksinstituut.

“In feite is dit een groot Big Data-project, waarbij niet alleen zeer grote hoeveelheden data vastgelegd dienen te worden, maar waarbij ook de analyse van al die gegevens nog voor heel wat technische hoofdbrekens zorgt.” Daarom brengt EPFL voor het GreenDataNet-project ook technologie in die het ontwikkeld heeft in het kader van het zogenaamde EcoCloud-researchproject. Hieronder valt een groot aantal onderzoekstrajecten waaronder werk aan zeer gespecialiseerde database-technieken. Falsafi: “Je krijgt bij smart grid-projecten zoveel data te verwerken, dat de bekende commerciële databases dit helemaal niet aankunnen. Wij hebben database-technologie ontwikkeld die in staat is extreem grote hoeveelheden data vast te leggen en zeer snel te analyseren, zodat je direct kunt reageren op veranderingen in het net.”

Draadloos meten

Martino Ruggiero bij een proefopstelling van het door EPFL ontwikkelde systeem voor het voedingsloos meten van de energieafname van elektrische apparaten.

Dit soort research-trajecten laten bovendien direct zien hoe incompleet het beheer van datacenters momenteel nog is. Neem het meten van het energiegebruik, vertelt onderzoeker Martino Ruggiero van EPFL. “Via onder andere PDU’s wordt weliswaar gemeten hoeveel elektrische energie de aangesloten apparaten gebruiken, maar er staat zeer veel apparatuur in een datacenter dat niet via een PDU wordt gevoed en dus veelal ook niet wordt gemonitord. Dat varieert van een losse airco in een vergaderzaal in het datacenter tot kopieermachines, losse computers, meetapparatuur, maar ook veel kantoorapparatuur. Daarom hebben wij een meetsysteem ontwikkeld dat niet alleen zeer flexibel is, maar dat bovendien geen externe voeding vereist. Het gaat om een sensor die gekoppeld is aan een draadloze zender/ontvanger. Deze ‘nodes’ kunnen over iedere willekeurige voedingskabel worden geklikt en meten vervolgens de daadwerkelijk via die kabel aan de aangesloten apparaten geleverde energie. De nodes hebben geen eigen voeding nodig, want zij ‘oogsten’ dit zelf uit de kabel. Afhankelijk van de eisen die aan de omgeving worden gesteld, kunnen we instellen hoe vaak gemeten wordt.”

“We hebben een opstelling staan bij een datacenter van Credit Suisse in Zürich en daar meten we één maal per minuut. De meetwaarden worden via een push-mechanisme naar een werkstation verstuurd. Op deze computer draait door ons zelf ontwikkelde monitoring-software. Deze data kan vervolgens weer in een DCIM-pakket worden opgenomen. Samen met de Universiteit van Trento in Italië ontwikkelen we momenteel software voor het analyseren van deze data, zodat we bijvoorbeeld op basis van historische gegevens ook voorspellingen kunnen doen over het toekomstig energiegebruik van de apparatuur die wij monitoren. De testopstelling bij Credit Suisse meet momenteel zowel racks als los opgestelde apparatuur.”

De batterijen van Nissan spelen in het onderzoekstraject van GreenDataNet een prominente rol bij de opslag van energie. Van der Meer van Nissan zegt: “Daar hebben we reeds ervaring mee opgedaan via het zogeheten Leaf2Home-project. Daarbij koppelen we de batterij in de auto aan het elektriciteitsnetwerk van de woning van de eigenaar. Zo kan dit net de batterij van de auto opladen, maar kan omgekeerd de auto een tijdlang het huis van energie voorzien. Zeker na de tsunami in Japan is deze manier van werken populair geworden. De elektronica en andere systemen die hiervoor nodig zijn, hebben we zelf ontwikkeld en wordt in Japan inmiddels verkocht. Ook dat is kennis die wij graag inbrengen in GreenDataNet.”

Een vraag die volgens Brisson van Eaton vooralsnog buiten de doelstelling van GreenDataNet valt is: hoe gaan we straks in het datacenter om met energieopslag? Wordt dat een investering van het datacenter zelf? Neemt een energieleverancier als Nuon dat voor zijn rekening? Of stappen partijen als Eaton in deze markt door systemen voor energieopslag niet alleen te ontwikkelen en te verkopen, maar wellicht ook als een service aan te bieden? Brisson: “Dat is een interessante vraag, waar ik nu nog geen antwoord op kan geven. Dit zijn echter punten waarvan ik wel verwacht dat we deze gedurende het onderzoekstraject zeker zullen gaan tegenkomen.”

Robbert Hoeffnagel