Centra danych, z prognozowanymi globalnymi inwestycjami infrastrukturalnymi rzędu 6,7 biliona dolarów do 2030 roku, stają się znaczącym obciążeniem dla środowiska i sieci energetycznych. W obliczu podwojenia zużycia energii elektrycznej w USA z 1,9% w 2018 roku do 4,4% w 2023 roku (z prognozą 12% do 2028 roku), technologia geotermalna zyskuje na znaczeniu jako narzędzie do dekarbonizacji oraz generowania energii na miejscu.
Wzrost zapotrzebowania i wpływ centrów danych
Szybki rozwój sektora centrów danych, kluczowy dla branży HVAC, prowadzi do protestów społecznych i moratorium na budowę w wielu regionach. Ich zapotrzebowanie na energię elektryczną i generowanie ciepła odpadowego stawia pod znakiem zapytania ich zrównoważony rozwój.
Geotermia: potencjał w dekarbonizacji i zasilaniu
Departament Energii USA (DOE) wskazuje, że geotermia, w tym ulepszone systemy geotermalne (EGS) i podziemne magazyny energii cieplnej (UTES), może zapewnić niezawodne źródło zasilania. W kwietniu ubiegłego roku DOE ogłosiło projekt o wartości 14 milionów dolarów w Pensylwanii, mający na celu testy terenowe systemów EGS. Jack DiEnna, założyciel Geothermal National & International Initiative, podkreśla, że geotermia wykorzystuje energię już dostępną pod ziemią, bez spalania. Wspólna analiza przeprowadzona w 2023 roku przez Oak Ridge National Laboratory i National Renewable Energy Laboratory wykazała, że szerokie zastosowanie pomp ciepła geotermalnych w budynkach w USA mogłoby zredukować skumulowane emisje CO₂-ekwiwalent o 7 gigaton do 2050 roku, co odpowiada rocznym emisjom gazów cieplarnianych Stanów Zjednoczonych.
Klarowanie nieporozumień wokół zastosowań geotermii
Joe Parsons z Resonant Energy Strategies wskazuje na dwa główne nieporozumienia dotyczące geotermii w kontekście centrów danych. Po pierwsze, błędne jest przekonanie, że geotermia nie radzi sobie z obciążeniami cieplnymi centrów danych. Choć jest to możliwe, wymaga rzetelnej analizy obciążenia i odpowiednio zwymiarowanych pól odwiertów. Centra danych są z natury zdominowane przez chłodzenie; niemal cała zużyta energia elektryczna zamienia się w ciepło odpadowe, które musi być stale odprowadzane. Wymaga to precyzyjnego projektowania, a nie zakładanej przewodności gruntu. Po drugie, często geotermia jest utożsamiana wyłącznie z wytwarzaniem energii elektrycznej. Parsons podkreśla, że geotermalne pompy ciepła to technologia efektywności termicznej – przenoszą ciepło, nie generują prądu. Zrozumienie tej różnicy jest kluczowe dla instalatorów. Mike Kapps z Climate Control Group dodaje, że geotermia ma zastosowanie w wielu regionach, nawet w gorących klimatach, gdzie temperatura gruntu może wynosić około 29°C (85°F).
Dwa główne zastosowania geotermii w centrach danych
Geotermia może być wykorzystana w centrach danych na dwa główne sposoby: do generowania energii na miejscu oraz do ogrzewania i chłodzenia.
Generowanie energii na miejscu
Generowanie energii elektrycznej z geotermii na miejscu może zmniejszyć obciążenie sieci, jednak jest to rozwiązanie regionalne. Ulepszone systemy geotermalne (EGS) to technologia wytwarzania energii, która dostarcza prąd przez całą dobę, wykorzystując nowe techniki wiercenia rozwinięte dla produkcji ropy i gazu. US Geological Survey szacuje potencjał EGS na 135 gigawatów w samej Wielkiej Kotlinie w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych.
Geotermalne ogrzewanie i chłodzenie
Chłodzenie centrów danych może odbywać się za pomocą podziemnych magazynów energii cieplnej (UTES), gdzie schłodzona woda jest przechowywana w podpowierzchni i wykorzystywana w okresach szczytowego zapotrzebowania. DiEnna zauważa, że duże centra danych zużywają miliardy litrów wody rocznie, co odpowiada zapotrzebowaniu miasta liczącego 50 000 mieszkańców. Rozwój dużych, podpowierzchniowych zbiorników wodnych na terenie obiektu pozwala na chłodzenie systemu za pomocą tzw. pętli jeziornej.
Ciepło odpadowe generowane przez centra danych może być również odzyskiwane i wykorzystywane do ogrzewania okolicznych budynków, na przykład szpitali. Pompy ciepła gruntowe osiągają współczynnik efektywności COP na poziomie 4-5, co oznacza, że dostarczają od czterech do pięciu jednostek energii cieplnej na każdą jednostkę zużytej energii elektrycznej. Nawet przy znacznej zawartości węgla w sieci, systemy te generują znacznie niższe emisje w całym cyklu życia niż systemy oparte na spalaniu.
Ograniczenia i perspektywy rozwoju
Obecnie bardziej wykonalne jest stosowanie geotermii w centrach danych jako rozwiązania uzupełniającego lub hybrydowego, a nie jako pełnego systemu. Mike Kapps ostrzega przed nasyceniem termicznym gruntu, jeśli ciepło będzie odprowadzane do niego nieprzerwanie przez lata. Branża musi zarządzać tymi ograniczeniami.
Opracowano na podstawie informacji rynkowych: HVAC / branża ogólna. Inspiracja źródłowa: ACHR News.
