Cuando reproduces una película, haces una copia de seguridad de una foto o le haces una pregunta a ChatGPT, en algún lugar un centro de datos trabaja arduamente y se calienta. Refrigerar estas instalaciones ya consume una gran parte de su electricidad, y casi la mitad de esa energía se libera en forma de calor residual a baja temperatura que simplemente se ventila al aire. Un nuevo estudio de la Universidad Rice muestra cómo convertir esos desechos en energía.
“Hay un río invisible de aire caliente que fluye desde los centros de datos”, afirmó Laura Schaefer, titular de la Cátedra Burton J. y Ann M. McMurtry de Ingeniería Mecánica en Rice y coautora del artículo. “Nuestra pregunta era: ¿Podemos elevar ligeramente la temperatura de ese calor con la luz solar y convertir una cantidad mucho mayor en electricidad? La respuesta es sí, y es económicamente atractivo”.
Publicada en Solar Energy, la investigación presenta un novedoso ciclo orgánico de Rankine (ORC) impulsado por energía solar térmica: un sistema de energía compacto que utiliza un fluido de trabajo seguro para generar electricidad a partir del calor. La novedad consiste en añadir colectores solares de placa plana de bajo coste en la azotea para calentar el flujo de refrigerante del centro de datos antes de que llegue al ORC. Este “impulso solar” adicional supera lo que hasta ahora ha sido el principal obstáculo técnico: el calor residual del centro de datos suele ser demasiado frío para generar energía eficiente por sí solo. Los centros de datos ya consumen cientos de teravatios-hora al año, lo que equivale aproximadamente a la demanda de un país de tamaño mediano, y el crecimiento de la IA está acelerando esa curva.
“La demanda está superando las mejoras de eficiencia”, afirmó Kashif Liaqat, estudiante de posgrado de ingeniería mecánica en Rice. “Si queremos que la economía digital sea sostenible, debemos recuperar parte de la energía que actualmente se desperdicia”.
Las soluciones tradicionales, como el uso de bombas de calor eléctricas para elevar las temperaturas antes de la recuperación, pueden eliminar los beneficios porque consumen una cantidad significativa de energía adicional.
“La energía solar térmica nos proporciona un aumento de temperatura sin añadir carga al enchufe”, explicó Schaefer. “Es una vía más limpia y sencilla”.
Schaefer y Liaqat crearon modelos termoeconómicos detallados, que validaron con herramientas de la industria, para evaluar el rendimiento en dos de los centros de datos más grandes de Estados Unidos con climas muy diferentes: Ashburn, Virginia, y Los Ángeles. Modelaron colectores solares en azoteas que alimentaban un ORC de tamaño adecuado conectado a un circuito representativo de refrigeración líquida.
Los resultados fueron sorprendentes. El sistema recuperó entre un 60% y un 80% más de electricidad anualmente a partir del mismo calor residual, con un aumento del 60% en Ashburn y del 80% en Los Ángeles. También logró una eficiencia ORC superior al 8% superior durante las horas punta soleadas, junto con un aumento en la eficiencia media anual. Además, este enfoque redujo el coste de la electricidad procedente de la energía recuperada: un 5,5% en Ashburn y un 16,5% en Los Ángeles.
“Los Ángeles tuvo un mejor rendimiento gracias a la mayor cantidad de recursos solares”, afirmó Liaqat. “Pero incluso en Ashburn, donde los inviernos son más fríos y nublados, el sistema híbrido aumenta significativamente la producción y reduce los costos”.
Una ventaja inesperada: este método funciona mejor en las condiciones que ya tienen la mayoría de los centros de datos, donde los servidores informáticos modernos se enfrían con sistemas líquidos que no se calientan demasiado.
“Lo que la industria considera una debilidad se convierte en una fortaleza al incorporar la energía solar”, afirmó Liaqat. “Es una excelente noticia para los centros de datos modernos”.
Schaefer y Liaqat diseñaron su sistema utilizando colectores solares sencillos, asequibles y de bajo perfil (como los que se utilizan habitualmente para calentar agua), instalados en tejados y conectados directamente al sistema de refrigeración del centro de datos, un uso innovador de tecnología estándar. Dado que el ORC se ubica en el lado del calor residual, la energía recuperada compensa directamente el consumo de la red eléctrica de la instalación.
“Piense en ello como en agregar un generador limpio, detrás del medidor, que se vuelve más potente cuando hay sol, justo cuando las cargas de refrigeración son máximas”, dijo Schaefer.
Los investigadores indicaron que los próximos pasos deberían incluir la prueba piloto del sistema híbrido en una planta operativa y la exploración del almacenamiento térmico, que podría acumular calor solar durante el día para impulsar la recuperación durante la noche. También planean evaluar otros tipos de colectores para regiones más frías.
“No decimos que esto reemplace las mejoras en la eficiencia de los servidores o la refrigeración, que también son cruciales”, afirmó Schaefer. “Pero añadimos una nueva herramienta: una que convierte una desventaja en una ventaja”.
Fuente: Tech Xplore.
