Como as microrredes estão alimentando o boom dos data centers

Vista aérea de um grande centro de dados. Imagem: Adobe Stock

Esse fato levou ao rápido crescimento dos centros de dados, os maiores dos quais podem abranger centenas de milhares de metros quadrados com poder computacional, unidades de armazenamento e hardware de rede.

Um centro de dados hiperescalável pode consumir centenas de megawatts (MW) de energia por dia. Isso geralmente representa mais energia do que uma rede elétrica local consegue fornecer.

O resultado pode ser tempo de inatividade, mas isso é extremamente caro, com um estudo recente estimando o custo médio em mais de US$ 14.000 por minuto.

Para mitigar o risco, um número crescente de empresas está instalando microrredes, fontes de energia que podem manter o fluxo de dados.

Energia ininterrupta

Frank Moyer é diretor de vendas globais da ANA Inc., fornecedora de soluções de energia. Ele passa grande parte do tempo conversando com as maiores empresas de dados do mundo sobre suas necessidades de energia, que envolvem cada vez mais microrredes.

Moyer descreve uma microrrede como um sistema coordenado de múltiplas fontes de energia, como energia solar, baterias, alimentação da concessionária e geradores a diesel, que trabalham em conjunto para fornecer uma saída confiável 24 horas por dia.

Ao integrar múltiplas fontes, o sistema pode compensar instantaneamente se uma das fontes de energia sofrer uma queda ou falha.

Moyer explica que existem diversos modelos diferentes de microrredes, que podem ser temporárias ou permanentes.

Vista do conjunto de baterias, mostrando a bandeja e o compartimento para baterias de LTO (óxido de lítio-titânio).

Microrredes híbridas temporárias são comumente usadas para fornecer energia a canteiros de obras quando a concessionária de energia não consegue fornecer eletricidade suficiente para suportar a demanda. Nessas situações, geradores a diesel, baterias e, às vezes, energia solar são utilizados para suprir a demanda até que a conexão permanente à rede elétrica esteja disponível.

As microrredes permanentes permanecem no local por longos períodos e operam em uma escala muito maior. Esses sistemas podem variar de algumas dezenas de megawatts a várias centenas, e os maiores complexos de data centers estão agora se aproximando de clusters de nível gigawatt. Mesmo durante a construção, um local pode precisar de 50 a 100 megawatts, e essa demanda aumenta drasticamente assim que a instalação entra em operação.

Mantenha-o seguro, mantenha-o verde.

Moyer observa que muitos operadores de data centers continuam usando microrredes locais mesmo quando a rede elétrica está disponível, porque elas oferecem resiliência adicional e ajudam a atender às metas de sustentabilidade cada vez mais rigorosas. A tendência em direção a sistemas híbridos vem principalmente dos usuários finais que desejam menores emissões, maior economia de combustível e desempenho confiável.

Em aplicações adequadas, as microrredes híbridas podem reduzir drasticamente o consumo de diesel, muitas vezes proporcionando uma economia de 70 a 80% em cargas variáveis ou temporárias.

Como a microrrede híbrida utiliza baterias, a saída limpa e ininterrupta das baterias é crucial, uma vez que mesmo breves interrupções podem danificar servidores ou representar risco de perda de dados.

Em relação à segurança, Moyer observa que os geradores têm uma probabilidade maior de sofrer eventos térmicos do que as baterias com tecnologias avançadas, como a LTO, que oferecem estabilidade térmica superior.

Assim, para os proprietários, as três prioridades são segurança, economia e confiabilidade.

As versões mais recentes do projeto de microrredes se inspiram em outros setores de missão crítica, como bases militares, hospitais e até mesmo transmissões ao vivo, como o Super Bowl ou a Copa do Mundo da FIFA, onde a perda de energia simplesmente não é uma opção.

Esses mesmos princípios de redundância e confiabilidade agora sustentam as microrredes modernas de centros de dados.

As empresas de aluguel também desempenham um papel fundamental nesse ecossistema.

Frank Moyer, Diretor de Vendas Globais da ANA Inc.

Moyer observa que as grandes empresas de tecnologia geralmente preferem não possuir geradores ou sistemas de armazenamento de energia, dependendo, em vez disso, de empreiteiras e locadoras para fornecer e manter os equipamentos necessários.

A demanda cresceu rapidamente e as empresas de locação estão investindo cada vez mais em sistemas de baterias, à medida que os usuários finais solicitam opções mais sustentáveis e resilientes.

Microevolução

E a tecnologia de baterias está evoluindo rapidamente. Há apenas cinco anos, os sistemas de armazenamento de energia utilizavam principalmente baterias de chumbo-ácido, que eram pesadas, ineficientes e inseguras.

