Comment les micro-réseaux alimentent l'essor des centres de données

Vue aérienne d'un grand centre de données. Image : Adobe Stock

Ce fait a entraîné la croissance rapide des centres de données, dont les plus grands peuvent couvrir des centaines de milliers de mètres carrés et abriter une puissance de calcul, des disques de stockage et du matériel réseau.

Un centre de données hyperscale peut consommer des centaines de mégawatts (MW) d'électricité par jour. C'est souvent plus d'électricité que ce qu'un réseau électrique local peut fournir.

Il pourrait en résulter une interruption de service, mais cela coûte extrêmement cher, une étude récente estimant le coût moyen à plus de 14 000 dollars américains par minute.

Pour atténuer ce risque, un nombre croissant d'entreprises installent des micro-réseaux, des sources d'énergie capables d'assurer la continuité du flux de données.

Alimentation électrique ininterrompue

Frank Moyer est directeur des ventes mondiales chez ANA Inc., fournisseur de solutions énergétiques. Il consacre une grande partie de son temps à discuter avec les plus grandes entreprises de données du monde de leurs besoins en énergie, qui impliquent de plus en plus de micro-réseaux.

Moyer décrit un micro-réseau comme un système coordonné de multiples sources d'énergie telles que l'énergie solaire, les batteries, les réseaux électriques et les générateurs diesel qui fonctionnent ensemble pour fournir une alimentation fiable 24 heures sur 24.

En intégrant plusieurs sources, le système peut compenser instantanément en cas de baisse ou de panne d'une source d'alimentation.

Moyer explique qu'il existe différents modèles de micro-réseaux, qui peuvent être temporaires ou permanents.

Vue du bloc-batterie, montrant le plateau et le système de confinement des batteries LTO (oxyde de titane-lithium).

Les micro-réseaux hybrides temporaires sont couramment utilisés pour alimenter les chantiers de construction lorsque le réseau électrique principal ne peut fournir suffisamment d'électricité. Dans ces situations, des générateurs diesel, des batteries et parfois des panneaux solaires sont mis en service pour pallier le manque d'alimentation jusqu'à ce que le raccordement au réseau permanent soit établi.

Les micro-réseaux permanents restent sur site à long terme et fonctionnent à une échelle bien plus importante. Ces systèmes peuvent avoir une puissance allant de quelques dizaines de mégawatts à plusieurs centaines, et les plus grands campus de centres de données s'orientent désormais vers des clusters de plusieurs gigawatts. Même pendant la construction, un site peut nécessiter entre 50 et 100 mégawatts, et cette demande augmente fortement une fois l'installation mise en service.

Préservez la sécurité, préservez l'environnement

Moyer souligne que de nombreux exploitants de centres de données continuent d'utiliser des micro-réseaux sur site, même lorsque le réseau électrique est disponible, car ils offrent une résilience accrue et contribuent à atteindre des objectifs de développement durable de plus en plus stricts. La tendance vers les systèmes hybrides émane principalement des utilisateurs finaux qui souhaitent réduire leurs émissions, réaliser des économies de carburant et bénéficier de performances fiables.

Dans les applications appropriées, les micro-réseaux hybrides peuvent réduire considérablement la consommation de diesel, permettant souvent des économies de 70 à 80 % sur les charges variables ou temporaires.

Comme le microréseau hybride utilise des batteries, la production propre et ininterrompue de ces dernières est cruciale, car même de brèves interruptions peuvent endommager les serveurs ou entraîner une perte de données.

En matière de sécurité, Moyer souligne que les générateurs présentent une probabilité plus élevée d'incidents thermiques que les batteries à chimie avancée telles que les batteries LTO, qui offrent une stabilité thermique supérieure.

Pour les propriétaires, les trois priorités sont donc la sécurité, les économies et la fiabilité.

Les dernières versions de la conception des micro-réseaux s'inspirent largement d'autres secteurs essentiels, tels que les bases militaires, les hôpitaux et même les opérations de diffusion en direct comme le Super Bowl ou la Coupe du monde de la FIFA, où une coupure de courant n'est tout simplement pas envisageable.

Ces mêmes principes de redondance et de fiabilité sous-tendent désormais les micro-réseaux des centres de données modernes.

Les sociétés de location jouent également un rôle clé dans cet écosystème.

Frank Moyer, directeur des ventes mondiales chez ANA Inc.

Moyer souligne que les grandes entreprises technologiques préfèrent souvent ne pas posséder de générateurs ou d'installations de stockage d'énergie, et font plutôt appel à des entrepreneurs généraux et à des fournisseurs de location pour la fourniture et la maintenance des équipements nécessaires.

La demande a rapidement augmenté et les sociétés de location investissent de plus en plus dans les systèmes de batteries, car les utilisateurs finaux demandent des options plus durables et résilientes.

Micro-évolution

La technologie des batteries évolue rapidement. Il y a encore cinq ans, les systèmes de stockage d'énergie utilisaient principalement des batteries au plomb, lourdes, peu performantes et dangereuses.

