E-Learning

Ga aan de slag. Succes !


ICT Duurzame datacentra

 

Datacenters, servers en energieverbruik

Datacentra zijn goed voor 5 % van het wereldenergieverbruik. Ieder jaar komt er 7 % bij. Wat onze hersenen met 10 watt doen doen computers met 10 Megawatt. Dat kan dus beter. Onze hersenen zijn procesor en geheugen tegelijkertijd. Men is nu computers aan het maken waarbij dat ook plaatsvindt. 

k4

Hoewel er veel effort is gestoken in energiezuinigere serverapparatuur en betere koeling, gebruik van hernieuwbare energie en warmtepompen, neemt ons dataverbruik nog steeds fors toe. Computers werken steeds sneller dus wordt de apparatuur vaak al weer na 3 tot 4 jaar vervangen wordt. Nog steeds goed werkend, maar ja, wat wil je als het businessmodel van datacenters bestaat uit het bieden van zoveel mogelijk computing power per m2 (onder zwaar beveiligde omstandigheden en goede condities!), en dat in die 3 jaar die computing power al weer minstens is verdubbeld en energiezuiniger is geworden, terwijl het energieverbruik een grote kostenpost blijft.

In Nederland gaat het om 4,3 miljoen geïnstalleerde servers, waarvan er jaarlijks circa 500.000 afgedankt worden, geschat zo’n 7450 ton materiaal. Een groot deel wordt in Nederland hergebruikt en uiteindelijk ook gerecycled, maar ca 50% van de stromen gaat naar het buitenland (alles wat nog werkt, wordt hergebruikt) en verdwijnt daarna via grijze stromen vaak naar landen waar het onder erbarmelijke omstandigheden wordt ‘gerecycled’.

2017: Met een gemiddelde groei van 17,5% zijn datacenters in Nederland het groeiende knooppunt van de grote hoeveelheid data die de digitalisering met zich meebrengt. De processen binnen deze datacenters leveren veel restwarmte op. Met de groei van datacenters in Nederland zijn met deze restwarmte 2 miljoen bestaande woningen te verwarmen in 2030.

PUE en DCiE

Power Usage Effectiveness (PUE) = Total Facility stroomverbruik = Vermogen geleverd aan computerapparatuur.
Efficiëntie van de datacenterinfrastructuur = Vermogen geleverd aan computerapparatuur / Total Facility stroomverbruik
PUE-waarden onder 1,2 worden gezien als "goed" Veel hebben PUE ~ 2.0

Deep cooling

2018: In samenwerking met DeepMind zet Google in op kunstmatige intelligentie voor de koeling van haar datacenters. Na twee jaar van menselijke aansturing gaat het kunstmatig intelligentiesysteem van Google nu zelf de koeling van datacenters aansturen. Zelfs kleine efficiëntieverbeteringen kunnen tot significante energiebesparingen leiden. Nu blijkt dat het systeem al een energiebesparing van ongeveer 30 procent gerealiseerd heeft, in de eerste maanden dat het zichzelf aanstuurt. De verwachting is dat deze besparingen nog verder zullen oplopen, omdat het systeem zal verbeteren op basis van ervaring. “Het was geweldig om te zien dat een kunstmatig intelligentiesysteem leert om te profiteren van winterse omstandigheden door kouder water dan normaal te produceren, waardoor de energie die nodig is voor koeling binnen het datacenter vermindert. Regels worden niet beter naarmate de tijd verstrijkt, maar kunstmatige intelligentie wel.”

Elke vijf minuten neemt het systeem van Deepmind een snapshot van de koeldata uit de datacenters. Op basis van deze data voorspelt het systeem welke combinatie van acties tot energiereductie leidt. Als de meest energiebesparende mogelijkheid voldoet aan interne veiligheidsvoorschriften wordt hiervoor gekozen. Het werk van het kunstmatig intelligentiesysteem kan nog steeds handmatig bijgestuurd worden door medewerkers van het datacentrum.

 

k5

Vrijwel alle elektriciteit in een datacenter wordt omgezet in warmte. Hiermee is een datacenter een constante bron van warmte die gebruikt kan worden voor de verduurzaming van de gebouwde omgeving. Warmte is 44% van energieverbruik. In Nederland staat momenteel zo’n 1.247 MW aan datacentervermogen. Dit is in theorie al voldoende om circa 2 miljoen huishoudens te verwarmen.

