Energy storage maakt datacenter goedkoper

Opslag van energie wordt steeds interessanter, zowel voor netbeheerders als datacenters en andere bedrijven. De techniek maakt het mogelijk om zonnepanelen in te zetten en het verbruik vlakker te houden. Voor woonwijken is dat nog niet lonend, maar winkel- en kantoorgebieden naderen het break-evenpoint - terwijl datacenters met opslag al geld kunnen verdienen.

Aan zonnepanelen geen gebrek in de wijk De Keen van de gemeente Etten-Leur. Hier zijn veertig woningen opgeleverd met volledig door zulke panelen bedekte daken. Netbeheerder Enexis vond De Keen daarom een ideale plek voor een experiment met opslag van elektrische energie. Het bedrijf liet er een ‘Smart Storage Unit’ bouwen met een flinke capaciteit (232 kWh) aan lithiumionbatterijen. Op de zonnige uren van de dag laden die zich op met stroom van de zonnepanelen op de huizen. Op momenten dat er veel vraag is, leveren ze de stroom terug aan alle 240 woningen in de wijk.

Toekomstverkenning

  • Cyrille Brisson van Eaton tijdens de lancering van GreenDataNet
  • Projectleider Robert de Groot, werkzaam bij de Innovatie-afdeling van Enexis en daarnaast onderzoeker aan de Technische Universiteit Eindhoven, legt uit dat het project voor Enexis een soort toekomstverkenning is. Naar verwachting zullen zon en wind ooit in een flink deel van de energievraag voorzien. Met hun sterk fluctuerende karakter kunnen die energievormen pieken veroorzaken die het elektriciteitsnet moeilijk kan verwerken. Daar komt waarschijnlijk een toename van de vraag bij door een sterke groei van het aantal elektrische auto’s. Het traditionele antwoord op grotere piekbelasting is verzwaring van het net: dikkere kabels, meer en zwaardere transformatoren. “Maar als de pieken sterk boven het gemiddelde uitkomen, is dat op een gegeven moment niet praktisch meer”, zegt De Groot. “Bovendien helpt netverzwaring ons niet aan een bestemming voor de zonne- en windenergie die wordt geproduceerd op momenten dat er weinig vraag is.”
  • Het project in De Keen, dat nog doorloopt tot het derde kwartaal van 2017, levert Enexis veel nuttige technische informatie op. “Maar voorlopig is de methode nog veel te duur voor algemene toepassing. Op dit moment kost opslag ons nog 7 tot 10 maal zo veel als netuitbreiding”, zegt De Groot. “Dat kan later wel anders worden. In een scenario waarin zon en wind voor tientallen procenten van de energieproductie gaan zorgen, neemt de onbalans in het net zo sterk toe dat opslag lonend kan zijn. Ook voorzie ik dat de overheid met financiële prikkels de markt gaat beïnvloeden om opslag te stimuleren. We praten nu over een ontwikkeling van enkele decennia.”

Voor datacenters

Energieopslag in woonwijken is dus nog niet rendabel, maar het kan dat al wel zijn binnen bedrijven, met name bij datacenters. Hun energiebehoefte is immers groot en fluctueert behoorlijk in de loop van een etmaal. Waarschijnlijk zouden veel datacenters baat hebben bij gebruik van zonnepanelen en batterijen, om een deel van hun eigen elektriciteit op te wekken en de afname van netstroom gelijkmatiger te maken (‘peak shaving'). Maar de praktische problemen bij het ontwerpen, installeren en integreren van zo’n systeem hebben de meeste eigenaren tot nu toe afgeschrikt. “De weinige datacenters in Europa die het wel hebben gedaan, hebben allemaal het wiel moeten uitvinden. Hun installatie is alleen voor het eigen bedrijf ontworpen, dus andere datacenters kunnen er niet op voortbouwen”, zegt Fabrice Roudet, in Zwitserland werkzaam als programmamanager Data Center Automation Solutions bij de afdeling Power Quality van power management-bedrijf Eaton.

Roudet is de drijvende kracht en coördinator van het GreenDataNet-project, dat met subsidie van de Europese Commissie technologie ontwikkelt om datacenters intelligenter en energie-efficiënter te maken. Eerder schreef DatacenterWorks al over dit project. “We willen het voor datacenters gemakkelijker maken om zonnepanelen en energieopslag in te zetten”, verklaart hij. “De doelstelling van het project is het ontwikkelen van een reeks technologieën waarmee datacenters in een stedelijke omgeving een verbruik van 80 procent duurzame energie kunnen bereiken en hun Power Usage Effectiveness (PUE) kunnen verlagen van de huidige 1,6 à 2 tot beneden 1,3. Daarvoor ontwikkelen we praktische tools: software waarin veel specialistische kennis is verwerkt, maar die net zo gemakkelijk en intuïtief in het gebruik moet zijn als een mobiele telefoon.”

Het driejarige project, dat 2,9 miljoen euro aan Europese steun ontvangt, wordt uitgevoerd door een consortium van fabrikanten en bedrijven (waaronder de Nederlandse datacenter-integrator ICTroom), onderzoeksinstellingen en gebruikers onder leiding van Eaton.

