Des batteries de centre de données Microsoft pour soutenir la croissance des énergies renouvelables sur le réseau électrique

Près de 400 parcs éoliens en Irlande génèrent aujourd'hui collectivement plus de 35 % de l'électricité de l'île. Ces électrons sans carbone voyagent sur les lignes de transport d'électricité vers les fermes, les entreprises et les maisons, aidant les services publics à éviter les émissions de dioxyde de carbone et d'autres gaz à effet de serre provenant de la combustion de combustibles fossiles pour produire de l'électricité.

Comme partout dans le monde, l'intensité du vent en Irlande fluctue au cours de la journée et au fil des saisons, ce qui entraîne une production d'électricité variable. À mesure que l'offre d'énergie renouvelable augmente, un problème croissant pour les opérateurs de réseaux électriques est créé. C'est parce qu'ils n'ont besoin de mettre que la quantité exacte d'énergie que les utilisateurs retirent. Ni plus ni moins.

Des banques de batteries lithium-ion dans un centre de données Microsoft à Dublin feront partie de la solution à ce problème plus tard cette année.

Ces batteries, qui fournissent généralement une alimentation de secours pour le centre de données en cas d'urgence, ont été certifiées, testées et approuvées pour la connexion au réseau de manière à aider les opérateurs de réseau à fournir un service ininterrompu lorsque la demande dépasse l'offre générée ailleurs sur le réseau par le vent, le solaire et d'autres sources.

Fournir ce service de réseau "est un moyen pour nous de libérer la valeur du centre de données", a déclaré Nur Bernhardt, responsable principal du programme énergétique chez Microsoft.

Les opérateurs de réseaux électriques du monde entier comptent généralement sur l'exploitation de centrales électriques au charbon et au gaz naturel pour maintenir ce que l'on appelle la réserve tournante, ou capacité excédentaire, qui peut réagir rapidement pour fournir des services de réseau.

La possibilité d'utiliser les batteries du centre de données pour fournir ces services réduit la nécessité de maintenir une réserve tournante dans les centrales électriques, ce qui réduit les émissions de carbone du secteur de l'électricité, a expliqué Bernhardt.

Les batteries font partie de ce qu'on appelle l'alimentation sans coupure, ou UPS, pour le centre de données. L'onduleur du centre de données de Microsoft à Dublin comprend une nouvelle technologie qui permet une interaction en temps réel avec le réseau électrique.

Si les systèmes UPS interactifs sur le réseau remplacent les services de réseau actuellement fournis par les centrales électriques à combustibles fossiles en Irlande et en Irlande du Nord, environ deux millions de tonnes métriques d'émissions de dioxyde de carbone pourraient être évitées en 2025, selon Baringa, une société de conseil en énergie que Microsoft a chargée d'analyser l'impact potentiel de la technologie.

"Cela déplace définitivement le cadran sur les émissions au niveau national", a déclaré Mark Turner, un partenaire de la pratique énergétique de Baringa qui a aidé à effectuer l'analyse.

Deux millions de tonnes métriques d'émissions de dioxyde de carbone représentent environ un cinquième des émissions totales attendues sur l'île d'Irlande du secteur de l'électricité en 2025, a-t-il expliqué.

De plus, en s'appuyant sur la technologie UPS interactive avec le réseau pour les services de réseau, les consommateurs finaux à travers l'Irlande économiseraient des dizaines de millions de dollars sur le carburant et les autres coûts nécessaires pour maintenir la réserve tournante des centrales électriques au charbon et au gaz naturel.

"La troisième victoire est que vous réduisez le montant que vous devez refuser les énergies renouvelables", a déclaré Turner. "C'est parce que si vous allumez des centrales électriques au gaz pour fournir ce service, vous devez éteindre autre chose. Souvent, ce sont des énergies renouvelables. Si vous fournissez cela avec UPS, vous n'avez plus à le faire."

John Byrne (à droite), responsable des opérations pour Enel X UK & Ireland, et Michal Frąckowiak, ingénieur des opérations sur le terrain chez Enel X UK & Ireland, examinent des données sur des écrans d'ordinateur lors d'un test système de l'onduleur interactif au réseau dans un centre de données Microsoft à Dublin, en Irlande. Photo de Naoise Culhane.

Les personnes qui gèrent des centres de données parlent souvent des «cinq neuf» de la fiabilité, qui est un raccourci pour une promesse aux clients que le centre de données est en ligne 99,999% du temps. Pour ce faire, les opérateurs de centres de données s'appuient en partie sur les batteries des onduleurs pour démarrer dès qu'une panne de courant se produit et fournir de l'énergie aux serveurs pendant que les générateurs de secours sont activés.

L'objectif principal du système UPS est de fournir un conditionnement d'alimentation pour les serveurs. Le système UPS est toujours activé, assurant la protection des serveurs. En 2017, Microsoft a commencé à explorer la possibilité de tirer parti de ces actifs.

"Le concept était d'utiliser l'onduleur, qui fournit une protection continue, de changer le contrôleur de l'onduleur et de fournir des services au réseau", a déclaré Ehsan Nasr, chercheur principal en conception qui travaille dans le groupe de développement avancé des centres de données de Microsoft.

La fréquence du réseau devient plus volatile à mesure que l'offre d'énergie renouvelable variable sur le réseau augmente, a noté Christian Belady, ingénieur distingué et vice-président du groupe de développement avancé des centres de données de Microsoft.

Cette augmentation de la volatilité, à son tour, augmente la valeur des actifs tels que les batteries qui peuvent aider à maintenir l'équilibre entre l'offre et la demande, a-t-il expliqué.

