Choisir entre durabilité et disponibilité

Les nouvelles alimentations sans coupure (UPS) sont souvent basées sur la technologie des batteries lithium-ion (Li+) qui est se généraliser dans tout, des voitures aux ordinateurs. Cela s’accompagne souvent d’une revendication d’une plus grande durabilité qui pourrait aider à soulager la pression sur les opérateurs pour des centres de données plus écologiques.

Pourtant, l’image de la durabilité autour des batteries Li+ n’est pas claire, avec des défis liés à l’exploitation minière et à la fabrication toujours pas résolu.

Cependant, Janne Paananen, responsable de la technologie des systèmes d’alimentation critiques d’Eaton Europe, Moyen-Orient et Afrique (EMEA), déclare que les opérateurs doivent adopter une vision globale de tous les problèmes affectant la gestion de l’alimentation, « penser plus intelligemment » au rôle de l’onduleur plutôt que d’acheter le le plus écologique ou le plus efficace.

Au lieu de cela, Paananen suggère que les opérateurs doivent commencer à utiliser plus intelligemment les actifs existants, en réduisant la consommation globale pour économiser les coûts et les ressources environnementales à la fois.

“Lorsque vous ne pensez plus en silos, cela signifie que vous n’avez plus besoin de créer des systèmes distincts spécialement conçus pour tout”, explique Paananen. « Pensez à l’ensemble du système d’équipement électrique à la fois : tout ce qui est connecté, comment il peut contribuer ».

Ciarán Forde, responsable du centre de données et du segment informatique chez Eaton EMEA, est d’accord, notant que les fournisseurs développent souvent des produits orientés vers le développement durable avec de multiples éléments communs. « Demandez-vous ce que cette infrastructure peut faire pour vraiment faire avancer la question de la durabilité ? »

Le problème principal est que l’électricité est toujours principalement produite via des centrales au pétrole et au charbon, dit-il. Un centre de données dépendant des combustibles fossiles pour l’électricité peut être efficace au maximum, sans pour autant faire avancer le programme de développement durable de son opérateur ou des utilisateurs qui en dépendent.

Bien entendu, l’onduleur réduit les risques de perturbation en cas de problème en offrant un espace de respiration pour accélérer la génération de sauvegarde sur site, garantissant la résilience des applications et des charges de travail. Cependant, une plus grande durabilité peut être atteinte, suggère Forde, en considérant UPS comme un point focal.

L’UPS fait partie du centre névralgique du réseau énergétique, ce qui signifie que l’UPS durable, quelle que soit la technologie, doit intégrer la bonne intelligence.

Par exemple, un onduleur intelligent qui surveille les besoins et prédit la demande peut aider à compenser la consommation d’énergie du centre de données en permettant de restituer l’énergie stockée au réseau pour les autres à utiliser.

Le datacenter peut devenir un prosommateur : augmenter la pérennité globale de ses systèmes et opérations, surtout s’il commence à fournir de l’électricité au réseau via des sources renouvelables, peut-être en installant des panneaux solaires.

« Si vous permettez réellement au gestionnaire de réseau d’adopter davantage d’énergies renouvelables, votre contribution à la durabilité est alors d’un ordre de grandeur supérieur à des ajustements ici et là sur l’efficacité à l’intérieur des quatre murs du centre de données », explique Forde.

Paananen ajoute que les anciennes technologies telles que les batteries au plomb ne sont pas nécessairement moins respectueuses de l’environnement – avec de nouvelles techniques métallurgiques et hydrométallurgiques en cours d’exploration, des usines de recyclage construites et des stratégies de traçage des composants, telles que le Alliance mondiale des batteries Passeport batterie Li+, en cours de développement.

« Vous pouvez recycler 99 % du plomb des batteries et ainsi de suite. Avec les batteries au lithium jusqu’à présent, elles dureront 10 à 15 ans en fonctionnement, vous ne vous attendez donc pas à une quantité raisonnable de matériaux recyclables provenant des nouvelles batteries au lithium avant 2030 », explique Paananen.