Integreren in omgeving

Roudet: “GreenDataNet sluit aan bij de tegenwoordige trend om datacenters te zien als deel van hun omgeving. Vroeger was een datacenter een soort black box, waar nu eenmaal een hoeveelheid energie in ging die het net maar had te leveren. Het verbruik is echter minder vlak geworden, terwijl netbeheerders juist steeds meer de stabiliteit van het net moeten bewaken. Ze stimuleren daarom met financiële prikkels een gelijkmatige consumptie. GreenDataNet wil datacenters dan ook helpen een zo laag en lineair mogelijk verbruik te bereiken.”

Onderzoekers ontwikkelen binnen het project zowel algoritmes voor interne optimalisering – de voeding en koeling van servers en racks – als voor optimalisering van het datacenter als onderdeel van het smart grid. Daarnaast doen ze, met autofabrikant Nissan als partner, onderzoek naar de meest geschikte batterijtechnologie. Roudet: “De batterijen moeten een of twee laadcycli per dag aankunnen, net als elektrische voertuigen. Snel laden en ontladen moet mogelijk zijn. Verder willen we het ruimtegebruik – vaak een beperkende factor bij eindgebruikers – minimaliseren.”

Welke tools zijn inmiddels op weg naar realisering? “Een van de eerste producten die we zullen uitbrengen, is een softwaresysteem voor monitoring van de door de racks verbruikte energie in combinatie met omgevingsvariabelen. Daarmee is de capaciteit van de racks vollediger te benutten en overdimensionering te voorkomen. Verder komt er binnenkort een interactieve kaart van Europa uit waarmee is te bepalen wat de beste plekken zijn om een datacenter te bouwen. De software combineert gegevens over de beschikbare zonne- en windenergie met de mogelijkheden voor koeling en de gemiddelde plaatselijke kosten van elektriciteit. Het wordt een open source tool, die eindgebruikers kunnen aanpassen door hun eigen criteria en wegingsfactoren toe te voegen.”

GreenDataNet, besluit Roudet, voert momenteel gesprekken over demonstratieprojecten met eindgebruikers.

Rendabel

Terwijl het voor energieopslag in woonwijken nog te vroeg is, kan de techniek dus zeker al rendabel zijn voor datacenters. Ook voor winkel- en kantoorgebieden begint energieopslag financieel aantrekkelijk te worden. Zonnepanelen spelen hier in principe geen rol, het gaat alleen om peak shaving. “De netbeheerder zorgt ervoor dat ’s nachts batterijen worden opgeladen met netstroom. Overdag kunnen de batterijen dan bijspringen tijdens consumptiepieken”, verklaart Janne Paananen, in Finland werkzaam als Technology Manager bij de Large Systems Group van Eaton.

Een oude bekende uit de wereld van datacenters blijkt voor dat doel heel geschikt: de UPS oftewel Uninterruptible Power Supply. Dat apparaat is ontworpen om een korte periode van netuitval te overbruggen en om daarnaast kleinere onregelmatigheden in de stroomleverantie glad te strijken. “De UPS is echter net zo goed geschikt voor energiebuffering”, stelt Paananen. “De batterijen worden dan alleen meer structureel belast.”

Het gebruik van een UPS heeft volgens Paananen naast het wegwerken van pieken nog extra voordelen. “De UPS heeft zich de laatste jaren sterk ontwikkeld en heeft een krachtige stabiliserende werking. In twee richtingen: zowel de consument als het net worden tegen allerlei onregelmatigheden beschermd.”

Financiële vergelijking

Toen de kabels in de Grotestraat in Almelo – een winkelstraat – overbelast begonnen te raken, overwoog Cogas Netbeheer dan ook om op die plaats UPS-technologie van Eaton in te zetten. Tjeerd Oenema, adviseur Asset Management bij Cogas, maakte samen met trainee Klaas Bootsma een financiële vergelijking. ‘Gerekend per jaar bleken de kosten een tot twee maal die van netverzwaring, afhankelijk van het gebruikte type batterijen in de UPS’, zegt hij. Dat is al dicht bij het break-evenpoint. Een volgende keer zou de UPS zomaar als goedkoopste uit de bus kunnen komen, mede doordat de prijs van batterijen blijft dalen. In Almelo ging uiteindelijk noch de aanschaf van een UPS-systeem, noch de netverzwaring door. Oenema: “Er bleek een eenvoudiger oplossing mogelijk door kabels te splitsen en ze deels vanuit een andere richting te voeden. Maar Cogas wil de UPS-methode nog steeds graag testen. Er staat voor dit jaar een proefproject met Eaton gepland.”

Datacenters en netbeheerders die aan energieopslag gaan doen, zullen in de toekomst waarschijnlijk van elkaars ervaringen leren. Datacenters zullen daar financieel wel bij varen, terwijl ze intussen een stimulerende rol kunnen claimen in de ontwikkeling van duurzame energie. Het speelveld wordt mede bepaald door maatschappelijke bewegingen die zich nog aan het uitkristalliseren zijn. De Groot van Enexis: “Er zijn al startende handelsbedrijven die onderzoeken of ze winst kunnen maken door energie tijdens daluren goedkoop af te nemen en tijdens piekuren tegen een hogere prijs te verkopen. Misschien wordt dat wel de doorbraak van opslag.”

Timo Können is journalist