‘Waarom helpen we de buren niet met warmte?’

De uitdaging voor elk datacenter is om de warmte van de servers zo efficiënt mogelijk weg te koelen. Normaliter verdwijnt deze warmte grotendeels ongebruikt in de buitenlucht. Steeds meer datacenters zoeken echter naar manieren om de geproduceerde restwarmte te benutten. Vanuit Scandinavië zijn er verschillende voorbeelden bekend, maar ook bij Nederlandse datacenters is er inmiddels sprake van een aantal mooie praktijkcases; een aantal voorbeelden van restwarmtebenutting uitgelicht. 

Restwarmtebenutting bij datacenters ligt geheel in lijn met de Meerjarenafspraken energie-efficiëntie die met de ICT-sector zijn gemaakt, benadrukt Jeroen van der Tang, manager Duurzaamheid en Milieu van branchevereniging Nederland ICT. “De ICT-sector is al jaren zeer actief aan de slag met de reductie van het energieverbruik. De gemaakte afspraken in het MJA3-convenant - een jaarlijkse verbetering van de energie-efficiency met 2% - worden ruimschoots gehaald.”

Twee vliegen in één klap

Een van de manieren om een grotere energie-efficiency te bereiken, is het benutten van de restwarmte die een datacenter produceert. Van der Tang: “Computers in datacenters genereren een grote hoeveelheid warmte en het kost vervolgens veel energie om dat weer weg te koelen. De uitdaging is om de warmte die een datacenter nu zo efficiënt mogelijk wegkoelt - lees weggooit - nuttig te gebruiken om er bijvoorbeeld elders gebouwen mee te verwarmen. Het is mooi te zien dat dit inmiddels bij verschillende Nederlandse datacenters al in praktijk is gebracht. Dat spaart een heleboel fossiele energie uit andere bronnen uit: twee vliegen in één klap.”

Energieverbruik koeling drastisch verminderd, nu volgende stap

“Overigens”, zegt Van der Tang, “hebben datacenters de afgelopen jaren al heel erg veel bereikt op het gebied van efficiënt koelen. Bedrijven zijn continu bezig met het zoeken van mogelijkheden om energie te besparen en duurzamer te worden. De energierekening is een significant deel van de operationele kosten, dus is er vanuit de industrie altijd een sterke drive om het energieverbruik te verminderen en concurrerend te blijven. Dat zie je ook terug binnen het MJA-traject. Zo is er de afgelopen jaren veel geïnvesteerd in koelmethodes die veel minder energie vragen. We komen uit een situatie waarin koeling bijna net zoveel energie vroeg als het draaien van de servers. Dat is de afgelopen jaren drastisch verminderd. De volgende stap is om te kijken of je in het datacenter, of in de omgeving ervan nog iets nuttigs kunt doen met de geproduceerde restwarmte. Die stap wordt nu gezet; de eerste mooie voorbeelden van het benutten van restwarmte liggen er. Vanuit Nederland ICT vragen we aan de tafel van het SER EnergieAkkoord en bij de uitwerking van de EnergieAgenda extra aandacht voor deze interessante bron van restwarmte.”

Verschillende vormen van benutting

Voor het benutten van restwarmte staan verschillende wegen open. Zo kan de restwarmte via een aansluiting op een lokale ring worden uitgewisseld met bedrijven in de omgeving. Maar een datacenter kan de geproduceerde restwarmte ook direct uitwisselen met één of meerdere afnemers in de directe omgeving. Een variant op deze directe uitwisseling is het interne gebruik van de restwarmte, bijvoorbeeld in eigen, naastgelegen kantoorpanden. Ten slotte is het mogelijk restwarmte uit te wisselen via een bodemenergiesysteem met warmte- koudeopslag (WKO) waar meerdere partijen op zijn aangesloten.

Lauwwaterring

Een voorbeeld van uitwisseling van restwarmte via een aansluiting op een warmte-koudering is het datacenter van NLDC - een aparte BV onder KPN - op de High Tech Campus (HTC) in Eindhoven. Technisch productmanager datacenters Ronald van Veen van NLDC: “Tussen een groot deel van de gebouwen op de HTC ligt een zogeheten lauwwaterring. De meeste gebruikers onttrekken warmte aan de ring en werken deze met behulp van warmtepompen op om hun gebouwen te verwarmen. Wij nemen geen warmte af, maar voeren juist warmte in en onttrekken koude. We houden de ring op een temperatuur tussen 10 en 18˚Celsius. Voor ons is dat koud genoeg om mee te koelen. Op het moment dat de ring warmer wordt dan 18˚Celsius, slaan we onze warmte op in daarvoor aanwezige bronnen van het aan de ring gekoppelde WKO-systeem. De omgekeerde situatie - wanneer de warmtevraag groter is dan de warmteproductie - komt vaker voor. Dan wordt de warmte die in de bronnen is opgeslagen gebruikt om de ring op de gewenste temperatuur te brengen. Wanneer de warmtevraag met de warmteproductie in balans is, is er eigenlijk sprake van directe uitwisseling. De bronnen gebruiken we dus om de pieken eruit te halen.”

