Geïntegreerde energie- en informatie-grid zijn basis moderne maatschappij

Als lid van de adviesgroep van het Geyser project, had ik afgelopen week weer een bijeenkomst. Het is een Europees project dat onderdeel is van een serie studies op het gebied van smart cities. Deze specifieke studie richt zich op het fenomeen van groene datacenters in smart energy-grids. Datacenters die in staat zijn fluctuerend groen energieaanbod te gebruiken, terwijl de belasting in het datacenter mee op en neer kan bewegen.

Door virtualisatie van het datacenter is het steeds makkelijker geworden om applicaties snel op en af te schakelen, maar ook – al werkend – te verplaatsen naar andere datacenters. Zonder dat de gebruiker dit merkt en er last van heeft. Deze mogelijkheid biedt mogelijkheden als we datacenters willen voeden met hernieuwbare energie uit zon en wind, hetgeen immers beperkt voorspelbare energievormen zijn.

Fluctuerend energieaanbod

Slimme energienetwerken moeten rekening houden met gebruikers die af en toe ook leverancier kunnen worden. Dit wordt ook wel een prosumer genoemd, een consumer en producer tegelijkertijd. Denk aan een woning met zonnepanelen, die midden op de dag meer energie opwekken dan benodigd. Die energie kan op andere plaatsen worden gebruikt, zoals in een datacenter. Als we in die datacenters nu ook nog een applicatie-load hebben die we in de tijd enigszins kunnen plannen, dan wordt het datacenter een flexibele energiegebruiker.

Denk bij die flexibiliteit bijvoorbeeld aan processen die we niet direct hoeven te uit te voeren, zoals batch-opdrachten, grote simulaties of algemene data-analytics. Dan kunnen we de goedkope energiemomenten kiezen om die diensten uit te voeren. Als het datacenter ook nog in staat is, beperkte hoeveelheden energie op te slaan in batterijen (elektra) of in koude/warmte-opslag (koeling), dan kan een datacenter altijd gecontroleerd elke belasting op- en afschalen en deels zelfvoorzienend worden. Een fantastisch stukje continuïteit en redundantie in onze maatschappelijke informatie-infrastructuur.

Rekenmodel

Het Geyser project, waarin diverse Europese universiteiten deelnemen, heeft sinds de start eind 2013, een rekenmodel ontwikkeld om de bovengenoemde theorie te staven. Welke energiefluctuaties, welke interne applicatie-aanpassingsmogelijkheden en welke vormen van energie-opslag zouden tot een werkbaar model komen om in een reële energie-omgeving te implementeren?

Een demonstratie van dit nu afgeronde model, was het agendapunt van de laatste adviesgroep-vergadering. Datacenters tot zo’n 700kW zijn in dit model doorgerekend en belast met realistische energiefluctuaties en applicatie-load-fluctuaties. En zoals verwacht, lijkt deze vorm van groene datacenters theoretisch mogelijk en realiseerbaar. Deze datacenters zouden in een smart energienetwerk interessante slimme knooppunten kunnen zijn wat betreft energie- en computing-flexibiliteit.

Ozzo

De ideeën voor dit project komen voort uit het initiatief Ozzo dat ooit in 2008 in Nederland is gestart in het kader van het Green-IT initiatief van de gemeente Amsterdam. In mijn blog ‘Slimme steden hebben data én energie nodig’heb ik eerder geschreven dat de huidige derde industriële revolutie zich kenmerkt door de integratie van energie- en informatienetwerken. Maar ook uit het oogpunt van de kwetsbaarheid van steden is een informatie- en energiestructuur nodig die veel redundanter is en daardoor ook minder kwetsbaar wordt tegen terrorisme en natuurrampen (zie ook deze blog).

Nederland is een ideale vestigingsplaats voor datacenters, omdat we in eerste instantie de ams-ix hebben, één van de grootste internetknooppunten ter wereld. Maar daarnaast is er tevens een open handelscultuur die vele bedrijven in stelt hier een vestigingsplaats te kiezen voor hun digitale handel en wandel. In de ‘World is flat’ heb ikhier eerder over geschreven. Met de uitdaging om een aantrekkelijke vestigingsplaats te blijven, is het nodig het energieverbruik van die datacenters te minimaliseren. En dus die datacenters ook flexibeler te maken wat betreft het op- en afschakelen van applicatie-loads. Dat is de interesse van Europese studies à la Geyser.

We zien datacenters enerzijds steeds groter en massaler worden. Groot is immers efficiënt en via glasvezelverbindingen kunnen we ook op grote afstand van die rekencapaciteit gebruikmaken. Maar met de komst van ‘Converged infrastructuur bouwstenen’ wordt het ook mogelijk kleinere – en zelfs héél kleine – datacenters als kleinschalige federatie in een informatie-infrastructuur op te nemen.

Bij wijze van spreken kan een klein geautomatiseerd datacenter-bouwsteen, die maximaal 5 tot 10 kW aan energie gebruikt, makkelijk in elk bedrijfspand worden ingebouwd om lokaal informatiediensten te ondersteunen. En hiermee met minimale latency computing capaciteit te leveren voor bijzondere applicaties of opslag van bijzondere data die men niet extern wil opslaan. En de beperkte dissipatie van deze bouwsteen kan makkelijk in de warmtehuishouding van het bedrijf worden opgenomen, waardoor zo’n stukje datacenter in principe geen afvalwarmte meer produceert.

Zelfvoorzienend

De ontwikkeling van geïntegreerde energie- en informatie-grids zal de basis vormen voor onze moderne maatschappij waar we veel meer hernieuwbare energie zullen opwekken en eveneens veel meer datacentercapaciteit zullen moeten inzetten. De ontwikkeling van oplaadbare auto’s kan enorm helpen in die grids energieopslag te realiseren waardoor onze energiehuishouding veel groener maar vooral ook veel redundanter en minder kwetsbaar zal worden. Een beetje terug naar de oude zelfvoorzienendheid die we eeuwen geleden hadden toen elke woning en bedrijf zijn eigen energie en warmte kon opwekken.

Net zoals 3D-printen de oude huisnijverheid weer populair kan maken, kunnen zelfvoorzienende energie- en informatiesystemen een nieuwe weg naar kleinschaligheid creëren. In studies die vooruitblikken op het jaar 2050 en vergezichten geven over onze toekomstige maatschappij, zoals de STT horizonscan 2050;  zien we dat onze huidige steden voorlopig nog zullen groeien. Maar ook dat door de ontwikkeling van goedkope (gratis?) decentrale energie, lokale productiemogelijkheden en zelfvoorzienende woonomgevingen regionaal kleine woongemeenschappen zich weer beter en makkelijker ontwikkelen. Nieuwe techniek blijft ons leven veranderen, dat geldt al sinds de stoommachine. En zelfvoorzienendheid voor elke burger komt hiermee ook weer binnen handbereik…

Door: Hans Timmerman, cto EMC Nederland