Rolls-Royce Power Systems: data center verso le zero emissioni

Il mercato dei data center è in piena espansione in tutto il mondo. Secondo i risultati di uno studio del Borderstep Institute, il consumo di energia dei data center nella sola UE è stato di 76,8 TWh nel 2018. Le stime mostrano un aumento del 28% a 98,52 TWh entro il 2030. Sulla strada per la neutralità climatica, questa elettricità deve anche essere generate in modo “green”. Che ruolo giocano i generatori diesel in questo? E le fuel cell? Gli esperti di energia Tobias Bertler (Senior Manager Direct Sales & Business Development APAC), Ryan Murphy (Sales Lead for Data Center Solutions in Nord America) e Dario Schilling (Senior Manager Direct Sales for Mission Critical Backup Solutions) di Rolls-Royce Power Systems forniscono un’interessante panoramica sull’argomento.

Quanto sono preoccupati per la sostenibilità gli operatori dei data center quando si parla di energia per il backup?

Tobias Bertler: Gli operatori di data center sono molto interessati a soluzioni di alimentazione di backup sostenibili. Ciò è in parte dovuto al fatto che l’intero mercato dei data center è dominato dalle grandi aziende di tecnologia, che sono davvero sotto gli occhi del pubblico e sentono la responsabilità sociale di ridurre la propria impronta di carbonio. Ciò ha anche portato in primo piano i sistemi di alimentazione di emergenza dei data center. Sebbene abbiano solo poche ore di funzionamento, per questi data center mission-critical vengono costruite capacità gigantesche con una potenza disponibile molto elevata.

C’è ancora una grande richiesta di gruppi elettrogeni diesel da parte degli operatori di data center?

Tobias Bertler: Decisamente. Oggi ogni data center mission-critical dispone di sistemi di alimentazione di backup integrati che in genere funzionano a gasolio. Rolls-Royce Power Systems ha fornito nel corso degli anni una capacità totale di circa 5 GWe di alimentazione di emergenza nel business globale dei data center. L’eccezionale situazione causata dalla pandemia di Covid-19 negli ultimi anni ha dimostrato ancora una volta quanto sia importante garantire un’alimentazione ininterrotta per infrastrutture sensibili e critiche come il traffico Internet continuo globale. Ciò è stato dimostrato anche nel nostro settore dei sistemi di alimentazione di emergenza diesel. Abbiamo inoltre ampliato ulteriormente la nostra gamma di sistemi di alimentazione per applicazioni mission-critical con l’acquisizione di Kinolt come azienda leader per i sistemi Ups dinamici. I gruppi elettrogeni diesel attualmente offrono la massima sicurezza e le caratteristiche tecniche più coerenti per i sistemi energetici mission-critical.

Come si riducono le emissioni dei generatori diesel?

Tobias Bertler: Abbiamo diversi modi per ridurre le emissioni dei gruppi elettrogeni diesel: continuiamo a lavorare per ridurre le emissioni di scarico attraverso misure interne al motore e offriamo sistemi di post-trattamento dei gas di scarico. Forniamo soluzioni diverse, flessibili e specifiche per progetto per un mercato molto eterogeneo, dove esistono direttive e legislazioni diverse a seconda della regione.

Cosa può dirci del mercato nordamericano dei data center?

Ryan Murphy: Il mercato dei data center nordamericani continua a crescere in modo esponenziale, oltre il 35% (tasso di crescita annuale composto), e si prevede che supererà i 90 miliardi di dollari entro il 2027. Questa crescita è guidata dal predominio dei clienti di data center iperscalabili sia attraverso la propria costruzione che accordi di locazione record con fornitori condivisi. C’è stato un consolidamento nel mercato poiché i player sembrano diventare più grandi e sofisticati. Questi clienti non solo richiedono una maggiore qualità e affidabilità nei loro prodotti, ma anche soluzioni più ecologiche come carburante Hvo, post-trattamento dei gas di scarico, accumulo di energia della batteria e idrogeno.

Come si sta sviluppando il mercato europeo dei data center in termini di crescita economica e sostenibilità?