Ervaring opdoen en bijdragen aan verduurzaming

Bij de bouw van het datacenter van NLDC op de HTC is direct gekozen voor een aansluiting op de lauwwaterring. Van Veen: “Uitgangspunt was dat we een nuttige bestemming voor onze warmte wilden vinden. Toevallig was die ring in Eindhoven aanwezig. Bovendien was er op die ring sprake van een warmte-tekort. Voor ons was het daarom heel logisch daar bij het ontwerp van het datacenter op in te spelen. Voorop stond dat we ervaring op wilden doen en wilden bijdragen aan verduurzaming. We waren niet op zoek naar het financiële ei van Columbus; het is geen financieel-gedreven oplossing. We rekenen ook niet af op joules; we betalen een fee voor de aansluiting op de ring. Dat is ongeveer gelijk aan wat we anders aan elektriciteit voor koeling kwijt zouden zijn.”

Met restwarmte van het gas af

Ook in Aalsmeer werkt DCNL aan het benutten van restwarmte. Van Veen: “Daar is de gemeente bezig met de herontwikkeling van een gebied dat ze heel graag CO₂-neutraal willen maken. Onze restwarmte kan daar een rol in spelen. Het idee is om via een zogeheten open loop vanaf ons datacenter water met een temperatuur van 20 – 25˚Celsius te transporteren naar een bestaand zwembad, een nieuwe sporthal, een te bouwen scholencomplex, een tuinder en op termijn wat woningen. Met een warmtepomp kunnen die afnemers de warmte vervolgens opwerken naar hogere temperaturen. Alle warmte die de omgeving kan gebruiken, gaan we leveren. Maar omdat ons aanbod groter is dan de vraag, ‘gooien’ we nog steeds warmte weg. Dat kan overigens op termijn wel veranderen. We zijn ook met andere partijen in het gebied in gesprek. Dit project kunnen we redelijk kosteneffectief realiseren. Maar bovenal is ook dit project vanuit maatschappelijk oogpunt zeer zinvol: de gemeente wil van het gas af en dat kan op deze manier.”

Gebruik restwarmte voor verwarming kantoorpand

Van directe uitwisseling van warmte voor intern gebruik is sprake bij het datacenter van Previder in Hengelo. Marco Alink, datacenterengineer van Previder: “Tijdens het koelproces onttrekken we warmte aan het datacenter. Water is daarbij het transportmedium. Als het water raakt opgewarmd, halen we daar via een warmtewisselaar energie - warmte - uit. Vervolgens werken we die warmte met behulp van een gaswarmtepomp op naar een hogere temperatuur. Het nabijgelegen kantoorpand van Odin - waar Previder onderdeel van is - profiteert daarvan. In het pand met twaalf verdiepingen is verder geen extra verwarming meer nodig om in de warmtebehoefte te voorzien. De warmtepomp draait overigens nu op ongeveer driekwart van zijn vermogen. Pas wanneer er meer servers moeten worden gekoeld, schalen we die pomp wat hoger op. De koude die dat oplevert, hebben we nu nog niet nodig.”

BREEAM Excellent

De oplossing die Previder koos, heeft er in belangrijke mate aan bijgedragen dat het datacenter in Hengelo het predicaat BREEAM Excellent mag dragen. “Het is een heel groene oplossing, die ook nog eens toekomstvast is”, zegt Alink. “We zijn gehuisvest op een businesspark, waar zich ook andere kantoren kunnen vestigen. Het systeem is zodanig ontworpen dat ook zij gebruik kunnen maken van de restwarmte van het datacenter, wanneer we dat uitbreiden. Daarnaast is het niet alleen vanuit energetisch oogpunt een goede oplossing, het is ook een stuk goedkoper om de warmte met een warmtepomp te onttrekken, in plaats van koelen met een compressor.”

