Microsoft-Rechenzentrumsbatterien zur Unterstützung des Wachstums erneuerbarer Energien im Stromnetz

Fast 400 Windparks in Irland erzeugen heute zusammen mehr als 35 % des Stroms der Insel. Diese kohlenstofffreien Elektronen werden über Stromübertragungsleitungen zu Bauernhöfen, Unternehmen und Haushalten transportiert und helfen Energieversorgern dabei, den Ausstoß von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung zu vermeiden.

Wie überall auf der Welt schwankt die Intensität des Windes in Irland im Laufe des Tages und im Laufe der Jahreszeiten, was zu einer schwankenden Stromproduktion führt. Mit der zunehmenden Versorgung mit erneuerbarer Energie entsteht ein wachsendes Problem für die Stromnetzbetreiber. Denn sie müssen nur genau so viel Energie zuführen, wie die Nutzer auch verbrauchen. Nicht mehr und nicht weniger.

Lithium-Ionen-Batteriebänke in einem Microsoft-Rechenzentrum in Dublin werden später in diesem Jahr Teil der Lösung dieses Problems sein.

Diese Batterien, die in der Regel im Notfall für die Notstromversorgung des Rechenzentrums sorgen, wurden für den Anschluss an das Netz zertifiziert, getestet und zugelassen, sodass Netzbetreiber einen unterbrechungsfreien Betrieb gewährleisten können, wenn die Nachfrage das an anderer Stelle im Netz durch Wind erzeugte Angebot übersteigt , Solar- und andere Quellen.

Die Bereitstellung dieses Grid-Dienstes „ist für uns eine Möglichkeit, den Wert des Rechenzentrums zu erschließen“, sagte Nur Bernhardt, Senior Program Manager für Energie bei Microsoft.

Stromnetzbetreiber auf der ganzen Welt verlassen sich in der Regel auf den Betrieb von Kohle- und Erdgaskraftwerken, um sogenannte Spinning-Reserven oder Überkapazitäten aufrechtzuerhalten, die schnell reagieren und Netzdienstleistungen bereitstellen können.

Die Möglichkeit, die Batterien des Rechenzentrums zur Bereitstellung dieser Dienste zu nutzen, verringert die Notwendigkeit, in Kraftwerken Betriebsreserven vorzuhalten, was die CO2-Emissionen des Energiesektors senkt, erklärte Bernhardt.

Die Batterien sind Teil der sogenannten unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) für das Rechenzentrum. Die USV im Rechenzentrum von Microsoft in Dublin verfügt über eine neue Technologie, die eine Echtzeitinteraktion mit dem Stromnetz ermöglicht.

Wenn netzinteraktive USV-Systeme die Netzdienstleistungen ersetzen, die derzeit von Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen in Irland und Nordirland bereitgestellt werden, könnten laut Baringa, einem von Microsoft beauftragten Energieberatungsunternehmen, im Jahr 2025 etwa zwei Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen vermieden werden Analysieren Sie die möglichen Auswirkungen der Technologie.

„Dies verändert definitiv die Emissionen auf nationaler Ebene“, sagte Mark Turner, ein Partner in der Energiepraxis von Baringa, der bei der Durchführung der Analyse mitgewirkt hat.

Zwei Millionen Tonnen Kohlendioxidemissionen seien etwa ein Fünftel der gesamten Emissionen, die der Energiesektor auf der gesamten Insel Irland im Jahr 2025 erwarten würde, erklärte er.

Darüber hinaus würden Endverbraucher in ganz Irland durch den Einsatz der netzinteraktiven USV-Technologie für Netzdienste Dutzende Millionen Dollar an Treibstoff und anderen Kosten einsparen, die für die Aufrechterhaltung der Betriebsreserve in Kohle- und Erdgaskraftwerken erforderlich sind.

„Der dritte Vorteil besteht darin, dass Sie den Betrag reduzieren, den Sie für die Abschaltung erneuerbarer Energien benötigen“, sagte Turner. „Das liegt daran, dass man, wenn man Gaskraftwerke einschaltet, um diesen Dienst bereitzustellen, etwas anderes abschalten muss. Oft handelt es sich dabei um erneuerbare Energien. Wenn man diese mit USV versorgt, muss man das nicht mehr tun.“

John Byrne (rechts), Betriebsleiter von Enel X UK & Ireland, und Michal Frąckowiak, Field Operations Engineer bei Enel , Irland. Foto von Naoise Culhane.

