Avec la croissance de la demande de stockage d’énergie viennent des défis, et les solutions se trouvent dans une source inattendue : l’innovation des centres de données.
Le stockage d’énergie est essentiel pour construire un avenir à faible émission de carbone et réduire la dépendance aux combustibles fossiles. Il soutient la croissance des énergies renouvelables, l’électrification et la numérisation à travers le monde. Le stockage d’énergie est particulièrement important pour l’adoption généralisée de technologies comme la production d’énergie renouvelable et la recharge des véhicules électriques. L’expansion des centres de données hyperscale pour soutenir l’expansion de l’IA sera cruciale. Puisque les sources d’énergie renouvelable ne peuvent pas produire de l’électricité à la demande comme le font les technologies de génération d’énergie traditionnelles, l’énergie doit être stockée de manière fiable dans toutes ces applications pour combler le fossé entre le moment où elle est générée et lorsque les consommateurs en ont besoin. La demande de stockage d’énergie croît, mais avec cette croissance viennent des défis. Pour répondre à certains de ces défis, les concepteurs, ingénieurs et fabricants de systèmes de stockage d’énergie par batterie peuvent apprendre des innovations d’une autre industrie en pleine expansion : les centres de données.
Salle de serveurs d’un centre de données. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Adobe Stock
Combler le fossé, renforcer la résilience
Les systèmes de stockage d’énergie par batterie aident à combler le fossé entre la génération et l’utilisation d’énergie en stockant de l’énergie dans des batteries à un rythme et un moment prescrits. Cela découple le temps de génération du temps d’utilisation et permet de fournir de l’énergie lorsque les consommateurs en ont besoin. À mesure que la technologie de stockage d’énergie par batterie s’améliore, l’utilisation des ressources renouvelables augmente tout en améliorant la fiabilité du réseau électrique et la stabilité des prix pour les consommateurs.
Le stockage d’énergie par batterie améliore la résilience du réseau. Chaque année, davantage de systèmes, y compris les véhicules, dépendent de l’électricité – cette demande accrue place une pression sur l’infrastructure réseau. En plus de la modernisation du réseau électrique – un projet important déjà en cours – la construction de plus de solutions de stockage d’énergie peut aider à alléger la pression sur les opérateurs de réseau. Les systèmes de stockage d’énergie par batterie peuvent être connectés à des ressources énergétiques distribuées comme l’énergie solaire en toiture, réduisant les coûts énergétiques en utilisant l’énergie stockée lorsque l’électricité du réseau est particulièrement chère.
Le stockage d’énergie peut améliorer la résilience du réseau et combler le fossé entre la génération d’énergie renouvelable et son utilisation. Image utilisée avec l’aimable autorisation de nVent
Adoption accrue, empreinte réduite, plus de chaleur ?
Les systèmes de stockage par batterie doivent devenir plus petits pour répondre à la demande croissante de stockage d’énergie. L’Agence internationale de l’énergie renouvelable estime qu’à l’horizon 2050, 90 % de l’électricité dans le monde pourrait provenir des énergies renouvelables. Ce changement requiert à la fois la génération d’énergie renouvelable et le stockage énergétique. À mesure que les terrains de premier choix pour l’exploitation éolienne et solaire diminuent, les entreprises de production d’énergie doivent prioriser l’utilisation de l’espace disponible pour maximiser la production d’électricité renouvelable. Chaque pied carré dépensé à stocker de l’énergie plutôt qu’à la générer représente des bénéfices perdus et moins d’électricité pour alimenter un avenir durable. La réduction de l’empreinte est également importante pour les stations de recharge de véhicules électriques. Alors que l’infrastructure des véhicules électriques s’étend, les stations de recharge doivent limiter leur empreinte pour répondre à la demande dans les villes et communautés congestionnées. Cela est particulièrement vrai lorsqu’elles sont installées à côté de pompes à essence existantes sans augmenter l’immobilier disponible.
La technologie des batteries s’améliore constamment ; des batteries plus petites et plus puissantes sont disponibles chaque année. C’est un élément important pour les installations de stockage d’énergie plus petites, mais ce n’est pas tout. Les batteries génèrent beaucoup de chaleur, donc la densité de chaleur des installations plus petites peut être significative avec des batteries placées de plus en plus près les unes des autres pour augmenter la densité énergétique du système. Maintenir les batteries à des températures adéquates pour garantir la sécurité et la fonctionnalité des installations est essentiel. Cela n’est pas une tâche facile – heureusement, il y a des leçons à tirer d’autres secteurs.