"Nous avons cet actif de batterie dans le centre de données qui est juste là", a déclaré Belady. "Pourquoi ne l'offrons-nous pas au réseau et ne proposons-nous pas une manière dynamique de le gérer en tant qu'actif à double usage et ainsi d'accroître l'efficacité et l'utilisation des actifs ? C'est ce qui a conduit à cette situation gagnant-gagnant."

À cette fin, son équipe s'est associée à la société de gestion intelligente de l'alimentation, Eaton, pour développer et tester un onduleur interactif avec le réseau. Ils ont effectué des expériences de preuve de concept en 2020 dans un centre de données Microsoft à Chicago et ont continué à affiner la technologie au centre de données Microsoft à Quincy, Washington.

"Nous nous assurons que nous pouvons fournir la fonctionnalité exacte de l'onduleur et, en même temps, fournir des services auxiliaires au réseau avec une communication sécurisée entre le centre de données et l'utilitaire", a déclaré Nasr.

Christian Belady, ingénieur distingué et vice-président du groupe de développement avancé des centres de données de Microsoft, se tient à côté d'un réservoir de refroidissement par immersion à deux phases dans un centre de données Microsoft. Photo de Gene Twedt pour Microsoft.

Avec la technologie UPS interactive sur le réseau démontrée comme un fournisseur viable de services de réseau, la prochaine étape consistait à trouver un marché avec une analyse de rentabilisation pour le déploiement, a déclaré Mycah Gambrell-Ermak, responsable de programme principal chez Microsoft qui a travaillé sur ce projet et fait maintenant partie de l'équipe de stratégie de la chaîne d'approvisionnement.

Microsoft a trouvé une opportunité en Irlande, où les énergies renouvelables variables représentent déjà plus de 35 % de l'électricité de l'île et ce chiffre devrait atteindre 80 % d'ici 2030. Ce niveau de production d'énergie variable nécessite des services de stabilisation du réseau généralement fournis par les centrales électriques à combustibles fossiles.

"Dans les zones où les municipalités ou les services publics tentent de s'éloigner des solutions fossiles, s'il y a une baisse des réserves renouvelables, ce que nous pouvons faire en tant qu'entreprise, c'est prendre notre grande quantité de charge et nous pouvons réduire notre charge en utilisant nos propres batteries", a déclaré Gambrell-Ermak.

EirGrid, le gestionnaire du réseau de transport en Irlande, gère un marché de services de réseau qui donne la priorité aux solutions non émettrices de carbone. Microsoft participe à ce marché via Enel X, un fournisseur de services et de solutions énergétiques qui regroupe les consommateurs d'énergie industriels et commerciaux dans des centrales électriques virtuelles.

"Les services publics, par le biais d'agrégateurs, peuvent nous donner un signal qui nous dit de décharger nos batteries pour compenser notre charge, ce qui soulage ensuite le réseau", a expliqué Gambrell-Ermak.

John Byrne, responsable des opérations pour Enel X Royaume-Uni et Irlande, effectue un test système sur l'onduleur réseau interactif dans un centre de données Microsoft à Dublin, en Irlande. Photo de Naoise Culhane.

Selon Paul Troughton, directeur principal des affaires réglementaires pour Enel X, le marché des services de réseau d'EirGrid est un modèle de la manière dont les technologies, telles que les systèmes d'onduleurs interactifs sur le réseau dans les centres de données et autres installations industrielles, peuvent aider à décarboner les réseaux électriques dans le monde.

"Je pense souvent à l'Irlande comme une vision de l'avenir de ce à quoi ressembleront les réseaux des autres systèmes", a-t-il déclaré.

À mesure que d'autres pays passeront à une plus grande dépendance aux énergies renouvelables, ils rencontreront une situation similaire.

"Au fur et à mesure que vous ajoutez des énergies renouvelables, vos centrales conventionnelles prendront leur retraite et vous ne pourrez plus faire appel à elles pour fournir les services qu'elles fourniraient traditionnellement", a déclaré Troughton. "Vous devez faire quelque chose pour améliorer la gestion de la fréquence."

Microsoft explore les opportunités de fournir des services de stabilisation du réseau avec la technologie UPS interactive avec le réseau dans ses centres de données du monde entier afin d'accélérer encore les progrès vers la décarbonation du réseau, a déclaré Bernhardt.

L'initiative d'onduleurs interactifs sur le réseau fait partie de l'engagement de l'entreprise à être négatif en carbone d'ici 2030, qui comprend également des expériences dans des centres de données avec un refroidissement par immersion liquide pour les serveurs, des piles à combustible à hydrogène pour la production d'énergie de secours, ainsi que des changements de fonctionnement pour augmenter l'efficacité et la conception telles que des solutions de plaques froides à haute densité.

"La vision à long terme est de transformer les actifs du centre de données en quelque chose qui peut fournir des avantages sociaux en dehors de nos propres opérations", a déclaré Bernhardt.

Le marché des services de réseau d'EirGrid, a-t-il expliqué, offre une opportunité à des entreprises comme Microsoft de déployer des solutions qui répondent aux problèmes de fiabilité du réseau associés à la croissance des énergies renouvelables.

"Nous pouvons toujours maintenir nos exigences en matière de fiabilité pour nos clients, mais en même temps utiliser notre infrastructure pour assurer la fiabilité du réseau, ainsi que réduire les émissions de CO2 et réduire les coûts pour tous les consommateurs d'énergie."

John Roach écrit sur la recherche et l'innovation de Microsoft. Suivez-le sur Twitter.

Image du haut : Image du haut : Près de 400 parcs éoliens en Irlande génèrent plus de 35 % de l'électricité de l'île. Le système UPS interactif avec le réseau de Microsoft aide à équilibrer le réseau électrique lorsque la demande dépasse l'offre disponible provenant du vent et d'autres sources. Photo de Paul Briden, Adobe Stock.