Leute, die Rechenzentren betreiben, sprechen oft von den „fünf Neunen“ der Zuverlässigkeit, was eine Abkürzung für das Versprechen an Kunden ist, dass das Rechenzentrum 99,999 % der Zeit online ist. Um dies zu erreichen, verlassen sich Rechenzentrumsbetreiber teilweise darauf, dass die Batterien in den USVs bei einem Stromausfall einschalten und die Server mit Strom versorgen, während die Notstromgeneratoren hochgefahren werden.

Der Hauptzweck des USV-Systems besteht darin, die Server mit Strom zu versorgen. Das USV-System ist immer eingeschaltet und bietet Schutz für die Server. Im Jahr 2017 begann Microsoft damit, das Potenzial zur Nutzung dieser Vermögenswerte zu erkunden.

„Das Konzept bestand darin, die USV zu verwenden, die kontinuierlichen Schutz bietet, den Controller der USV zu ändern und Dienste zurück zum Netz bereitzustellen“, sagte Ehsan Nasr, ein leitender Designforscher, der in der fortgeschrittenen Entwicklungsgruppe für Rechenzentren von Microsoft arbeitet.

„Die Netzfrequenz wird immer volatiler, da das Angebot an variabler erneuerbarer Energie im Netz zunimmt“, bemerkte Christian Belady, angesehener Ingenieur und Vizepräsident der Datacenter Advanced Development Group von Microsoft.

Dieser Anstieg der Volatilität wiederum steigere den Wert von Vermögenswerten wie Batterien, die dazu beitragen könnten, das Gleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage aufrechtzuerhalten, erklärte er.

„Wir haben diese Batterieanlage im Rechenzentrum, die einfach dasteht“, sagte Belady. „Warum bieten wir es nicht dem Netz an und entwickeln eine dynamische Möglichkeit, es als Vermögenswert mit doppeltem Verwendungszweck zu verwalten und so die Effizienz und Anlagenauslastung zu steigern? Das hat diese Win-Win-Situation vorangetrieben.“

Zu diesem Zweck arbeitete sein Team mit dem intelligenten Energiemanagementunternehmen Eaton zusammen, um eine netzinteraktive USV zu entwickeln und zu testen. Sie führten 2020 Proof-of-Concept-Experimente in einem Microsoft-Rechenzentrum in Chicago durch und haben die Technologie im Microsoft-Rechenzentrum in Quincy, Washington, weiter verfeinert.

„Wir stellen sicher, dass wir die exakte Funktionalität der USV bereitstellen und gleichzeitig Hilfsdienste zurück zum Netz mit sicherer Kommunikation zwischen dem Rechenzentrum und dem Versorgungsunternehmen bereitstellen können“, sagte Nasr.

Christian Belady, angesehener Ingenieur und Vizepräsident der Datacenter Advanced Development Group von Microsoft, steht neben einem zweiphasigen Tauchkühltank in einem Microsoft-Rechenzentrum. Foto von Gene Twedt für Microsoft.

Nachdem sich die netzinteraktive USV-Technologie als brauchbarer Anbieter von Netzdiensten erwiesen hatte, bestand der nächste Schritt darin, einen Markt mit einem Geschäftsszenario für den Einsatz zu finden, sagte Mycah Gambrell-Ermak, Hauptprogrammmanager bei Microsoft, der an diesem Projekt gearbeitet hat und ist Jetzt im Supply-Chain-Strategieteam.

Microsoft hat eine Chance in Irland gefunden, wo variable erneuerbare Energien bereits mehr als 35 % des Stroms der Insel ausmachen und dieser Anteil bis 2030 voraussichtlich auf 80 % ansteigen wird. Dieses Niveau der variablen Stromproduktion erfordert Netzstabilisierungsdienste, die typischerweise durch fossile Brennstoffe bereitgestellt werden Kraftwerke.

