Ewolucja technologii magazynowania energii w centrach danych

Wraz z dynamicznym rozwojem centrów danych wykorzystujących sztuczną inteligencję rośnie zapotrzebowanie na systemy magazynowania energii w bateriach (BESS), które będą stosowane na miejscu w celu wsparcia tej nowej infrastruktury. Dominująca pozycja i istniejące łańcuchy dostaw technologii litowo-jonowych BESS na rynkach wielkoskalowych sprawiają, że technologia ta jest oczywistym faworytem na początkowym etapie. Jednak degradacja baterii litowo-jonowych i związane z nimi zagrożenia dla bezpieczeństwa stwarzają okazję do pojawienia się alternatywnych technologii magazynowania energii w zastosowaniach w centrach danych.

Może również pojawić się popyt na technologie BESS o dłuższym czasie działania w centrach danych AI, aby zmniejszyć zależność od lokalnych generatorów dieslowskich i umożliwić operatorom sieci energetycznych bardziej niezawodne zrównoważenie podaży i popytu na energię elektryczną w sieci. Popyt na systemy BESS dla centrów danych znacząco przyczyni się do rozwoju całego rynku BESS dla sektora komercyjnego i przemysłowego (C&I), którego wartość, zgodnie z raportem rynkowym IDTechEx „Magazynowanie energii w bateriach dla centrów danych, zastosowań komercyjnych i przemysłowych 2026–2036: rynek, prognozy, gracze, technologia”, ma osiągnąć 21 mld USD do 2036 r.

Zastosowania akumulatorów w centrach danych

System akumulatorowy w centrum danych musi pokrywać obciążenie krytyczne (MW), aby zapewnić ciągłe zasilanie w przypadku awarii. Jest to zazwyczaj mniej niż całkowite zapotrzebowanie centrum danych na energię. Obciążenie krytyczne odnosi się do niezbędnego sprzętu IT, w tym serwerów, pamięci masowej i sprzętu sieciowego, który musi pozostać sprawny, aby zapobiec utracie danych lub zakłóceniom w świadczeniu usług. Zazwyczaj akumulator jest podłączony jako część systemu zasilania awaryjnego (UPS) i jest używany, gdy należy zapobiec przerwom w dostawie prądu, tj. w celu utrzymania ciągłości działania lub uniknięcia utraty danych (np. zapobiegania uszkodzeniu danych w centrum danych).

Akumulatory w centrach danych mogą być również wykorzystywane do wyrównywania szczytowego zapotrzebowania na energię elektryczną z sieci. Przynosi to operatorowi centrum danych oszczędności związane z optymalizacją zużycia energii i stanowi typowy mechanizm stosowany przez odbiorców komercyjnych i przemysłowych w ramach rozwiązań „behind-the-meter”.

Co istotne, nowym zastosowaniem akumulatorów w centrach danych jest zarządzanie zmiennym obciążeniem związanym ze sztuczną inteligencją. Wahania obciążenia rzędu MW mogą być trudne do opanowania, a centrum danych może wykonywać dodatkowe obliczenia, aby móc działać przy ciągłym, ale wyższym poborze mocy z sieci. Jednak można argumentować, że powoduje to marnotrawstwo energii elektrycznej, dlatego technologie akumulatorowe mogłyby być wykorzystywane do dostarczania dodatkowych, krótkich impulsów mocy do obciążenia centrum danych w razie potrzeby, umożliwiając działanie przy niższym, podstawowym poborze mocy z sieci. Takie wahania rzędu MW mogą występować kilka razy na minutę. Podobnie, akumulatory mogłyby być ładowane przy użyciu nadwyżki mocy z sieci, gdyby obciążenie centrum danych nagle spadło.

Wady akumulatorów litowo-jonowych i zalety alternatywnych technologii akumulatorowych

Zazwyczaj w zastosowaniach UPS w centrach danych stosuje się akumulatory kwasowo-ołowiowe z regulacją zaworową (VRLA) oraz akumulatory litowo-jonowe (LIB) ze względu na ich niski koszt. Jednak gwałtowne wahania obciążenia mogą szybko powodować degradację akumulatorów litowo-jonowych, a niektóre z nich zostały wycofane z centrów danych już po sześciu miesiącach z tego powodu. Natomiast systemy BESS zainstalowane w sieci mogą być ładowane tylko raz dziennie przy niższych współczynnikach C, co pomaga przedłużyć żywotność tych akumulatorów. Szybsza degradacja wiąże się również ze zwiększonym ryzykiem bezpieczeństwa, a pożary akumulatorów litowo-jonowych w centrach danych nie pozostały niezauważone. W rezultacie operatorzy centrów danych mogą rzeczywiście spotkać się z wyższymi składkami ubezpieczeniowymi lub ograniczonym zakresem ubezpieczenia w odniesieniu do technologii LIB.

