Innovatief gebruik van restwarmte uit datacenters

11 juli 2018

(artikel) De dag en nacht draaiende servers van datacenters leveren restwarmte die tot op heden nauwelijks werd benut. Op steeds meer plaatsen wordt nu gezocht naar nuttige toepassingen voor deze ‘verloren’ energie.

Tekst: Jeroen Sweijen

Met ons allen produceren en gebruiken we steeds meer data die opgeslagen worden in steeds grotere datacentra. Die dataopslag levert een grote hoeveelheid warmte als bijproduct op. Deze restwarmte is in feite afvalwarmte: energie die geproduceerd wordt door een bedrijf waarvan de doelstelling niet het produceren van energie of warmte is.

Kansrijke markt
Tot voor kort ging dit kostbare bijproduct meestal verloren. De laatste jaren worden echter steeds meer studies en projecten opgezet waarbij men iets met deze afvalwarmte probeert te doen. Vaak gaat het hierbij om geïsoleerde initiatieven. Voor datacentra is warmte-opwekking geen corebusiness, projectontwikkelaars weten er te weinig van, en potentiële klanten zijn er nauwelijks omdat ze vaak niet eens weten dat de mogelijkheid bestaat. Toch ligt hier, zeker met het oog op de energietransitie, een kansrijke markt open. In Nederland steken de eerste projecten voorzichtig de kop op. Elders in Europa zijn deze projecten al werkelijkheid, zoals in Frankrijk, waar enkele woonwijken en bedrijventerrein inmiddels zijn aangesloten op warmtenetwerken die worden gevoed door de restwarmte van datacentra.

Warmtewisselaar
Want inderdaad, deze bron van warmtevoorziening heeft potentie. Datacentra hebben een gigantische hoeveelheid energie nodig om te kunnen functioneren, en de meeste servers draaien 24 uur per dag, 7 dagen in de week. Een datacentrum van 10.000 m² verbruikt gemiddeld evenveel elektriciteit als een stad van 50.000 inwoners en verspilt daarvan een groot gedeelte: de helft van de gebruikte energie dient voor koeling van de servers. Datacentra beschikken over koelsystemen die de warmte als afvalproduct behandelen en afvoeren, meestal naar de buitenlucht. Daar zou een warmtenetwerk gebruik van kunnen maken, met behulp van een warmtewisselaar die de restwarmte van de miljoenen draaiende servers kan opvangen en overbrengen op een warmtenetwerk. Daar komt eventueel wel een compatibiliteitsprobleem bij kijken: de meeste warmtenetwerken functioneren met temperaturen van 60 tot 80 °C – of zelfs meer – terwijl de opgevangen warmte uit datacentra voor watertemperaturen tot zo’n 50 °C kan zorgen.
Het idee van restwarmtegebruik voor stadswarmte is op zich overigens niet nieuw: in Londen worden sinds enkele jaren woningen verwarmd met de restwarmte van de metro, in Zweden bestaan dergelijke initiatieven rond stadsverwarming op basis van restwarmte al tientallen jaren, en uiteraard wordt ook restwarmte uit energiecentrales al op grote schaal ingezet. Datacentra als potentiële grote warmteverstrekker zijn echter een nieuw fenomeen.

Woonwijken en zwembaden
Op verschillende plekken in Europa wordt met deze nieuwe techniek geëxperimenteerd. Zo loopt in de wijk Suvilahti in Helsinki een proef waarbij een datacentrum met een capaciteit van 2 MW zo’n 1.000 appartementen verwarmt. De warmte die de servers produceren, wordt via warmtepompen naar de stadsverwarming gevoerd die op zijn beurt weer voor de koeling van de serverruimtes zorgt. Het is een perfect circulair systeem. De restwarmte dient als warmtebron voor een woonwijk, en de afvalkoude daarvan dient als koelingsbron voor het datacentrum.
Dalkia, een dochteronderneming van de Franse bedrijven Veolia en EDF, pioniert met een ruim opgezet experimenteel project bij het industriegebied Val-d’Europe in Marne-la-Vallée, ten oosten van Parijs. Het is het eerste project in Frankrijk van deze omvang met als doel een complete woonwijk te voorzien van warm water en verwarming, via een netwerk met meer dan 4 kilometer aan leidingen. De woonwijk en het datacentrum grenzen hier aan elkaar, wat een voorwaarde is voor optimaal gebruik van de geproduceerde warmte. Hoe verder de woonwijk van het datacentrum ligt, hoe groter het transportverlies. De eerste stap in het project bestond uit aansluiting het plaatselijke zwembad, dat sinds september 2012 gebruikmaakt van de restwarmte om het zwemwater tot 30 °C te verwarmen. Enkele maanden later volgde een bedrijfsverzamelgebouw van 1.800 m², waarvan inmiddels is gebleken dat de gebruikers ervan erg tevreden zijn over het resultaat van de aansluiting. Bijkomend voordeel is dat de CO₂-uitstoot van het zwembad en de bedrijven met 90 procent is afgenomen.

