Retours d'expériences

Comment minimiser la consommation liée à la climatisation et le PUE

Retour d’expérience de Dalkia Smart Building

Un retour d’expérience basé sur 4 projets d’exploitation de Datacenters entre 2016 et 2018 ) avec free cooling, sécurisés Tiers III à IV, conçus et/ou réalisés par Dalkia Smart Building. Les paramètres suivants ont été analysés :

•  Conception et Choix technologiques : Free cooling direct, indirect, geocooling…
•  Localisation: Paris...Marseille
• Taux de charge IT : 25% … 100%
•  Température de soufflage en allée froide : 10°C … 25°C

Le but de cette étude était d’identifier l’influence de ces paramètres sur le PUE.

Résultats :

Les écarts pour chaque paramètre sont les suivants :

• Zone géographique Paris Vs Marseille : +/- 2%
• Taux de charge IT 30% VS 80% : +/- 10% *
• Conception technique: +/- 10%
• Température de soufflage: 15°C Vs 25°C: +/- 10% 

Conclusions :

• Les Datacenters de proximité récents peuvent être climatisés en free cooling sans surconsommation électrique significative (PUE de l’ordre de 1,2 à 80% de charge) et sans rupture technologique ou économique.
• La conception (dont modularité) et plus encore le mode d’exploitation du site (taux de remplissage, T° de consignes) sont les facteurs clés de la performance énergétique d’un Datacenter.
• Il faut maintenant aller au-delà de l’objectif de « PUE » mais intégrer dans nos approches l’impact environnemental de la consommation globale du site.
• L’échelle du Datacenter de proximité permet d’envisager des scenarii d’intégration de Datacenter dans des projets de « transition énergétique territoriale ».

Il s’avère que selon l’étude, la température en salle est le plus gros levier d’impact du PUE. Ainsi selon cette étude, pour réduire le PUE, il n’est pas nécessaire d’adopter de nouvelles méthodes, l’on pourrait mettre en œuvre les méthodes existantes.

ZOOM SUR

Campus Digital Realty (ex-Interxion) à Marseille

Réhabilitation d’une ancienne base sous-marine en Datacenter

La solution de refroidissement « River Cooling » est une innovation environnementale de type free cooling à eau. Elle permet de réaliser un échange de calories avec l’eau d’une ancienne installation industrielle, dite Galerie à la Mer, dont la température est à 15°C toute l’année, afin de rafraîchir les Datacenters. La technologie permet
ainsi d’éviter l’usage des groupes froids, et donc de limiter la consommation énergétique des bâtiments et leur empreinte carbone.

Contexte

Point d’atterrage historique de nombreux câbles sous-marins de télécommunications, Marseille connaît un véritable engouement depuis deux décennies, concentrant une part importante des investissements mondiaux dans ce secteur. Un succès qu’elle doit essentiellement à sa situation géographique, véritable porte d’entrée de l’Europe pour les câbles arrivant d’Asie via le canal de Suez. Marseille est devenue en quelques années seulement un hub numérique de premier plan et le projet River cooling doit accompagner ce développement en apportant des solutions innovantes, plus vertueuses sur le plan environnemental et en s’inscrivant dans le développement du territoire comme une contribution au plan climat-énergie régional.

La solution énergétique mise en oeuvre pour le rafraîchissement des deux Datacenters MRS2 et MRS3 permet la valorisation d’une ressource renouvelable locale sans utiliser des machines thermiques telles que des pompes à chaleur ou des groupes froids. La ressource EnR utilisée est de l’eau douce avec une température moyenne de 15.5 °C toute l’année, qui s’écoule jusqu’à la mer sansautre usage.

L’eau de la Galerie à la mer est pompée, canalisée jusqu’au Datacenters, traverse un échangeur thermique et revient à la Galerie à la mer. L’échange thermique est contrôlé pour ne pas impacter l’environnement.

Finalement, la solution énergétique ayant été conçue pour permettre le raccordement futur au réseau d’eau tempéré de Massileo passant à proximité, l’énergie calorifique des Datacenters pourra être valorisée localement pour répondre à une partie de besoins de chaleur de la zone en développement de nouveaux logements dans un futur proche.

Le projet est réalisé avec l’appui technique de la société Dalkia Smart Buildings et le soutien technique et financier de l’ADEME.

Résultats

Le projet permet de développer une puissance thermique de 22 MW de froid sur une durée de fonctionnement de 8 760 heures par an. Le coefficient d’Efficacité Énergétique (EER) de l’installation est de 63. De plus, grâce au fonctionnement de l’installation utilisant uniquement le principe du geocooling, l’utilisation d’énergie conventionnelle pour le rafraichissement des Datacenters est fortement réduite et les rejets d’air chaud intrinsèques aux solutions classiques sur groupes froid sont supprimés, empêchant ainsi l’apparition de phénomènes d’Îlots de chaleur en été. 