Marc Garner, vice-président britannique et irlandais de l’alimentation sécurisée chez Schneider Electric, note que les impacts environnementaux du lithium à certains stades du cycle de vie peuvent être plus élevés que certaines alternatives « concurrentielles ». Cependant, cela peut souvent être compensé par des avantages à d’autres étapes du cycle de vie.

« Des études ont montré que, sur 10 ans, Li+ livré un coût total de possession inférieur de 10 à 40 % que les systèmes équivalents utilisant la technologie plomb-acide régulée par valve (VRLA).

Schneider considère que les opérateurs historiques choisissent également les onduleurs alimentés par batterie Li+ dans le cadre de « stratégies de modernisation et de gestion de l’énergie » – d’autant plus que les batteries Li+ ne sont désormais que 1,2 à 2 fois plus chères que les VRLA.

« Ils offrent également un cycle de vie deux à trois fois supérieur à celui des batteries VRLA, des recyclages de charge deux à trois fois plus rapides, un encombrement réduit et un poids plus léger. Certains modèles Li+ triphasés offrent des options intelligentes de stockage d’énergie.

Partenariat fournisseur de technologies intelligentes Wärtsilä sur UPS a démontré des économies d’investissement moyennes de 27 % et une réduction des émissions de 20 %. Au fil du temps, la conformité réglementaire s’accompagne de l’évolution de la technologie ainsi que des options de reprise ou d’échange pour l’onduleur et le remplacement de la batterie en fin de vie, ajoute Garner.

Ce que dit la science

Nuria Tapia Ruiz, maître de conférences à l’Université de Lancaster, étudie les matériaux de stockage d’énergie relatifs aux technologies des batteries. Elle convient que le tableau de la durabilité est complexe.

“Li+ n’est pas si durable”, confirme Ruiz. “Mais le lithium et une combinaison de ratios de nickel, de cobalt et de manganèse peuvent fournir la densité d’énergie la plus élevée et peuvent donc stocker beaucoup de charge.”

Lithium non seulement réagit avec l’air et l’eau, mais son exploitation minière est associée à de multiples problèmes environnementaux. Le nickel extrait des sulfates génère des substances toxiques le dioxyde de soufre.

Congolais mines de cobalt non seulement utiliser travail des enfants mais causent des problèmes de santé liés à la pollution, notamment par la contamination de l’eau potable. Pendant ce temps, gagner transparence totale sur la fabrication des batteries et les chaînes d’approvisionnement boucler la boucle et éliminer les déchets inutiles reste difficile.

Environ 70 % du cobalt contenu dans les batteries provient de la République démocratique de Congolais, Ruiz dit : « Du côté de l’anode, nous avons du carbone. Ce qui, encore une fois, pose des problèmes de durabilité car le carbone est fabriqué à partir de coke. »

La technologie actuelle des batteries semble être un tremplin dans la bonne direction plutôt qu’une solution de durabilité.

« Si nous envisageons la durabilité, nous nous orienterons vers l’évolution des matériaux cathodiques vers, par exemple, le phosphore, l’oxygène, le fer et le lithium – en éliminant le cobalt et le nickel », explique Ruiz. « D’autres technologies durables que nous examinons incluent le sodium-ion (Na+). »

La technologie Na+ est un intérêt de recherche de Ruiz et une prochaine étape importante pour les technologies de batterie – surtout si l’on considère que le deuxième plus grand fabricant de batteries CATL a dévoilé sa première génération de batteries Na+ comme alternative Li+ en juillet, prévoyant la préparation de la chaîne d’approvisionnement d’ici 2023.

« Et dans 20 ans, les batteries au calcium ou au magnésium sont très prometteuses », déclare Ruiz. “Ils ont plus de potentiel dans la matrice de performance.”

Pendant ce temps, la recherche continue sur l’amélioration des technologies et des applications Li+.

Meilleures pratiques en matière de durabilité UPS pour aujourd’hui

Tony Lock, analyste distingué chez Freeform Dynamics, affirme que les opérateurs de centres de données doivent atteindre leurs objectifs de durabilité en se concentrant d’abord sur leurs bases : évaluer la criticité des applications et des services, sur quelles plates-formes ils doivent s’exécuter, à quel point les serveurs et le stockage sont efficaces, etc.