>>> Volgens onderzoekers zullen datacenters in 2030 tussen de 3 en 13 procent van het wereldwijde elektriciteitsgebruik voor hun rekening nemen.  

Toekomstplannen
Op termijn wil men het project uitbreiden tot 26 GWh warmtelevering per jaar, genoeg om 600.000 m² aan woningen, kantoren en de hotels van Eurodisney te verwarmen. De kostprijs bedraagt op dit moment 8 eurocent per geproduceerde kWh. Dat is duurder dan het gebruik van gas of stookolie in Frankrijk, maar goedkoper dan de toepassing van elektriciteit. In de toekomst hoopt het bedrijf goedkoper te kunnen leveren. Dalkia geeft als extra voordeel aan dat deze energie altijd beschikbaar is, en niet onderhevig aan de schommelende prijzen van fossiele energiebronnen. Toch blijkt het vooralsnog lastig om andere partijen te overtuigen: de aanlegkosten zijn erg hoog en de ROI (return of investment) wordt nog niet gegarandeerd.

Woningen in Nantes
Een zwembad laten verwarmen door een datacentrum is niet nieuw: in de Zwitserse gemeente Uitikon wordt het zwembad al een decennium lang verwarmd door Gib-services, in samenwerking met IBM. Het koelsysteem pompt het koude water langs de servers, die daardoor afkoelen en hun warmte afgeven aan het zwembadwater. In Nantes (West-Frankrijk) is de sociale woningbouworganisatie een vergelijkbaar project begonnen. In een wijk aan de noordkant van de stad wordt het water verwarmd met behulp van een ondergronds dataopslagcentrum. Luc Stéphan, directeur innovatie bij Nantes Métropole Habitat: “Wanneer een bewoner gaat douchen, wordt het water tot 45 °C voorverwarmd door de warmte die door de draaiende servers wordt geproduceerd. Deze warmte wordt opgenomen door olie die een waterleidingnetwerk verwarmt. Dit warme water wordt vervolgens opgeslagen in een warmwaterreservoir, voor direct gebruik door de bewoners.” Om de benodigde 60 °C voor tapwater te bereiken, gebruikt men nog steeds aardgas als aanvullende energiebron. Toch levert het datacentrum voor Nantes Métropole Habitat een gasbesparing van 40 procent op, en het datacentrum zelf bespaart op de elektriciteitsrekening, omdat het nauwelijks of geen koudegroepen meer nodig heeft.
Johanna Rolland, burgemeester van Nantes, is uitermate tevreden over dit initiatief: “Informatietechnologie in dienst van milieubewustheid en wooncomfort, het is een perfecte demonstratie hoe synergie tussen bedrijven en collectieve innovatie de stad van morgen kan ontwerpen.” Nantes heeft al verschillende nieuwe plannen voorbereid, voor andere woonwijken en, ook daar weer, een zwembad.

Plantenserre
Ook andere toepassingen zijn mogelijk. Het datacentrum van TelecityGroup in Aubervilliers bij Parijs herbergt sinds 2010 een arboretum (bomentuin) en een plantenserre met een mediterraan klimaat. De bijbehorende warmte wordt gegenereerd dankzij de warme lucht die de serverruimtes uitstoten. De experimentele serres worden gebruikt door botanische wetenschappers die onderzoeken welke bomen en planten het meest geschikt zijn voor bossen en parken, als het klimaat verder opwarmt.
In datzelfde straatje past het nieuwe project langs de A4 vlakbij Schiphol, waar Alliander DGO met zijn partners een energiesamenwerking start tussen glastuinbouwgebied PrimA4a en de Green Datacenter Campus op bedrijventerrein Schiphol Trade Park. De datacentra zullen daarbij als warmtebron gaan functioneren voor de glastuinbouw.

Vloeistof uit groente
Nog innovatiever lijkt het project Tortellino HPC van het Italiaanse bedrijf SER TEC. Bij dit project worden de servers ondergedompeld in een isolerende vloeistof die uit groente wordt gewonnen. Deze diëlektrische vloeibare omgeving zorgt niet alleen voor de koeling van de servers, hij maakt het ook mogelijk om de restwarmte op te vangen en hem te gebruiken voor verwarming van nabijgelegen gebouwen. De techniek zorgt er tevens voor dat de apparatuur op een stabiele, ideale temperatuur kan worden gehouden, waardoor hij minder elektriciteit gebruikt. Verrassend bijkomend voordeel is dat de isolerende vloeistof de gevoelige elektronische bestanddelen beschermt tegen stof.

> Leestip: Het Nederlandse Asperitas richtte eerder dit jaar een business unit op voor projecten op het gebied van circulaire energie met restwarmte uit datacenters