Dario Schilling: I nostri mercati europei continuano a vedere uno sviluppo dinamico in termini di crescita percentuale a doppia cifra e domanda di nuove soluzioni energetiche sostenibili. La maggiore digitalizzazione nella nostra vita e la domanda amplificata di dati in connessione con la più recente tecnologia 5G continueranno a plasmare i requisiti generali per le nuove capacità dei data center. Ulteriori normative governative e considerazioni per un’alimentazione più sostenibile continuano a influenzare lo sviluppo tecnologico a breve termine della nostra solida soluzione di alimentazione di backup diesel e per un passaggio a lungo termine ad altre possibili soluzioni come i nostri generatori di gas, celle a combustibile a idrogeno e reti intelligenti di energia su piccola scala. La sfida chiave per noi è soddisfare sia i requisiti per una rapida implementazione della futura capacità del data center sia lavorare sul passaggio tecnologico verso soluzioni più sostenibili.

Quali alternative per l’alimentazione di backup per i data center vedete sulla strada per la neutralità climatica?

Tobias Bertler: Consideriamo importante espandere le energie rinnovabili e le tecnologie Power-to-X, rendere disponibili combustibili alternativi, preparare i motori a combustione per i combustibili alternativi e sviluppare sistemi alternativi di energia e propulsione. Vediamo un grande potenziale nell’idrogeno come combustibile. Incoraggianti anche le numerose iniziative di vari paesi per ampliare ulteriormente le infrastrutture.

Quali soluzioni sostenibili porterà sul mercato Rolls-Royce Power Systems?

Ryan Murphy: Rolls-Royce Power Systems sta compiendo passi concreti verso soluzioni a impatto climatico zero con il proprio programma di sostenibilità “Net Zero at Power Systems”, con il quale la business unit si è posta l’obiettivo di risparmiare il 35% delle emissioni di gas serra entro il 2030 rispetto al 2019 utilizzando le nuove tecnologie. Questo obiettivo a breve termine gioca un ruolo importante nell’ambizione del Gruppo Rolls-Royce di raggiungere la carbon neutrality entro il 2050 al più tardi. Oltre alle nuove tecnologie, un elemento chiave per raggiungere questi obiettivi è il lancio di motori a combustione mtu in grado di funzionare con combustibili sostenibili EN 15940 come e-diesel e biocarburanti di seconda generazione già nel 2023. Stiamo ulteriormente sviluppando il nostro portafoglio di motori mtu a gas per la generazione di energia e la cogenerazione per funzionare a idrogeno e quindi consentire una fornitura di energia climaticamente neutra. Già oggi, i gruppi elettrogeni alimentati da motori a gas mtu Serie 500 e Serie 4000 possono funzionare con una miscela di gas del 10% di idrogeno. Già nel corso del 2022 sarà possibile operare con un contenuto di idrogeno del 25%. Dopo test intensivi su banchi di prova e installazioni pilota presso i clienti nel 2022, Rolls-Royce commercializzerà continuamente nuovi motori a gas mtu Serie 500 e Serie 4000 a partire dal 2023 per l’uso con fino al 100% di idrogeno e kit di conversione “design to order” per consentire ai motori a gas già installati sul campo di funzionare con il 100% di idrogeno. Rolls-Royce svilupperà soluzioni complete di celle a combustibile a idrogeno mtu basate sui moduli di celle a combustibile di cellcentric che non emettono nient’altro che vapore acqueo. Ciò consentirà la generazione di energia di emergenza senza CO₂ e climaticamente neutra per i data center e molte altre applicazioni mission-critical. Abbiamo commissionato un dimostratore di celle a combustibile nel 2021 e prevediamo di portare in linea un ulteriore impianto dimostrativo nella gamma dei megawatt nel 2022. I primi impianti pilota con clienti saranno installati nel 2023, con Rolls-Royce che lancerà sistemi di celle a combustibile di produzione standard nel 2025.

In che modo le celle a combustibile possono essere utilizzate per i data center?

