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1 - POURQUOI LA CONSOMMATION DES DATA CENTERS AUGMENTE-T-ELLE ?

2 - COMMENT RÉDUIRE LA CONSOMMATION DES DATA CENTERS ?

3 - EXEMPLES DE DATA CENTERS ÉCONOMES EN ÉNERGIE

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BE6003 v1

Conclusion
Vers des data centers zéro émission et autonomes en énergie

Auteur(s) : Luigi BROCHARD

Relu et validé le 13 avr. 2021

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RÉSUMÉ

Cet article traite de la consommation énergétique des data centers. Il en explique les causes et présente de nombreuses solutions techniques pour la réduire : contrôle de la consommation des serveurs, refroidissement gratuit, refroidissement à eau, réutilisation de la chaleur, etc. Différents exemples de data centers économes en énergie et écoresponsables, incluant ceux des GAFA, sont analysés. Il est nécessaire de recourir conjointement aux énergies renouvelables et aux économies d’énergie pour atteindre le niveau zéro émission. Mais, vu la variabilité des énergies renouvelables, une autonomie énergétique n’est envisageable qu’en mettant en œuvre un stockage d’énergie, en particulier par hydrogène en utilisant des piles à combustible.

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ABSTRACT

Toward zero emission and energy autonomous data centers

This paper studies the data center energy consumption. It explains its root causes and the different technical solutions to reduce it: server power consumption control, free cooling, water cooling, waste heat reuse, etc. Different examples of data centers (including GAFA’s) which became energy efficient and eco responsible are analyzed. Renewable energy jointly with energy efficiency are the only way to reach zero emission. But, given the variability of renewable energy, partial or total autonomy can only be reached by storing energy, in particular using hydrogen and fuel cells.

Auteur(s)

  • Luigi BROCHARD : Président et co-fondateur de Luigi Brochard Consulting et Energy Aware Solutions S.L. ex-Distinguished Engineer chez IBM puis Lenovo

INTRODUCTION

Les data centers représenteront vraisemblablement 8 % de la consommation électrique mondiale en 2030 et leur consommation va croître de façon exponentielle si rien n’est fait pour la réduire. En 2014, le Conseil européen a adopté un cadre d’action énergie-climat pour la période 2021-2030. Il s’agit de réduire les émissions de gaz à effet de serre d'au moins 40 % (par rapport aux niveaux de 1990), de porter la part des énergies renouvelables à au moins 32 %, et d’améliorer l'efficacité énergétique d'au moins 32,5 %. En septembre 2020, dans le cadre du Green Deal , la commission européenne a proposé de porter l’objectif de réduction des émissions de gaz à effet de serre en 2030 de 40 % à 55 %, pour atteindre la neutralité carbone en 2050 . D’autres pays dans le monde suivent la même démarche y compris la Chine qui a annoncé vouloir atteindre la neutralité carbone en 2060 .

On ne peut y arriver qu’en réduisant la consommation d’énergie ainsi que l’utilisation des énergies fossiles.

Dans ce cadre, la neutralité carbone en 2050 ou 2060 ne pourra être atteinte sans la prise en compte des data centers.

Pour rendre les data centers moins consommateurs d’électricité, la première étape consiste à réduire la consommation des serveurs et des systèmes de refroidissement. Cependant l’électricité consommée par les serveurs et les équipements informatiques du data center est entièrement transformée en chaleur. La deuxième étape pour rendre un data center moins énergivore sera donc de réutiliser la chaleur fatale de ces équipements. Si ces solutions sont mises en œuvre, la consommation d’un data center peut être réduite de presque 50 %, et ce quelle que soit sa situation géographique.

À ce stade, un data center, quoique plus économe en énergie, n’est pour autant ni à zéro émission ni autonome en énergie. La troisième étape consiste à remplacer les énergies fossiles utilisées pour son alimentation par des énergies renouvelables. Cette électricité peut être achetée à des fournisseurs (ce qui est déjà fait par certains GAFA) ou produite localement par des panneaux photovoltaïques ou des éoliennes. Cependant la production d’électricité utilisant des énergies renouvelables est variable et la consommation d’un data center varie également. Pour gérer cette situation, le data center peut vendre cette électricité verte en situation de surplus et en acheter en situation de déficit. Ce data center sera ainsi à zéro émission et partiellement autonome en énergie. Pour rendre ce data center totalement autonome, il conviendra de stocker l’énergie quand il y a surplus et d’utiliser cette énergie pour produire de l’électricité quand il y a déficit. C’est ce qu’apporteront les piles à combustible qui stockent l’électricité sous forme d’hydrogène et produisent de l’électricité en réutilisant l’hydrogène stocké.

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KEYWORDS

GAFA   |   energy efficiency   |   carbon neutrality   |   servers cooling   |   waste heat reuse

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be6003


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4. Conclusion

Il existe donc de nombreuses solutions pour réduire la consommation des data centers. Un certain nombre de centres ont mis ces solutions en œuvre, en particulier en utilisant le free cooling. D’autres, moins nombreux, utilisent le refroidissement direct à eau. La réutilisation de la chaleur fatale est un moyen d’aller plus loin dans la réduction des consommations. Actuellement, peu de centres le mettent en œuvre quoique les technologies existent et ont démontré leur fiabilité. L’utilisation d’énergie renouvelable est aujourd’hui mise en avant par de nombreux GAFA ou des fournisseurs d’énergie tel que l’ENI pour se montrer écoresponsables. L’alimentation en continu des data centers à partir d’énergie renouvelable est en devenir car elle se heurte à la variabilité de la production d’électricité. C’est le point faible des énergies renouvelables mais qui n’est pas propre aux data centers. Ce point ne peut être résolu qu’en stockant l’énergie pour la restituer ultérieurement. Les premiers parcs de stockage à base de batteries au lithium apparaissent aujourd’hui . Cela est possible grâce à une baisse des coûts d’un facteur 10 en une décennie . Cependant d’autres solutions de production et de stockage apparaissent. La production d’hydrogène par électrolyse de l’eau ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - Commission Européenne -   A European Green Deal.  -  https://ec.europa.eu

  • (2) - Commission Européenne -   Cadre d’action en matière de climat et d’énergie d’ici à 2030.  -  (2014). https://ec.europa.eu

  • (3) -   La Chine surprend en s’engageant à atteindre la neutralité carbone d’ici à 2060.  -  (2020). https://www.lemonde.fr

  • (4) - ASHRAE Data Center Storage Equipment -   Thermal Guidelines, Issues, and Best Practices.  -  (2015). https://tc0909.ashraetcs.org

  • (5) - MOORE (G.E.) -   Cramming more components onto integrated circuits.  -  Electronics, Volume 38, Number 8 (1965).

  • (6) - DENNARD (R.H.), GAENSSLEN (F.), YU (H.), RIDEOUT (L.), BASSOUS (E.), LEBLANC (A.) -   Design of ion-implanted...

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