A eficiência elétrica em data centers não é precisa em instalações no mundo real. As estimativas de perdas elétricas são feitas normalmente somando as ineficiências de diversos dispositivos, como os equipamentos de energia e refrigeração. Normalmente, os valores utilizados para estimar a ineficiência dos equipamentos são bastante imprecisos e são descritos de maneira muito simples.
Por Fernando Garcia
Vice Presidente para América Latina
APC by Schneider Electric
A eficiência elétrica em data centers não é precisa em instalações no mundo real. As estimativas de perdas elétricas são feitas normalmente somando as ineficiências de diversos dispositivos, como os equipamentos de energia e refrigeração. Normalmente, os valores utilizados para estimar a ineficiência dos equipamentos são bastante imprecisos e são descritos de maneira muito simples.
Contudo, estima-se que o custo total de propriedade (TCO) da infraestrutura física de redes críticas - um conjunto integrado formado por fontes de energia, cabeamento, racks, sistemas de ar condicionado e mecanismos de segurança e proteção - em um data center típico pode variar entre U$80.000,00 a U$150.000,00 por rack, em 10 anos. Desse TCO, o custo do consumo de energia elétrica representa cerca de 20% do total. Isso porque grande parte do consumo de energia elétrica é desperdiçada (na forma de energia térmica) e uma quantidade significativa desse desperdício é evitável. Estima-se que os data centers consumam mundialmente cerca de 40.000.000.000 de kWh de eletricidade por ano e a redução do desperdício associado a esse consumo é uma questão significativa de política pública e também uma preocupação financeira importante para os administradores de data centers.
Modelos simplificados típicos de eficiência em data centers subestimam o desperdício elétrico em data centers, no entanto, a eletricidade é uma parte significativa do TCO e há a possibilidade de melhorar a eficiência.
Segundo o Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), mais de 50% da energia que entra em um data center típico se destina aos sistemas de energia e de resfriamento – e não chega às cargas de TI. O instituto avalia que um data center de 1 MW consome 177.000.000 KWh de eletricidade, que custa cerca de U$17.000.000 ao final de um ciclo de vida de 10 anos (a $ 0,10 por KWh), além de consumir:
220.000.000 litros de água
75.000 kg de cobre
11.000 kg de chumbo
17.000 kg de plástico
37.000 kg de alumínio
6.000 kg de soldas
200.000 kg de aço
32.000.000 kWh de energia primaria
Pontos importantes de referência:
Cada MW em um data center corresponde a emissões de carbono de 4.300 automóveis
Um data center típico de 1 MW desperdiça continuamente o equivalente às emissões de carbono de 1.000 automóveis devido a um projeto ruim
O DOE calcula que, para 2015, com um projeto melhor de Data Center, podemos economizar o equivalente a emissões de carbono de 4.000.000 automóveis, equivalente à energia elétrica consumida por 1,8 milhões de residências norte americanas.
A energia que poderemos economizar com um projeto melhor de data center ultrapassa significativamente a capacidade de geração de energia fotovoltaica mundial.
Grandes responsáveis pela ineficiência:
Superdimensionamento de equipamentos de energia e resfriamento
Sistemas de resfriamento com capacidades acima das quais foram projetados
Projeto ineficiente da sala
Padrões de fluxo de ar ineficientes
Redundância (para disponibilidade)
Equipamento de energia e resfriamento ineficientes
Parâmetros de operação ineficientes no equipamento de resfriamento
Filtros de ar ou água obstruídos
Modo de economia de resfriamento desabilitado ou com mau funcionamento
Piso elevado saturado com cabos
Eficiência de um data center
A eficiência de qualquer dispositivo ou sistema é a parte de sua entrada de energia (eletricidade, combustível, tudo que faz o sistema “andar”) que é convertida no resultado desejado útil – o restante, diferente do resultado útil, é considerado como “desperdício.” Esta fração da energia útil que é aproveitada em relação ao total da entrada de energia é normalmente apresentada na forma de porcentagem.
“Energia útil” é tudo aquilo que é considerado resultado desejado para o sistema específico, que pode depender não somente da natureza do sistema, mas também do contexto de sua utilização. Por exemplo, uma lâmpada incandescente cuja saída é composta de 5% de luz e 95% de calor pode ser vista como uma lâmpada com 5% de eficiência ou um aquecedor com 95% de eficiência, dependendo do uso: se está sendo utilizada para iluminar uma sala ou para aquecer um ambiente. “Saída útil” é tudo aquilo que faz sentido para o sistema analisado.