„In Gebieten, in denen Kommunen oder Energieversorger versuchen, von Lösungen auf fossiler Basis wegzukommen, können wir als Unternehmen bei einem Rückgang der erneuerbaren Energiereserven unsere große Last übernehmen und unsere Last reduzieren, indem wir unsere Energie aus erneuerbaren Quellen einsetzen.“ eigene Batterien zu verwenden", sagte Gambrell-Ermak.

EirGrid, der Übertragungsnetzbetreiber in Irland, betreibt einen Markt für Netzdienstleistungen, der kohlenstofffreie Lösungen priorisiert. Microsoft beteiligt sich an diesem Markt über Enel X, einen Anbieter von Energiedienstleistungen und -lösungen, der industrielle und gewerbliche Energieverbraucher in virtuellen Kraftwerken zusammenfasst.

„Versorger können uns über Aggregatoren ein Signal geben, das uns anweist, unsere Batterien zu entladen, um unsere Last auszugleichen, was dann das Netz entlastet“, erklärte Gambrell-Ermak.

John Byrne, Betriebsleiter von Enel X UK & Ireland, führt einen Systemtest der netzinteraktiven USV in einem Microsoft-Rechenzentrum in Dublin, Irland, durch. Foto von Naoise Culhane.

Laut Paul Troughton, Senior Director of Regulatory Affairs bei Enel

„Ich stelle mir Irland oft als eine Zukunftsvision vor, wie die Netze anderer Systeme aussehen werden“, sagte er.

Wenn andere Länder zu einer stärkeren Abhängigkeit von erneuerbaren Energien übergehen, werden sie mit einer ähnlichen Situation konfrontiert sein.

„Wenn Sie erneuerbare Energien hinzufügen, werden Ihre konventionellen Kraftwerke stillgelegt und Sie können nicht mehr auf sie zurückgreifen, um die Leistungen zu erbringen, die sie traditionell erbringen würden“, sagte Troughton. „Sie müssen etwas tun, um die Frequenz besser zu verwalten.“

Microsoft prüft Möglichkeiten, Netzstabilisierungsdienste mit netzinteraktiver USV-Technologie in seinen Rechenzentren auf der ganzen Welt bereitzustellen, um den Fortschritt bei der Netzdekarbonisierung weiter zu beschleunigen, sagte Bernhardt.

Die netzinteraktive USV-Initiative ist Teil der Verpflichtung des Unternehmens, bis 2030 CO2-negativ zu sein. Dazu gehören auch Experimente in Rechenzentren mit Flüssigkeitstauchkühlung für Server, Wasserstoff-Brennstoffzellen zur Notstromerzeugung sowie Betriebsänderungen zur Steigerung von Effizienz und Design wie hochdichte Kühlplattenlösungen.

„Die langfristige Vision besteht darin, die Vermögenswerte des Rechenzentrums in etwas zu verwandeln, das außerhalb unseres eigenen Betriebs gesellschaftlichen Nutzen bringen kann“, sagte Bernhardt.

Er erklärte, dass der Netzdienstleistungsmarkt von EirGrid Unternehmen wie Microsoft die Möglichkeit bietet, Lösungen bereitzustellen, die die mit dem Wachstum erneuerbarer Energien verbundenen Probleme der Netzzuverlässigkeit berücksichtigen.

„Wir können unseren Anforderungen an die Zuverlässigkeit unserer Kunden weiterhin gerecht werden, gleichzeitig aber unsere Infrastruktur nutzen, um die Zuverlässigkeit des Netzes zu gewährleisten sowie die CO2-Emissionen zu senken und die Kosten für alle Energieverbraucher zu senken.“

John Roach schreibt über Forschung und Innovation von Microsoft. Folgen Sie ihm auf Twitter.

Bild oben: Bild oben: Fast 400 Windparks in Irland erzeugen mehr als 35 % des Stroms der Insel. Das netzinteraktive USV-System von Microsoft trägt dazu bei, das Stromnetz in Zeiten auszugleichen, in denen die Nachfrage das verfügbare Angebot aus Windkraft und anderen Quellen übersteigt. Foto von Paul Briden, Adobe Stock.