Al negen op de tien datacenters in Nederland draaien op groene stroom. Laatste in de rij is Microsoft dat voor zijn 2 miljard euro kostende opslagboerderij in Noord-Holland gebruik gaat maken van windenergie van Vattenfall/Nuon via 100 turbines in de Wieringermeer.

Microsoft bouwt in Middenmeer in Noord-Holland één van de grootste datacenters van Europa. Het eerste deel is sinds eind 2015 operationeel.

Microsoft is de enige niet die groene energie wil voor zijn datacenters. Die van Google bij de Eemshaven draait ook volledig op duurzame stroom. De energie komt deels van Eneco's windparken rond Delfzijl. Afgelopen juli maakte de zoekgigant bekend alle zonnestroom te gaan afnemen van Support Delfzijl.

Volgens de Dutch Data Center Association (DDCA) draait momenteel 90 procent van de ruim 200 datacenters in ons land op duurzame stroom. Wel komt veel duurzame stroom uit certificaten. Hoewel toegestaan, bestaat daar vanuit de milieuhoek veel kritiek op. Veel certificaten - vaak afkomstig van Noorse waterkrachtcentrales - leiden niet tot een hogere groenestroomproductie.

Koeling met minerale olie in datacentra bespaart 95 % op de energie voor de koeling.

Vloeistof transporteert hitte 1.500 keer efficiënter dan lucht. Dat gegeven was voor ons een belangrijke prikkel om onderzoek te doen naar deze techniek, die overigens niet compleet nieuw is. In de jaren 50 werd hij al gebruikt om supercomputers mee te koelen. Asperitas heeft nu (2018) een schaalbare, plug and play-oplossing voor de cloud-industrie gemaakt en dat is compleet nieuw. Water en elektronica niet goed samen gaan. Daarom dompelen ze de servers onder in een niet-geleidende vloeistof, in dit geval minerale olie. Die blijft in het systeem en hoeft niet ververst te worden. De warmte die de olie opvangt wordt via een warmtewisselaar afgevoerd naar een aangrenzend watercompartiment. Ons proces levert dus als restproduct warm water op van 50 graden Celsius. Voor bijvoorbeeld de woningbouw of industrie zeer interessant om af te nemen, omdat het veel goedkoper en efficiënter is dan het hergebruiken van warme lucht

Een Nederlands datacenter heeft bij elke megawatt die nodig is voor de IT nog eens 300 kilowatt nodig om bijvoorbeeld te koelen. Met vloeistofkoeling kunnen we 95 procent van dat overhead-gebruik voorkomen. Dat besparingspotentieel is in landen als India en China nog groter. Datacenters daar verbruiken ongeveer de helft van de stroom voor niet-IT-doeleinden als koeling. Met onze techniek kunnen ze 95 procent op dat deel van het verbruik besparen.

De units hebben als voordeel dat ze 10 keer compacter zijn dan luchtgekoelde systemen. Het is daardoor veel gemakkelijker om ze dichtbij de warmtegebruiker neer te zetten. Met onze techniek worden datacenters sowieso plaats onafhankelijk. Waar bij luchtkoeling het klimaat nog invloed heeft op de energie-efficiency daar kun je met onze techniek datacenters neerzetten waar ze nodig zijn."

Google heeft een chip op de markt gebracht die met koelstof wordt gekoeld.

Filmpje over het energieverbruik van servers e.d.

In een gemiddeld datacenter wordt zo’n 55% van de elektriciteit besteed aan IT; 35% gaat op aan koeling. In zeer efficiënte datacenters is vooral het aandeel koeling terug te brengen, tot onder de 10%. Vrije koeling, als de buitentemperatuur laag genoeg is, gecombineerd met luchtstroommanagement maakt dat mogelijk. Daarnaast kan gewerkt worden met een warmte-koudeopslag in de bodem. Ook aansluiting op lokale warmtenetten is een mogelijkheid, waarbij de warmte van datacenters gebruikt wordt voor gebouwen in de omgeving. Een rapport hierover zie hier. 

Bij 21% van de bedrijven speelt milieu en energie een rol bij datacenter apparatuur/servers. In een datacenter wil je meer met minder geld waarbij ook een probleem is hoe je uitval opvangt. Momenteel (2007) staan er 300 duizend servers en dit gaat snel naar de 800 duizend. 

Er worden nu hele datahotels gebouwd met 10 duizenden servers (bijvoorbeeld in Groningen). We back-uppen veel te veel gegevens. Alle (oude) gegevens die toch niet meer veranderen hoeven maar één keer gebackupt te worden. Daarbij is tape veel energie efficiter. Hierbij draait de harde schijf niet de hele tijd.