Em seguida, vieram as baterias de íon-lítio-fosfato (LFP), popularizadas por Tesla.

O setor está agora adotando o óxido de lítio-titânio (LTO), uma composição química sem risco de fuga térmica e com um sólido perfil de segurança. A ANA está entre as poucas empresas que implementam o LTO em sistemas móveis e permanentes.

Moyer compara a transição das tecnologias químicas tradicionais para o LTO ao salto tecnológico dos primeiros smartphones para os modelos modernos, descrevendo-a como um claro avanço de próxima geração.

Outras tecnologias de rápida evolução em microrredes incluem telemetria e controle remoto, que se tornaram componentes essenciais dos sistemas modernos.

O controlador tornou-se o principal diferencial entre os sistemas de armazenamento de energia, atuando como a camada de inteligência que gerencia telemetria, manutenção preditiva, programação e geração de relatórios.

A telemetria permite a detecção de falhas, estratégias de carregamento otimizadas e a geração de dados verificados sobre emissões de CO2 e economia de combustível.

Para empresas de locação e empreiteiras, esse nível de comprovação operacional tornou-se um fator crucial para conquistar grandes projetos.

Potência compacta

Moyer observa que a IA também influenciará as operações das microrredes, otimizando os ciclos de carga e descarga, prevendo a demanda e automatizando ainda mais o desempenho do sistema.

Ele acrescenta que as aplicações atuais representam apenas os estágios iniciais do que as microrredes habilitadas por IA irão suportar futuramente. Moyer também acredita que os avanços da engenharia irão remodelar o projeto físico das microrredes.

Os módulos de bateria ajudam a eliminar a redundância de energia desnecessária em um sistema de microrrede.

"Olhando para o futuro, vejo avanços na engenharia impulsionando dimensões menores e maior densidade para microrredes. Por exemplo, vamos comprimir o que hoje cabe em um contêiner de 40 pés em um de talvez 20 pés, e empilharemos sistemas verticalmente para economizar espaço em data centers."

Independentemente dos avanços que sejam feitos, Moyer acredita que apenas as microrredes podem, atualmente, atender às demandas da implantação de data centers.

“Atualmente, todos os grandes projetos de data centers dependem de microrredes”, afirma ele, “principalmente em regiões como o norte da Virgínia, por onde passa 80% do tráfego de dados mundial.”

“É simplesmente impossível operar esses locais sem sistemas híbridos que combinem energia da rede elétrica, de geradores e de baterias.

Suprimentos de próxima geração

Em escala global, o crescimento é impressionante, mas nos EUA, o mercado de data centers simplesmente explodiu.

Ele observa que o mercado de data centers dos EUA, avaliado em aproximadamente US$ 18 bilhões em 2024, deverá atingir US$ 30 bilhões até 2027, e acrescenta que a Europa está seguindo uma tendência semelhante, embora os sites europeus tendam a ser menores e a integrar níveis mais altos de energia eólica.

Moyer afirma que a energia nuclear voltou a ser considerada, à medida que as operadoras buscam novas maneiras de atender à enorme demanda energética da IA. Pequenos reatores modulares e microrreatores estão recebendo muita atenção, mas ainda faltam alguns anos para que sejam usados em larga escala.

Moyer também prevê que os recursos nucleares poderão eventualmente complementar as microrredes, com sistemas híbridos ajudando a equilibrar e apoiar a geração de energia nuclear. A energia solar é valiosa, mas atualmente não é suficientemente eficiente para a maioria das microrredes temporárias.

Dito isso, pelos próximos cinco a dez anos, os sistemas híbridos a diesel e baterias continuarão predominando até que as turbinas e os pequenos reatores modulares se tornem mais viáveis comercialmente.

Qualquer que seja a opção de energia escolhida, ela terá um custo. As estimativas mais recentes apontam que o custo médio de instalação de um sistema de baterias varia entre US$ 1.000 e US$ 1.500 por kWh em custos de investimento inicial (CAPEX) para tecnologias de alta segurança, como LTO e LFP.

Além disso, para um local de grande porte, um sistema multimilionário pode ser necessário.

No entanto, o mercado de centros de dados está atualmente em plena expansão, e esses custos estão sendo facilmente absorvidos na busca por energia ininterrupta.

E embora possa haver incertezas sobre as fontes de energia futuras, uma pausa na expansão dos centros de dados não é uma opção no momento.

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Este artigo foi produzido pelo KHL Content Studio, em colaboração com especialistas da ANA Inc.

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Todas as imagens são cortesia da ANA Inc.

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