Zamiast tego mogą pojawić się alternatywne technologie magazynowania energii w bateriach, które pozwolą rozwiązać te problemy. Na przykład baterie przepływowe typu redox (RFB) charakteryzują się niepalnym elektrolitem, minimalną degradacją i deklarowaną żywotnością ponad 20 000 cykli. Gotowość technologiczna tańszych chemicznych układów bez wanadu jest nadal kluczowym czynnikiem dla szerszego komercyjnego wdrożenia, choć technologia ta obiecuje te kluczowe zalety dla zastosowań w centrach danych. Firmy XL Batteries i FlexBase opracowują projekty centrów danych z bateriami RFB na skalę komercyjną w USA i Europie.

Można by wdrożyć technologie akumulatorów RFB o dłuższym czasie pracy, aby zmniejszyć zależność od generatorów dieslowskich oraz zapobiec gwałtownym spadkom zapotrzebowania na energię elektryczną z sieci po awarii zasilania. W przypadku wystąpienia awarii operator centrum danych może wahać się przed przełączeniem tymczasowego źródła zasilania z lokalnego generatora dieslowskiego z powrotem na zasilanie z sieci energetycznej. Dzięki wdrożeniu na miejscu większego systemu BESS o dłuższym czasie działania, operator sieci energetycznej jest w stanie w bardziej przewidywalny sposób zarządzać zapotrzebowaniem na energię. System BESS może być ładowany energią z sieci przez dłuższy okres, aż operator centrum danych będzie miał pewność, że może ponownie przełączyć zasilanie na sieć energetyczną. Pomaga to w bardziej niezawodnym zrównoważeniu podaży i popytu na energię elektryczną, zamiast radzenia sobie z dużym spadkiem zapotrzebowania, który mógłby spowodować niestabilność sieci.

Technologie jonów sodowych można również uznać za realną opcję technologiczną do zarządzania zmiennym obciążeniem AI w centrach danych, ze względu na potencjalne posiadanie zarówno wysokiego współczynnika C, jak i gęstości mocy. Firma Tiamat Energy nawiązała strategiczną współpracę z Endeavour i opracowuje technologię BESS opartą na jonach sodowych (o deklarowanym współczynniku C wynoszącym 60) dla centrów danych Endeavour, początkowo zorientowaną na rynek europejski.

Prognoza dotycząca baterii dla centrów danych

W perspektywie krótkoterminowej technologie akumulatorów litowo-jonowych BESS będą prawdopodobnie nadal stosowane w centrach danych, jako potencjalnie tańsze rozwiązania LFP, biorąc pod uwagę ich szeroką dostępność na rynkach w skali sieci energetycznej. Centra danych o ograniczonej przestrzeni mogą wdrożyć technologie NMC ze względu na wyższą gęstość energii charakteryzującą tę chemiczną kompozycję akumulatorów litowo-jonowych. Jednak niedawne pożary akumulatorów litowo-jonowych i ich szybkie wycofywanie z centrów danych AI w środowiskach komercyjnych ujawniły słabe strony tych technologii w tym zastosowaniu.

Alternatywne technologie magazynowania energii w akumulatorach, takie jak akumulatory przepływowe i systemy BESS oparte na jonach sodu, oferują kluczowe wskaźniki wydajności, takie jak mniejsze zużycie, niepalność, gęstość mocy oraz współczynnik rozładowania (C-rate). Wersje tych technologii o dłuższym czasie pracy będą przydatne do zmniejszenia zależności centrów danych od generatorów dieslowskich, a także do wspierania operatorów sieci energetycznych w bardziej przewidywalnym bilansowaniu podaży i popytu na energię elektryczną.

Raport Magazynowanie energii w bateriach dla centrów danych, zastosowań komercyjnych i przemysłowych 2026–2036: rynek, prognozy, gracze, technologia zawiera również kluczowe badania dotyczące benchmarkingu technologii C&I BESS, zestawienia kosztów C&I BESS według komponentów oraz analizy ilościowej produkcji ogniw LFP w USA w porównaniu z ich importem z Chin (z uwzględnieniem wpływu istniejących ceł, ulg podatkowych i ustawy OBBBA).

Źródło: IDTechEx