Perspectives

La mise en œuvre de solution de free cooling à l’air ou à l’eau doit être accompagné en amont par l’efficience énergétique du Datacenter. Le PUE, définit par la norme ISO/IEC 30134-2:2016 et EN 50600-4-2, est certainement l’indicateur d’efficacité énergétique le plus connu et le plus utilisé pour les Datacenters. C’est le rapport entre :

• l’énergie consommée par le Datacenter EDC et  *
• l’énergie consommée par les systèmes informatiques EIT, mesurées pendant 12 mois consécutifs.

L’électricité qui n’est pas consommée par les systèmes informatiques est en très grande partie utilisée pour produire le froid qui permet d’évacuer les calories de nombreuses années à piloter et optimiser le PUE. 

Les sites MRS2 et MRS3 ont fait l’objet de ces attentions :

• conception modulaire afin d’adapter les équipements à la charge réelle et donc au juste besoin,
• travail des flux thermiques au sein des salles IT, grâce à la mise en œuvre de corridors froids et l’implantation de « blank panels » afin de diriger et de séparer les flux d’air chaud et froid,
• fixation des conditions de température et d’hydrométrie harmonisées dans les salles informatiques et conformes aux prescriptions de l’ASHRAE avec un point de consigne à 25°C,
• choix des équipements intrinsèquement performants comme les onduleurs dont le rendement est de 97% et les groupes froids qui sont associés à des dry-coolers afin de permettre un fonctionnement en free cooling lorsque la température de l’air extérieur le permet, 
• mise en œuvre des principes d’un système de management de l’énergie en fixant chaque année des objectifs ambitieux de PUE et en disposant d’un plan d’action PUE revu mensuellement par une équipe opérationnelle et transversale, 
• contribuer à la production d’électricité renouvelable via l’achat de certificats garantie d’origine pour 100% de l’électricité consommée. 

En complément, Digital Realty (ex-Interxion) a mis en œuvre pour ces Datacenters sur un logiciel de gestion de la performance énergétique des sites permettant ainsi une véritable gestion opérationnelle au quotidien.

Au final, la conjonction de toutes ces solutions techniques et l’exploitation des ressources renouvelables disponible doit permettre d’atteindre un PUE objectif à pleine charge de 1,2.

DATAZERO

Projet de recherche et de développement

Le projet DATAZERO (https://www.irit.fr/datazero/index.php/en/) (2015-2019) est porté par l’IRIT Toulouse et réalisé en partenariat avec EATON France, l’Institut Femto-ST et le laboratoire LAPLACE. DATAZERO vise à concevoir des centres de
données de taille moyenne allant jusqu’à 1 000 m2 et 1 MW pouvant exploiter efficacement plusieurs sources d’énergies renouvelables. Deux sources d’énergie renouvelables ont été considérées : l’énergie éolienne et l’énergie solaire.

La principale problématique est l’adéquation entre la production d’ENR, qui par nature est intermittente, et la consommation électrique des centres de données. Pour ce faire, des algorithmes basés sur la théorie des jeux permettent :

•  d’adapter la charge informatique à la production d’énergie ;
•  d’aligner la production et le stockage d’énergie à la charge informatique.

DATAZERO propose également un stockage local de cette énergie : les batteries lithium-ion et le stockage hydrogène. Les batteries prennent en charge les variations sur des temps courts (par exemple les changements jour et nuit). Le stockage d’hydrogène prend en charge les variations saisonnières. 

Le stockage hydrogène combine les fonctions électrolyseur, réservoir et pile à combustible qui sont commandées par des convertisseurs de puissance :

•  L’électrolyseur génère de l’hydrogène à partir de l’eau ;
•  Le réservoir stocke cette production ;
•  La pile à combustible génère l’électricité à partir de l’hydrogène.

Les expérimentations ont été réalisées sur un cloud OpenStack alimenté par des cellules photovoltaïques et des piles à combustion. Ces expérimentations ont montré l’applicabilité du prototype DATAZERO à des cas d’étude réels.

Bénéfices globaux du projet :

• À partir d’une charge IT et un passé météorologique on peut réaliser un dimensionnement du panneau solaire, de l’éolienne…) ;
• En rejouant des traces avec des modèles de prévision on peut simuler un Datacenter fonctionnant avec des énergies renouvelables ; 
• La plateforme DATAZERO peut être testée sur des cas d’études réels.

Applicabilité :

•  Centres de données de taille moyenne allant jusqu’à 1 000 m2 et 1 MW ;
•  Disposer de sources d’énergies renouvelables. 