« Qu’est-ce que vous exécutez réellement dans votre centre de données pour lequel vous avez vraiment besoin d’une disponibilité continue ? Toutes les charges de travail ne sont pas égales. Même si presque tous ceux qui utilisent une charge de travail prétendent qu’elle est essentielle à la mission, beaucoup d’entre eux ne le sont pas », déclare Lock.

Certains peuvent avoir besoin de moins de batterie de secours, arrêtant les charges en douceur lorsqu’elles ne sont pas nécessaires, limitant la taille de l’onduleur et des alternatives systèmes d’alimentation nécessaire en cas de panne.

« Croyez-moi, j’étais dans le centre de données lorsque toute l’alimentation a disparu, en fait environ 15 minutes avant de tester la batterie du générateur diesel de secours », explique Lock. “Nous avons blâmé les électriciens pour cela, mais c’était en fait une alarme incendie.”

Quant aux alternatives, Lock conseille : « Utilisez certaines des technologies de volant d’inertie, comme les gros ressorts, qui sont apparues – vraiment bien si vous n’avez pas besoin de faire fonctionner les choses pendant des heures. Ceux-ci peuvent prendre une charge d’entretien.

Tout revient à ne faire fonctionner les choses que si vous en avez vraiment besoin, souligne Lock.

Les centres de données devraient également disposer de fournisseurs d’électricité alternatifs, via un routage diversifié ; de cette façon, il y a d’autres alimentations via des fils différents auxquels on peut accéder.

« Minimisez la quantité de systèmes moins respectueux de l’environnement, y compris les systèmes UPS qui stockent la capacité », explique Lock. “Et une population plus instruite grandit et sera des actionnaires déterminés à rendre les organisations aussi vertes que possible – ce facteur social a radicalement changé au cours des cinq dernières années.”

Chris Brown, directeur technique de Institut de disponibilité, ajoute qu’un onduleur à rotor ou un gros volant d’inertie a une masse et donc une inertie, ce qui sera avantageux dans certaines situations – par exemple, si vous produisez de l’énergie plutôt que de simplement la consommer – mais pas dans d’autres.

« Du côté de l’onduleur statique, vous pouvez utiliser un petit volant d’inertie pour remplacer les batteries. Le problème avec cela est maintenant votre autonomie typique de batterie sur un onduleur statique, quelque part entre cinq minutes et heures, selon le nombre de batteries que vous souhaitez mettre dans un volant, vous donnera environ 18 secondes », explique Brown. « Donc, vous avez besoin d’un générateur à démarrage rapide ou de quelque chose de cette nature qui lui est associé, mais cela élimine le besoin de batteries. »

Une autre option est double conversion empiler l’onduleur, en utilisant un redresseur pour convertir le courant alternatif en courant continu qui sera ensuite utilisé pour charger les batteries, puis reconvertir le courant continu via l’onduleur en courant alternatif pour alimenter l’onduleur. Lorsque certaines fonctionnalités sont converties de CA en CC, vous supprimez toutes les anomalies de puissance. Vous pouvez également utiliser un mode « éco » qui contourne l’onduleur jusqu’à ce que le courant disparaisse, explique Brown.

Ce dont le centre de données a besoin pour la durabilité, c’est la meilleure efficacité énergétique possible et le meilleur stockage sur batterie avec le plus faible impact environnemental global tout au long du cycle de vie – “brûler le plus petit nombre de dinosaures morts” dans le processus, dit-il.

Brown dit qu’Uptime a même entendu dire que certaines compagnies d’assurance repoussent l’utilisation du Li+ en raison du risque d’incendie. Mais il n’y a pas de réponse parfaite à la question de la gestion optimale de l’alimentation via UPS.

« Vous pouvez contrôler l’espace dans lequel les batteries se trouvent, pour des conditions optimales qui prolongeront leur durée de vie – en sélectionnant la technologie de batterie adaptée à l’utilisation que vous allez en faire », explique Brown.

« L’autre chose, c’est le soutien. Lorsque vous parlez de techniciens de batterie qui peuvent prolonger la durée de vie de la batterie simplement en sachant quoi en faire, c’est autant un art qu’une science. Avec beaucoup d’expérience, ils valent leur pesant d’or, mais tous les centres de données ne disposent pas de ce type d’expertise.