Ryan Murphy: Argomenti forti per l’utilizzo e la promozione della tecnologia delle celle a combustibile per i data center sono l’elevata affidabilità, la scalabilità e la capacità di ridurre a zero le emissioni di gas inquinanti e dannose per il clima. Con il loro design modulare, i sistemi a celle a combustibile sono facilmente adattabili per adeguare la produzione alla domanda, e anche i loro bassi requisiti di manutenzione e i bassi costi di esercizio li rendono attraenti. Il vantaggio più grande si ha quando il combustibile utilizzato è idrogeno prodotto in modo rigenerativo perché consente di ridurre a zero le emissioni di gas inquinanti e dannosi per il clima. I sistemi a celle a combustibile possono anche essere facilmente integrati in un secondo momento e crescere di pari passo con l’espansione di un data center. Ciò rende i sistemi a celle a combustibile un investimento a lungo termine e a prova di futuro. Le celle a combustibile possono svolgere un ruolo centrale per i data center privi di CO₂. In futuro, i requisiti energetici di base di un data center potrebbero essere coperti da impianti solari ed eolici anziché dalla rete elettrica pubblica, come è avvenuto fino ad oggi. Se è disponibile una quantità sufficiente di elettricità “verde”, l’idrogeno può essere prodotto dall’acqua mediante elettrolisi e immagazzinato in loco. Inoltre, la domanda di idrogeno può essere coperta da una rete di approvvigionamento che sarà disponibile in futuro e utilizzata per far funzionare la cella a combustibile: si occuperebbe immediatamente della fornitura del data center per la manutenzione dell’infrastruttura in caso di interruzione di corrente.

L’uso di combustibili sintetici è approvato secondo la norma EN 15940 per l’azionamento di generatori mtu?

Tobias Bertler: Per i combustibili sintetici secondo la EN 15940, negli ultimi anni abbiamo eseguito test approfonditi al banco di prova e anche sul campo e rilasciato GtL e Hvo già per i nostri motori powergen Serie 4000 G03/04. I combustibili sintetici EN 15940 GtL (Gas-to-Liquid) e Hvo (Hydrotreatment Vegetable Oil), prodotti con il processo Fischer-Tropsch, sono molto simili al diesel in termini di proprietà. Offrono anche alcuni vantaggi, come la stabilità allo stoccaggio, che è molto migliore rispetto al diesel convenzionale (soprattutto con un maggiore contenuto di bio). L’Hvo è in gran parte costituito da materie prime biologiche e può essere prodotto in modo neutrale in termini di CO₂.

Che dire del biodiesel: è un combustibile praticabile dato l’uso sporadico di gruppi elettrogeni che vengono utilizzati solo con alimentazione di riserva?

Tobias Bertler: Il biodiesel ha un contenuto di bio e acqua più elevato e quindi ha una capacità di stoccaggio inferiore rispetto al normale diesel. Il biodiesel è più suscettibile all’invecchiamento a causa dei microrganismi nel carburante e può danneggiarsi. Questa viene definita la “piaga del diesel”: nel carburante si formano fanghi biologici che possono causare malfunzionamenti e danni alle apparecchiature. Poiché il carburante viene spesso immagazzinato per lunghi periodi nei sistemi di alimentazione di emergenza, consideriamo questo carburante piuttosto critico per quest’uso. Consideriamo più adatti altri combustibili alternativi, come il sintetico EN 15940 e gli e-fuel. Tuttavia, abbiamo approvato una miscela del 7% di biodiesel, come è comune oggi nei combustibili secondo EN590, senza ulteriori misure. Per miscelare fino al 20% di biodiesel, raccomandiamo varie misure di accompagnamento come additivi, un sistema di manutenzione del serbatoio o il lavaggio del motore.

È possibile collegare i generatori di emergenza nei data center alla rete per la riserva di controllo e supportare così l’espansione delle energie rinnovabili?

Ryan Murphy: Assolutamente! I gruppi elettrogeni di emergenza offrono ottime condizioni per immettere la riserva di controllo nella rete elettrica e compensare così le fluttuazioni della rete (frequenza e tensione) causate dalla maggiore integrazione delle energie rinnovabili. I gruppi elettrogeni possono quindi svolgere un ruolo significativo nel supportare la transizione energetica (e l’integrazione delle rinnovabili). A tal fine, ci sono vari mercati della capacità in diversi paesi ai quali partecipare e creare un’altra fonte di reddito. Per molti anni, Rolls-Royce Power Systems ha stretto accordi di cooperazione con varie società nazionali e internazionali che consentono ai nostri gruppi elettrogeni di essere integrati nei rispettivi mercati di capacità.