In 2001 had een rek gemiddeld 7 servers, in 2010, 20 servers. Vroeger verbruikten servers op een rek 8 kW en nu al 25 tot 30 kW. De datacentra raken aan hun max. vanwege hun energievraag en koelingsproblemen. Het moet allemaal gekoeld worden. Maar men koelt veel te veel. Zo'n centrum kan best op 32 oC werken. Daarnaast kan beter gekoeld worden door dynamic smart cooling. Hierinmaakt men 3D plaatjes van de airflow en de hotspots en bedenkt men er oplossingen voor.

K6

Een paper over Green sustainable data centra Introduction to Green IT is hier te vinden.

k3

Een mastercursus Green Sustainable Data Centres die in Europees verband is ontwikkeld kunt u gratis bestuderen of gebruiken in uw onderwijs. Hij is hier te vinden.

Aan de Universiteit Zurich doet professor Lorenz Hilty onderzoek. Hij is een van de founding fathers van het vakgebied Green IT in Europa. De factsheets naast zijn foto geven de impact van dienstreizen Business Travel) en printen versus lezen van een scherm (Media Use). Aan de Universiteit Zurich doet professor Lorenz Hilty onderzoek. Hij is een van de founding fathers van het vakgebied Green IT in Europa. De factsheets naast zijn foto geven de impact van dienstreizen Business Travel) en printen versus lezen van een scherm (Media Use).

Zie ook
Energiebesparen bij koelen van serverruimten door HP

Dia143


Dia144

Andere tips om energie te besparen bij de koeling

Stel de koeling zo in dat deze pas aanslaat bij een hogere luchttemperatuur. Veel apparaten functioneren volgens de fabrikant ook zonder problemen bij een omgevingstemperatuur van 30 °C. Omdat werknemers doorgaans niet lang aanwezig zijn in de serverruimte(s), is een hogere temperatuur ook voor hen werkbaar.

Kies bij vervanging van een zaalkoeler voor een hogetemperatuurkoeler. Hoge temperatuurkoeling maakt gebruik van koelwater van tenminste 18°C. Door hogere temperatuurkoeling neemt de efficiëntie van de compressiekoelmachine toe, evenals de mogelijkheid tot het gebruiken van vrije koeling.

Ter indicatie:  Bij een koud watersysteem van 19/24°C (inblaastemperatuur 24°C) kan er bij een buitentemperatuur van 12/13°C volledig overgeschakeld worden op vrije koeling. Dit komt neer op 60% van het jaar, t.o.v. 30% bij een koelwatertemperatuur van 12°C.

Als niet alle apparatuur bij een hogere temperatuur goed functioneert, kunt u klimaatzones instellen. Apparaten die veel warmte kunnen verdragen worden dan in een andere ruimte of gang geplaatst. In die ruimte hoeft u dan minder te koelen.

Server virtualisatie

In vijf jaar tijd zijn de servers 4 keer zoveel energie gaan verbruiken, vandaar dat server virtualisatie nodig is.

Energiebesparen door virtualisatie van servers door VMware (pdf)

Dia147


Door met software servers te managen kan men doen aan virtualisatie hierbij hoeven snachts niet alle servers aan te staan en kunnen de applicaties tijdelijk gezet worden op n server. Hoeveel dat opbrengt kan worden berekend op www.vmware.com/products/vi/calculator.htm  Eigenlijkzou uit het contact gelijk stroom moeten komen en zouden accu's s'-snachts opgeladen moeten worden (goedkoper). Er komt een moment dat men bij een goedkope leverancier in Azie gaat tellen hoeveel energie er in het transport gaat zitten Dan kan een duurdere leverancier in Europa misschien beter zijn.

Voor iedere kWh die op de werkplek verbruikt wordt, wordt een EXTRA 20% verbruikt tbv koeling en airco. In Amsterdam realiseren de datacenters een energiebesparing van 68 miljoen kWh: een besparing van 15%.

Amsterdam staat met 64 grote datacenters in de top 3 van datacenter regio’s in de Europa. Er worden binnen verschillende projecten gewerkt aan de instrumenten om duurzame datacenters in de toekomst te laten acteren als flexibele energie spelers binnen slimme gebieden. Een datacentrum met 2500 servers verbruikt evenveel energie als 420 duizend huishouders = evenveel als de stad Amsterdam.