Uitwisseling restwarmte via bodemenergiesysteem

Het zwaartepunt van de activiteiten van Equinix - met in totaal tien datacenters - ligt met acht datacenters in en om Amsterdam. Bij een ervan (AM3 dat gelegen is op het Science Park in Amsterdam) vindt uitwisseling van restwarmte plaats met de Universiteit van Amsterdam (UvA). “Er is geen sprake van directe uitwisseling, maar van uitwisseling via het warmte-koudeopslagsysteem in de bodem”, vertelt Hans Schelvis, principal engineer mechanical van Equinix. “Onze warme bronnen en de warme bronnen van de UvA zijn van elkaar gescheiden, maar zijn geboord in dezelfde geohydrologische strook. In feite is dat een grondwaterbel op zo’n 70 tot 180 meter diepte. Wij injecteren daar water in dat met de restwarmte uit het datacenter is verwarmd en de Universiteit haalt de warmte uit die bel juist naar boven om de gebouwen te verwarmen. Andersom halen wij ten behoeve van het koelen van het datacenter de koude naar boven uit een koude grondwaterbel die circa 150 meter verderop ligt. Die koude slaan wij gedurende de winterperiode op in de koude bronnen.”

Verkennen andere afzetmogelijkheden

Naast het AM3 wordt momenteel de bouw van een nieuw datacenter (AM4) afgerond. Ook restwarmte die dit datacenter produceert komt via het bodemenergiesysteem beschikbaar. “Dat is samen met de warmte uit AM3 meer dan de UvA ooit nodig heeft. We zoeken daarom ook naar andere afzetmogelijkheden voor de restwarmte. Zo zijn er verkenningen gaande naar restwarmtelevering aan woonwijken. Daarvoor moet dan wel een heel distributienet worden gerealiseerd. En de woningen moeten overstappen naar een warmtenet. We kijken dus heel nadrukkelijk ook naar andere oplossingen. Maar welke oplossingsrichting je ook kiest, je bent altijd erg afhankelijk van lokale omstandigheden. Benutting van restwarmte heeft alleen maar kans van slagen als je vraag en aanbod bij elkaar kunt brengen. Daarbij geldt bovendien dat grote transportafstanden funest zijn voor warmtedistributie.”

Ook geologische randvoorwaarden

De keuze voor een bepaald type oplossing wordt overigens niet alleen bepaald door de aanwezigheid van buren die warmte willen afnemen. Het is ook om andere redenen maatwerk, maakt Alink duidelijk. “Op sommige plekken kun je warmte de grond in pompen om het er later weer uit te halen. Dat is een erg energetische oplossing. Maar de mogelijkheid om via een bodemenergiesysteem iets met onze restwarmte te doen, hebben we vanwege de geologie van de ondergrond in het oosten van het land niet. Dan zouden we heel erg diep de grond in moeten gaan. De kosten daarvan zijn veel te hoog en de terugverdientijd te lang. Voor ons is daarom het werken met een warmtepomp een goede gulden middenweg.”

Gewend raken aan nieuwe afhankelijkheidsrelaties

De grootste uitdaging bij het realiseren van een oplossing voor het benutten van restwarmte is wellicht niet eens technisch van aard, zegt Van Veen. “Die uitdaging ligt veel meer op het vlak van het aangaan van nieuwe samenwerkingsvormen. Wanneer je zo’n oplossing kiest, word je afhankelijk van elkaar. Je bent warmte en koude aan het ruilen en investeert daar samen in. Maar wat als er iemand uitstapt terwijl de investering nog niet is terugverdiend? Dan valt er een gat. Elkaar vertrouwen en gewend raken aan nieuwe afhankelijkheidsrelaties, zonder dat je elkaar met allerlei contracten en verplichtingen vastlegt; dat is de grootste uitdaging.” 

MJA3 – Afgesproken energiebesparing voor 2020 al in 2015 gehaald

Sinds 1992 maakt de overheid met een groot aantal sectoren, waaronder de ICT-sector, meerjarenafspraken voor de verbetering van de energie-efficiëntie. Met het MJA3-convenant draagt het ministerie van Economische Zaken bij aan het behalen van 20% CO₂-reductie in 2020. Voor de MJA3 geldt een energie-efficiency verbetering van 2% per jaar. De Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO.nl) voert het convenant in opdracht van het ministerie van EZ uit, adviseert betrokken branches, laat onderzoeken uitvoeren en beoordeelt en monitort de 4-jaarlijkse Energie-EfficiëntiePlannen (EEP’s).

In 2012 is in de routekaart ICT 2030 - behorend bij het MJA3-convenant - het benutten van restwarmte al geïdentificeerd als een van de maatregelen om datacenters energie-efficiënter te maken. Vanuit de MJA3 zijn afgelopen jaren diverse onderzoeken en projecten ondersteund op gebied van restwarmtebenutting door datacenters.

De ICT-sector heeft de afgesproken energiebesparing voor 2020 al in 2015 gerealiseerd. Over het jaar 2015 is 886 PJ (5,1%) aan energiebesparende maatregelen gerapporteerd. Daarnaast is het aandeel ingekochte duurzame energie sterk gestegen van 71% naar 83% van het totale energieverbruik. Hiermee presteert de ICT-sector ruim boven de afgesproken jaarlijkse efficiencyverbetering van 2% per jaar.