Para a infraestrutura física do data center, a entrada é a eletricidade, e a saída útil é a energia elétrica para os equipamentos de computação.
Oportunidades para aumentar a eficiência em data centers
A eficiência em data centers pode ser aumentada de três formas:
1. Melhorar o projeto interno dos ativos de TI do data center, de modo que consumam menos energia elétrica ao executar suas funções
2. Casar o dimensionamento dos componentes de energia e refrigeração mais próximo da carga de TI para que operem com uma maior eficiência
3. Desenvolver novas tecnologias que reduzam a necessidade de energia elétrica para alimentar funções de suporte das aplicações de missão crítica (como as técnicas de "resfriamento natural" mencionadas anteriormente)
Embora a eficiência de data centers possa ser determinada empiricamente somando o consumo de energia de todos os equipamentos de TI e dividindo pela entrada total de energia elétrica do data center, a técnica usual é baseada na eficiência informada pelos fabricantes dos principais componentes como UPS e CRAC (Sistemas de ar condicionado para salas de computadores).
Efeito do calor proveniente dos equipamentos elétricos e de resfriamento
Outro erro fundamental no modelamento da eficiência de data centers é a premissa de que a dissipação de calor dos equipamentos elétricos e de resfriamento (ineficiência) é uma fração insignificante da carga de TI e, portanto, pode ser ignorada. De fato, o calor gerado pelos sistemas de no-break e ar condicionado em um data center não é diferente do calor gerado pelos próprios equipamentos de TI, e também devem ser removidos pelo sistema de resfriamento. Isto gera uma carga extra para o sistema de refrigeração e cria a necessidade de superdimensionamento do sistema que por sua vez resulta em mais perdas de eficiência no sistema de resfriamento. Para contabilizar corretamente essas perdas, a carga de resfriamento deve incluir tanto os equipamentos de TI como as perdas dos dispositivos elétricos e de resfriamento localizados dentro do espaço com ar condicionado.
Custo da energia dos data centers x TI ecológica
Segundo o instituto de pesquisa Gartner, o custo da energia do data center está aumentando mais que qualquer outro componente do custo total e, provavelmente, a situação piore nos próximos anos, à medida que mais organizações ampliam suas infraestruturas tecnológicas. Mas ele acredita que há formas de enfrentar os desafios de energia e refrigeração e os custos associados à implementação de densidades tão altas: entrando no mundo da “TI ecológica” e do gerenciamento e monitoramento proativos da energia. A previsão quanto à eficiência energética é encorajadora, considerando que diferentes empresas já estão adotando sistemas de software para gerenciamento de energia e as emissões de carbono que ajudam a diminuir o consumo de energia e os custos associados mediante monitoramento e gerenciamento melhorados.
Já o Forrester Research, Inc.® desenvolveu um estudo em julho de 2010, indicando que no processo de adoção de soluções de TI ecológicas, no segundo trimestre de 2010, quase 20% dos pesquisados implementaram sistemas empresariais para gerenciamento de energia e emissões de carbono (ECEM). A Forrester afirma ainda que o papel cada vez mais importante das soluções de TI na hora de possibilitar processos de negócios ecológicos vai gerar novas e consideráveis oportunidades de crescimento para fabricantes e fornecedores de serviços de 2011 em diante. Dezessete por cento dos pesquisados já estavam projetando implementar um sistema ECEM em 2010 ou 2011 e outros 10%, depois de 2011.
Software integrado para gerenciamento de energia
A pesquisa do Gartner frisa a importância de uma abordagem integrada para gerenciamento de energia. Segundo o estudo, uma política de software de gerenciamento integrado é essencial para a operação de data centers modernos, quer sejam internos à empresa ou através de hosting ou contratação de recursos (cloud) externos. Como resultado de uma abordagem integrada, obtêm-se economias, eficiência operacional e melhor gerenciamento e projeção de capacidades ao mesmo tempo em que a normativa aplicável é atendida.
Segundo aponta o Gartner, “2010 foi o início da mudança em diversos processos, pois as organizações começaram a agir perante as conseqüências da grande recessão. Essas mudanças oferecem às empresas a oportunidade de aproveitar a tecnologia de TI em prol de um crescimento comercial importante e a otimização sustentada das operações comerciais, o que exige uma nova ênfase nos aspectos de inovação, custos, gestão de riscos e condução. Em 2011, o mais provável é que alinhar as soluções de TI com as necessidades comerciais seja cada vez mais importante.