In Groningen staat een datahotel van 10.000 servers.
ITB2 datacentrum te Apeldoorn heeft gekozen voor enorme luchtschachten met extreem lage luchtsnelheden en ‘indirecte adiabatische koeling’ technologie. Dit vormt de basis voor het algehele energie-efficiënte ontwerp van het datacenter in Apeldoorn. Middels een extra verdieping voor de ruim bemeten koelingopstelling, met grote warmtewisselaars en een recirculerend binnenklimaat, wordt in het datacenter van ITB2 tégen de buitenlucht gekoeld – zonder dat buitenlucht het datacenter binnenkomt.

De dacentra van Apple worden steeds duurzamer. Bij de faciliteiten in Austin, Elk Grove, Cork, München en de campus in Cupertino wordt gebruik gemaakt van een combinatie van wind-, water-, geothermische en zonne-energie. 
 
 

Bekijk het bovenstaande fimpje over de energievoorziening van datacenter in Maiden, North Carolina. Daar is het grootste pv-systeem van Apple geïnstalleerd. In de Ecofactorij in Apeldoorn bouwt ITB-Kwadraat haar 2e datacenter.Een openbronsysteem (WKO) en warmtepomp verwarmen de kantoren in de winter en koelen de ruimtes in de zomer. Het gehele pand wordt dus gekoeld zonder koudemiddel (100% op de bron en adiabatische koeling) en verwarmd met alleen de warmtepomp (zonder cv-ketels en de hiervoor benodigde gasaansluiting).Het datacenter zal bestaan uit 3 zalen van 500 m2. Een datacenter slurpt zoveel energie, dat het nooit helemaal groen kan worden. De computerkasten in het center zijn totaal goed voor 6 megawatt, waarmee je ook 2 woonwijken van stroom kunt voorzien.

Innovatie..Door servers met niet geleidend water te koelen, kan er 80 tot 97 procent energiebesparing worden gehaald. Een dergelijke besparing heeft veel invloed want het energieverbruik is vergelijkbaar met de mondiale luchtvaartindustrie. Bij de nieuwe koelingstechnologie worden servers volledig ondergedompeld in speciaal niet-geleidend water. Het systeem werkt simpel. Het niet-geleidende water wordt bovenin de serverkast losgelaten en sijpelt dan door de elektronica naar beneden. Onderin wisselt het niet-geleidende water de opgenomen warmte uit met een extern koelingssysteem met normaal water. Vervolgens wordt het niet-geleidende water weer omhoog gepompt. De temperatuur van het externe water kan oplopen tot 50 graden Celsius. Dat water kan daarna gebruikt worden voor verwarming van de rest van het gebouw. Over het algemeen worden servers gekoeld met lucht die door ventilatoren wordt rondgeblazen. Maar lucht is juist een goede warmte-isolator, die we bijvoorbeeld gebruiken in dubbel glas. Water kan warmte duizend keer effectiever vervoeren dan lucht en is dus veel beter geschikt voor koeling. De energiebesparing is duidelijk het grootste voordeel van het waterkoelingsysteem. Een ander voordeel is dat het watersysteem geen geluid maakt, in tegenstelling tot het vervelende gezoem van ventilatoren van luchtkoeling.

Er bestaat ook een techniek in verregaande  ontwikkeling welke de (elektronische) componenten binnen apparatuur ‘ongevoelig’ maakt voor contact met vloeistoffen. Hiermee zou je hetzelfde kunnen bereiken.De kans op doorontwikkeling is echter vele malen groter omdat de industrie dit idee zeer snel zal omarmen – Wie wil er geen mobieltje die geen schade zal oplopen indien het apparaat ‘in het water’ terechtkomt

Interconnect doet aan duurzaamheid omdat
- voorzieningen gedeeld worden
- ze doen aan direct free cooling
- ze restwarmte gebruiken
- ze kunstmatige intelligentie hebben
Hun UPS = 1.15 = Power usage efficiency).

Als datacentra uitvallen heb je geen facebook, twitter ect meer
Kan je niet meer pinnen
Is mobiel bellen niet meer mogelijk
Rijden er geen treinen meer
Kan je niet meer vliegen.
De mainports werken niet meer.
Wordt het dagelijk leven ontregelt.

Datacentra zorgen er voor dat er altijd stroom is. Bij uitval gaan ze over op batterijen (UPS uninterruptable power supply)   en daarna op scheepsmotoren die op diesel draaien (NSA = Noodstroomaggregaat). Ze zorgen voor koeling en beveiliging.
80 % van de tijd is de temperatuur buiten lager dan 24 oC en kan er met gefilterde buitenlucht worden gekoeld.
Wordt de lucht nog warmer, dan moet die eerst afgekoeld worden. De koude lucht wordt van onder af ingeblazen, gaat door de rekken en gaat er boven warm weer uit.
koeling
Tegen brand gebruikt men Argon gas dat zuurstof verdrijft.