Perspectives :

DATAZERO est un prototype qui fonctionne, cependant pour avoir une version plus aboutie, les porteurs du projet vont évaluer :

•  La robustesse des algorithmes ; 
•  La reconfiguration dynamique des connexions électriques.

Ainsi, le projet DATAZERO 2 prend la suite de DATAZERO pour rajouter ces fonctionnalités.

Zoom sur

Le geocooling au service du Datacenter

Retour d’expérience

CAP INGELEC a réalisé pour l’Université de Grenoble un Datacenter d’une puissance de 300 kW IT au sein du bâtiment « PILSI Recherche ». Celui-ci est conçu avec un traitement climatique en free cooling tout air, complété par des groupes froids de
200kW et un refroidissement par eau de nappe phréatique (geocooling).

Contexte
Dans le cadre du projet Campus 2025, CAP INGELEC a participé à la réalisation en Partenariat Public Privé (PPP) de 3 bâtiments. Trois opérations immobilières coordonnées ont contribué à revaloriser le patrimoine immobilier de l’Université de Grenoble. Ce projet constitue le plus important investissement réalisé sur le domaine universitaire depuis plus de 30 ans.

Résultats
Grâce au refroidissement free cooling direct et geocooling, ce Datacenter a atteint un PUE inférieur à 1,25. 

Perspectives

Contrairement aux technologies de refroidissement adiabatique, très consommatrices en eau, l’utilisation des frigories d’une source froide (nappe , rivière, océans, etc.) peut représenter une solution plus écologique.

Autres informations

• Organisation : Pôle de recherche et d’enseignement supérieur
• Ville : Grenoble (38)
• Pays : France

Exemple de l’éco-quartier de Nanterre Coeur Université

Projet en cours de construction

Chiffres clés

•  76 000m2 de logements/bureaux/commerces
•  > à 60 % EnR&R
•  5 sources d’énergie locales
•  27 ans de garantie de résultats 

Vidéo de présentation : https://www.youtube.com/watch?v=PfET8At97Vo

Supervision et suivi énergétique d’un Datacenter de dernière génération

85 baies – surface : 530m2 – PUE 1,2

Le Datacenter NETICENTER Nîmes du groupe NETIWAN installé dans le sud de la France 

(30230 BOUILLARGUES)

Contexte
Réaliser la supervision de la chaine électrique depuis l’alimentation à la distribution dans les baies. L’objectif était d’obtenir des métriques de consommation électrique fiables et précises pour le pilotage du site, et pour informer chaque client hébergé de sa situation.

Il s’agissait également de suivre en continu la chaine de froid pour optimiser son utilisation au regard des contraintes des températures extérieures, des conditions environnementales des salles et du respect de l’environnement. La chaine froid est
réalisée en free cooling adiabatique (N+1). Le suivi de température et d’hygrométrie, sur plusieurs points des salles et du réseau aéraulique a été réalisé en Wireless via un réseau privé LoRA, qui permet simplement et rapidement de faire évoluer l’installation en fonction des besoins. La maitrise des protocoles Modbus, SNMP, BACnet, LoRa et TIC était indispensable pour collecter les données sur l’ensemble des composants.

Résultats

Plusieurs tableaux de bord et KPI permettent à l’équipe de pilotage du Datacenter de suivre en continu les « utilités », de maintenir en conditions opérationnelles les infrastructures qui hébergent les clients, et d’informer en temps réel les équipes techniques et les clients.

Le PUE est suivi en continu pour s’assurer du bon niveau de rendement du Datacenter. Les alarmes techniques sont transmises par e-mail et SMS au personnel de maintenance. Les métriques ont permis de valider l’étude théorique du Datacenter, d’optimiser le pilotage de la chaine électrique et de la chaine de froid. Pendant la canicule de 2019, les métriques en continu, via les tableaux de bord, ont permis de conduire sereinement la production.

Perspectives

•  Le groupe électrogène est actuellement supervisé par les contacts secs. La connexion de sa liaison Modbus permettra d’obtenir un reporting plus complet de son état.
• Un comptage sur la consommation d’eau permettra de calculer le KPI WUE, qui mettra en évidence la faible consommation d’eau de la batterie adiabatique.
• Un KPI pour suivre la performance des UPS en continu sera prochainement calculé et suivi en continu, pour s’assurer du bon rendement des UPS en production.
• L’exploitation des métriques permettra de prévoir le déploiement des ressources électriques et froid supplémentaires en fonction de la demande, au regard de l’expérience acquise et des nouvelles demandes clients.
• L’infrastructure du Datacenter est d’ores et déjà prévue pour une montée en puissance progressive jusqu’à 630 KW IT.

Autres informations
Projet piloté par le BET JERLAURE
Contact : Thierry CHENAVAS - Inneasoft