L’industrie des centres de données a adopté la technologie de refroidissement liquide pour soutenir l’informatique haute performance de prochaine génération, allant des conduites de liquide refroidi pour compléter la performance des méthodes de refroidissement par air à la submersion complète des équipements dans des liquides non conducteurs. Image utilisée avec l’aimable autorisation de nVent
Centres de données et innovation dans le refroidissement
Les puces haute performance utilisées dans les technologies informatiques de prochaine génération comme l’IA et l’apprentissage machine (ML) consomment beaucoup d’énergie pour fonctionner et produisent plus de chaleur que les générations précédentes de puces. Les gestionnaires de centres de données doivent faire face à ces charges thermiques élevées tout en pouvant évoluer pour répondre à la demande. De plus, avec la demande fulgurante pour l’IA, l’augmentation des capacités ne peut pas dépendre de l’acquisition d’un plus grand espace physique. La demande de données dépasse la capacité de l’industrie à construire de nouveaux centres de données. De la même manière que les fabricants de systèmes de stockage d’énergie par batterie essaient de réduire la taille et d’augmenter la puissance de leurs systèmes, les gestionnaires et ingénieurs de centres de données doivent souvent résoudre le problème technique d’ajuster davantage de serveurs plus chauds dans un espace limité.
Traditionnellement, la technologie des centres de données, tout comme la technologie de stockage d’énergie, s’est appuyée sur le refroidissement par air : une technologie de refroidissement qui repose sur le rejet ou l’aspiration de l’air refroidi à travers des racks. Cependant, les puces de prochaine génération et d’autres infrastructures d’IA nécessitent des méthodes de refroidissement plus avancées pour éviter la surchauffe. Dans de nombreux cas, les systèmes de refroidissement à air ne peuvent tout simplement pas générer suffisamment de puissance de refroidissement pour répondre aux exigences de l’informatique de prochaine génération. Lorsque les systèmes de refroidissement à air travaillent plus fort pour maintenir des températures optimales, les installations peuvent faire face à des pannes de matériel, des arrêts imprévus et des coûts énergétiques exorbitants. Pour de nombreux centres de données, les technologies de refroidissement liquide peuvent offrir de meilleures performances tout en réduisant la consommation d’énergie et en aidant les centres de données à fonctionner de manière plus durable.
Le refroidissement liquide implique un éventail de technologies, allant de l’utilisation de conduites de liquide refroidi pour compléter la performance du refroidissement par air à la submersion totale des équipements dans des liquides non conducteurs. Le refroidissement liquide est efficace car le liquide offre une capacité de transfert de chaleur bien plus grande que l’air. Il peut également être pompé plus près de la source de chaleur, capturant et transportant la chaleur hors du système depuis le point où elle est générée. Cela aide le refroidissement liquide à augmenter l’efficacité de l’utilisation énergétique, à gérer efficacement les charges thermiques, à réduire les coûts énergétiques et à contribuer à la durabilité environnementale.
Rendu d’une installation de stockage d’énergie utilisant la technologie de refroidissement liquide pour intégrer un grand nombre de batteries dans une installation de conteneur. Image utilisée avec l’aimable autorisation de nVent
Avantages et mise en œuvre des applications de stockage d’énergie
Le refroidissement liquide fonctionne dans les applications de stockage d’énergie en utilisant un refroidisseur pour pomper un fluide refroidi à travers le système en boucle fermée, avec un contrôle de précision ajustant la température et le débit du fluide pour maximiser l’efficacité. Un liquide chaud ou froid circule à travers des tuyaux et des collecteurs vers des racks de batteries. Le liquide est pompé à travers des conduites de refroidissement vers chaque batterie et revient au refroidisseur, où il est refroidi et recirculé. L’ensemble du système est un circuit totalement fermé, minimisant ainsi les risques de fuites ou de contact du liquide avec l’infrastructure électrique. Cependant, des systèmes liquides fiables sont nécessaires pour minimiser le risque de fuites.
De la même manière que les gestionnaires de centres de données souhaitent prioriser l’utilisation d’énergie pour le calcul plutôt que pour les infrastructures de refroidissement, les fabricants de systèmes de stockage d’énergie par batterie cherchent à réduire le coût total de l’énergie (TCOE). Cela représente le coût d’une installation de stockage d’énergie, y compris l’infrastructure de soutien. En augmentant la capacité de refroidissement et la fiabilité des systèmes de stockage d’énergie par batterie avec le refroidissement liquide, les fabricants de modules de batterie peuvent intégrer plus de batteries à haute densité énergétique plus près les unes des autres et augmenter la capacité de puissance de leurs installations sans augmentations extrêmes des coûts énergétiques. Cela est dû au fait que le refroidissement liquide est beaucoup plus efficace que le refroidissement par air. Comme le refroidissement liquide offre également une meilleure gestion de la température, cela peut également aider à prolonger la durée de vie du système, réduisant ainsi davantage le TCOE.
Refroidir efficacement les installations de stockage d’énergie par batterie sera essentiel pour concevoir des systèmes énergétiques propres qui répondent aux demandes d’un monde plus durable et électrifié. Tirer parti et faire évoluer les technologies de l’industrie des centres de données peut aider les experts en stockage d’énergie à se préparer pour cet avenir.