Para atender à essa inovação, existem já no mercado um conjunto de soluções para gerenciamento que oferece aos gerentes de TI uma visibilidade única e total do data center tradicional e da infraestrutura. Essa visibilidade permite agilizar o monitoramento e o gerenciamento da energia.
A adequação energética
A energia inteligente é a que permite a integração arquitetônica de dados, energia, segurança, resfriamento e automatização do mundo digital.
Para a adequação energética é necessária a convergência entre as administrações elétricas, da tecnologia da informação, processos e máquinas, do edifício e da segurança, envolvendo todos os engenheiros: civis, mecânicos, elétricos, administradores de instalações e edifícios, engenheiros de fábrica, supervisores de produção e administradores de TI, com imperativo comum de negócios – a eficiência -, com foco interno comum – a sustentabilidade, e unificando as tecnologias que não estavam disponíveis anteriormente.
Para economias significativas e sustentáveis são necessários:
- Administrar a energia, o que melhora os negócios por meio de medição, monitoramento, soluções de controle e serviços de otimização de custos
- Melhorar os negócios por meio de serviços de cálculo e planos de ação de comportamento energético e serviços de implementação
- Procurar parceiros e fornecedores “verdes” para melhorar os negócios por meio de produtos redutores de energia e que favorecem o meio-ambiente.
Equação de Ehrlich:
O biólogo americano Paul Ehrlich revela como a degeneração do meio ambiente e as grandes epidemias podem avançar rapidamente se não for brecado o crescimento populacional do planeta, que está no ritmo de 1 bilhão de habitantes adicionais a cada 11 anos e sua proposta é reduzir o impacto da tecnologia a um fator de 10 vezes. Isso é possível com a tecnologia verde.
Segundo a equação de Ehrlich (I = P x A x T)*, o impacto ambiental [I] anual provocado pelo homem corresponde a 28.000.000.000 ou 28 GT (Giga Tonelada), ou seja, mutiplicando-se a população atual [P] (6,8 bilhões pessoas) pela renda per capita [A] multiplicada pelo impacto da tecnologia [T] (0,5 t CO²/US$ 1.000).
A previsão para 2050 é que esses valores crescerão muito se não for seguida a meta de redução a um fator de 10 vezes a emissão de carbono, ou seja, mantê-la a 450 p.p.m. (ponto por milhão – máximo recomendado). Para uma população estimada de nove bilhões de pessoas [P] multiplicado por US$ 12 mil [A] (PIB/População) multiplicado pelo impacto da tecnologia [T] (0,5 t de CO²/US$ 1.000), o impacto ambiental [I] será de: 54.000.000.0000 (54 GT).
Sendo assim teríamos, para uma população estimada de 9 bilhões de pessoas em 2050 [P] multiplicado por US$ 12 mil [A] (PIB/População estimado em 2050) multiplicado pelo impacto da tecnologia [T] (0,05 t de CO²/US$ 1.000 – reduzidos a um fator de 10 vezes), o impacto ambiental [I] será de: 5.400.000.000 (5,4 GT). Desta forma, o impacto ambiental daqui a quarenta anos, será menor que o impacto causado hoje.
Para evitar este impacto ambiental, sua proposta é reduzir o impacto da tecnologia [T] para 0,05 t CO², ou seja, diminuir a um fator de 10 vezes menos a quantidade de carbono emitida. E isso só será possível com avanços consideráveis na implementação das tecnologias verdes, as quais podem ter grande contribuição dos data centers limpos.
* I = P x A x T
I = Impacto Ambiental
P = População
A = Abundancia (PIB dividido pelo numero de pessoas)
T = Tecnologia (Impacto da tecnologia divido pelo PIB)
Conclusão
A Eficiência Energética é um dever e para cumpri-lo, precisamos mudar nossa maneira de utilizar a energia e reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GHE). Os datacenters precisam ter como meta:
Reduzir custo - Cada kWh economizado previne cerca de três vezes a produção de geração e a demanda de programas de resposta custa cerca da metade dos custos típicos de eletricidade;
Implementar agilidade – Há tecnologias disponíveis hoje com resultados a curto prazo que deixam os data center mais rápidos.