Puis sont apparues les batteries lithium-ion-phosphate (LFP), popularisées par Tesla.

L'industrie adopte désormais l'oxyde de lithium-titane (LTO), une chimie sans risque d'emballement thermique et présentant un profil de sécurité élevé. ANA figure parmi les rares entreprises à déployer le LTO dans des systèmes mobiles et fixes.

Moyer compare le passage des chimies traditionnelles à la technologie LTO au bond technologique entre les premiers smartphones et les modèles modernes, le décrivant comme une avancée de nouvelle génération incontestable.

Parmi les autres technologies évoluant rapidement dans les micro-réseaux, on peut citer la télémétrie et la télécommande, qui sont devenues des composantes essentielles des systèmes modernes.

Le contrôleur est devenu l'élément de différenciation clé des systèmes de stockage d'énergie, servant de couche d'intelligence pour la gestion de la télémétrie, la maintenance prédictive, la planification et la production de rapports.

La télémétrie permet la détection des pannes, l'optimisation des stratégies de charge et la génération de données vérifiées sur les économies de CO2 et de carburant.

Pour les sociétés de location et les entrepreneurs, ce niveau de preuve opérationnelle est devenu un facteur clé pour remporter des projets d'envergure.

Puissance compacte

Moyer souligne que l'IA influencera également le fonctionnement des micro-réseaux en optimisant les cycles de charge et de décharge, en prévoyant la demande et en automatisant davantage les performances du système.

Il ajoute que les applications actuelles ne représentent que les prémices de ce que les micro-réseaux dotés d'IA pourront à terme prendre en charge. Moyer estime également que les progrès de l'ingénierie modifieront la conception physique des micro-réseaux.

Les modules de batterie contribuent à éliminer la redondance énergétique inutile dans un système de micro-réseau.

« À l'avenir, je prévois que les progrès techniques permettront de réduire l'encombrement et d'augmenter la densité des micro-réseaux. Par exemple, nous pourrons compresser ce qui tient actuellement dans un conteneur de 12 mètres dans un conteneur de 6 mètres environ, et nous empilerons les systèmes verticalement afin de gagner de la place sur les campus de centres de données. »

Quels que soient les progrès réalisés, Moyer estime que seuls les micro-réseaux peuvent actuellement répondre aux exigences du déploiement des centres de données.

« Aujourd’hui, tous les grands projets de centres de données dépendent des micro-réseaux », explique-t-il, « en particulier dans des régions comme le nord de la Virginie, où transite 80 % du trafic de données mondial. »

« Il est tout simplement impossible de faire fonctionner ces sites sans des systèmes hybrides combinant réseau électrique, générateur et batteries. »

Approvisionnement de nouvelle génération

À l'échelle mondiale, la croissance est impressionnante, mais aux États-Unis, le marché des centres de données a tout simplement explosé.

Il note que le marché américain des centres de données, évalué à environ 18 milliards de dollars en 2024, devrait atteindre 30 milliards de dollars d'ici 2027, et ajoute que l'Europe suit une tendance similaire, bien que les sites européens aient tendance à être plus petits et à intégrer des niveaux plus élevés d'énergie éolienne.

Selon Moyer, le nucléaire fait son retour sur le devant de la scène, les exploitants cherchant de nouvelles solutions pour répondre aux besoins énergétiques considérables de l'IA. Les petits réacteurs modulaires et les microréacteurs suscitent un vif intérêt, mais leur utilisation à grande échelle n'est pas prévue avant quelques années.

Moyer prévoit également que les centrales nucléaires pourraient à terme compléter les micro-réseaux, les systèmes hybrides contribuant à équilibrer et à soutenir la production d'électricité d'origine nucléaire. L'énergie solaire est précieuse, mais son rendement actuel est insuffisant pour la plupart des micro-réseaux temporaires.

Cela dit, au cours des cinq à dix prochaines années, les systèmes hybrides diesel-batterie resteront rois jusqu'à ce que les turbines et les petits réacteurs modulaires deviennent plus viables commercialement.

Quel que soit le système d'alimentation choisi, il a un coût. Selon les dernières estimations, le coût moyen d'installation d'un système de batteries se situe entre 1 000 et 1 500 $ par kWh (coûts d'investissement initiaux) pour les technologies à haute sécurité telles que le LTO et le LFP.

De plus, pour un site de grande envergure, un système de plusieurs millions de dollars pourrait être nécessaire.

Néanmoins, le marché des centres de données est actuellement en plein essor, et ces coûts sont facilement absorbés dans la recherche d'une alimentation électrique ininterrompue.

Et même si l'avenir des sources d'énergie reste incertain, une pause dans l'expansion des centres de données n'est actuellement pas envisageable.

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Cet article a été produit par KHL Content Studio, en collaboration avec des experts d' ANA Inc.

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Toutes les images sont une gracieuseté d' ANA Inc.

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