Datacentra en warmtenetten

In Amstel III vormen datacenters een toekomstige, duurzame bron voor het warmtenet. Naar verwachting wordt een deel van het warmtenet in Amsterdam-Zuidoost vanaf 2021 voorzien van restwarmte uit datacenters. "Restwarmte uit datacenters is van een lage temperatuur, doorgaans dertig graden", legt Raymond van Bulderen, Business Manager bij Vattenfall Warmte, uit. "Dit moeten we opwaarderen tot minimaal 65 graden, de eis voor tapwater. Je kunt dit in de woning zelf doen, dus bij de afleverset, onderin het gebouw of dichterbij de bron. Op basis van interne en externe onderzoeken hebben we vastgesteld dat energetisch en financieel de meest gunstige manier dicht bij de bron is."

Cirucliare economie en datacentra

Dé uitdaging van een Circulaire Economie (CE) is meer samenwerking in de keten en nieuwe businessmodellen waarbij optimalisatie centraal staat, in plaats van maximalisatie van alleen de eigen businesscase.  De CE vraagt bijvoorbeeld om meer uitwisseling van gegevens over serienummers of registraties van componenten. Maar ook de vraag of we het data verbruik, en daarmee de servercapaciteit, niet een beetje moeten indammen.

Tegenwoordig gaat het energiegebruik ook omhoog door het ‘minen’ van bitcoins. De in België opgezette stichting Three Fold Foundation (TFF; www.threefoldtoken.com) richt zich op een nieuw decentraal internationaal netwerk van servercapaciteit, die deels bij particulieren, deels bij bedrijven dat wordt geoperationaliseerd voor ‘nieuw internet’. Dus niet centraal, gepaard aan veel data-verkeer, maar juist decentraal met meer lokaal verkeer. Daarmee worden data opstoppingen voorkomen. Edge computing heet dat, waar data aan de ‘rand’ van het netwerk verwerkt worden, vlak bij de bron waar de data vandaan komen. Een ontwikkeling die zich voorbereidt op het Internet of Things. De benodigde datacapaciteit wordt binnen de Three Fold Foundation gemanaged via een blockchain technologie, waarmee de inzet, optimalisatie en beveiliging gerealiseerd worden.

Als particulier eindgebruiker kun je ook ‘je steentje bijdragen’ en een server of knooppunt in het netwerk (laten) plaatsen en hosten (in het model ‘farmer’ genoemd). Omdat er al een blockchain model is voor de aansturing, wordt er ook een crypto-currency geïntroduceerd: als farmer krijg je tokens, die ook ingezet kunnen worden om benodigde capaciteit af te nemen. De token is daarmee teruggebracht tot waar geld voor is bedoeld: ruilmiddel. Daarmee wordt de gebruiker meer betrokken in het totale businessmodel en worden meerdere waarden uitgewisseld dan alleen tokens.

Op dit moment wordt ook gewerkt aan een model waarbij refurbished apparatuur in dit netwerk een tweede leven krijgt, waarmee op een gecontroleerde manier registraties verzorgd kunnen worden, hergebruik en ook uiteindelijk de afvoer geregeld kan worden. Ook andere vergelijkbare nieuwe currency’s trachten een duurzamer valutasysteem te realiseren, waarmee de Circulaire Economie gediend is. Bijvoorbeeld United Economy (www.unitedeconomy.nl) doet dit door ‘groen geld’ te gebruiken binnen een keten van circulaire duurzame dienstverleners, om daarmee die keten te versterken.

Er bestaat ook de site http://www.duurzamedatacenters.nl/

duurzamedatacentra 

Heel extreem. Een datacentrum af laten zakken op de zeebodem voor de Schotse kust zodat het zeewater kan koelen en men het centrum kan voorzien van groene stroom uit windmolens, golven en getijde. 

De datacenters van Microsoft

gebruiken een aanzienlijke hoeveelheid elektriciteit. Vanaf 2022 draaien de twee Nederlandse datacenters van Microsoft volledig op windenergie.

  • %MCEPASTEBIN%
    zou uit het contact gelijk stroom moeten komen en zouden accus snachts opgeladen moeten worden (goedkoper). Er komt een moment dat men bij een goedkope leverancier in Azimee gaat tellen hoeveel energie er in het transport gaat zitten Dan kan een duurdere leverancier in Europa misschien beter zijn.