Những cách tái sử dụng nhiệt thải từ trung tâm dữ liệu

Đóng vai trò “xương sống” của thế giới kĩ thuật số, trung tâm dữ liệu hiện đại xử lí lượng lớn dữ liệu và vận hành vô số phần cứng hiệu năng cao như CPU hay GPU nên tạo ra lượng nhiệt thải khổng lồ. Thay vì để lượng nhiệt này - chiếm đến 97% điện năng tiêu thụ của cơ sở - bị lãng phí, tái sử dụng chúng đem lại không ít lợi ích.

Xu hướng trên không chỉ xuất phát từ quy định môi trường ngày càng khắt khe, mà còn được thúc đẩy bởi nhu cầu tối ưu hóa nguồn lực lẫn chi phí.

Từ góc độ phát triển bền vững, thu hồi - tái sử dụng nhiệt thải biến một hạ tầng bị xem như “hố đen” chi phí thành lợi thế cạnh tranh. Đơn vị vận hành không cần lắp đặt quá nhiều thiết bị làm mát lúc xây dựng cơ sở. Ngoài ra bên cạnh khả năng xử lí dữ liệu, trung tâm dữ liệu cũng tạo ra nguồn tài nguyên đem lại thu nhập tiềm năng (xuất khẩu năng lượng).

Về mặt môi trường, thải bỏ ít hơn giúp giảm thiểu tác động với hệ sinh thái xung quanh, qua đó xoa dịu làn sóng phản đối ở địa phương nơi đặt trung tâm dữ liệu.

Quy trình thu hồi

Máy chủ trong trung tâm dữ liệu khi hoạt động sản sinh nhiệt lượng lớn. Hệ thống làm mát thu thập bằng cách dùng quạt chuyển khí nóng từ thiết bị vào điều hòa không khí.

Nhiệt lượng thu thập được chuyển từ không khí sang nước thông qua bộ trao đổi. Sau đó bộ trao đổi tiếp tục truyền một phần nhiệt ra mạng lưới nhiệt bên ngoài. Hệ thống giữ nước trong hệ thống làm mát của trung tâm dữ liệu tách biệt với nước thuộc hạ tầng của đơn vị vận hành mạng lưới bên ngoài.

Mạng lưới bên ngoài sẽ sử dụng máy bơm nhiệt tăng nhiệt độ nước, rồi phân phối thông qua đường ống ngầm.

Cách tái sử dụng

Cách đầu tiên là phục vụ khu dân cư. Nhiệt thải được thu hồi, sau đó bơm vào mạng lưới đường ống đô thị, cung cấp nước nóng sinh hoạt và sưởi ấm cho tòa nhà văn phòng hoặc hộ gia đình.

Các quốc gia Bắc Âu như Phần Lan, Thụy Điển, Đan Mạch có sẵn hệ thống đường ống sưởi đô thị hoàn thiện, nên tích hợp nguồn nhiệt mới chỉ cần kết nối hạ tầng thay vì xây mới từ đầu. Thời tiết lạnh giá quanh năm tại đây khiến nhu cầu sưởi ấm luôn ở mức cao.

Ở Phần Lan, Microsoft hợp tác với tập đoàn năng lượng Fortum triển khai dự án thu hồi nhiệt lớn nhất thế giới trên địa bàn 2 thành phố Espoo và Kirkkonummi, đáp ứng 40% nhu cầu sưởi ấm của 250.000 hộ dân Helsinki.

Meta cũng triển khai dự án ở Đan Mạch, cung cấp nguồn nhiệt sưởi ấm cho khoảng 11.000 hộ dân Odense.

Ngoài ra nhiệt thải còn có thể phục vụ nông nghiệp công nghệ cao. Nhiệt thải hoàn toàn có thể duy trì ngưỡng nhiệt độ lí tưởng cho nhà kính trồng rau quả, hoa tươi hoặc thảo dược trong mùa đông mà không cần đốt nhiên liệu hóa thạch. Ở lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, trung tâm dữ liệu hoàn toàn đủ sức giữ ấm nước bể nuôi hoặc thúc đẩy tốc độ sinh trưởng của thủy sản trong môi trường kiểm soát nhiệt.

Tháng 6 vừa qua, công ty SPUR Innovation công bố kế hoạch xây trang trại thẳng đứng ngay trên một trung tâm dữ liệu ở Ontario (Canada). Khí nóng có xu hướng bốc lên cao, trang trại xây ngay phía trên sẽ trực tiếp hấp thu nguồn nhiệt này để duy trì nhiệt độ bên trong. Hiện chưa rõ loại rau màu nào được chọn trồng.

Công nghệ chế biến và sấy khô cũng cần tiêu thụ lượng năng lượng khổng lồ, trung tâm dữ liệu hoàn toàn có thể trở thành nguồn cung khí nóng liên tục để sấy khô gỗ, ngũ cốc hay thức ăn chăn nuôi.

Tại Thụy Điển, dự án EcoDataCenter dẫn nhiệt từ một trung tâm dữ liệu trên địa bàn Falun sang nhà máy của công ty lâm nghiệp Falu Energi & Vatten kế cận. Tại đây nhiệt lượng được dùng để sấy khô mùn cưa và bột gỗ, sau đó ép chúng thành viên nén phục vụ sấy sưởi mùa đông.

Còn mô hình ModHeat® Dryer được Phần Lan cấp bằng sáng chế kết nối trực tiếp với trung tâm dữ liệu. Vật liệu ẩm được đưa vào từ đỉnh tháp xả, luồng khí nóng từ trung tâm dữ liệu thổi ngược chiều qua cánh đảo giúp sấy khô sinh khối.

Một số cơ sở cần nhiệt nữa là hồ bơi công cộng, trung tâm thể thao giải trí, đơn vị giặt ủi công nghiệp quy mô lớn. Tất cả đều hoàn toàn có thể trở thành khách hàng của trung tâm dữ liệu.

Nhờ chu trình li tâm hữu cơ (ORC), nhiệt thải có thể làm bốc hơi một chất lỏng hữu cơ nhiệt độ sôi thấp. Ấp suất từ hơi sẽ làm quay tuabin sản xuất điện cấp ngược cho chính trung tâm dữ liệu hoặc hòa lưới. Giải pháp này đang được nhiều đơn vị như Orcan Energy, Turboden cung cấp.

Nhìn chung lượng nhiệt tạo ra bởi trung tâm dữ liệu không còn là “chất thải” như nhiều người vẫn nghĩ. Với nhu cầu sử dụng nhiệt năng ở mức cao và công nghệ hiện đại, đơn vị vận hành dễ dàng biến chúng thành nguồn tài nguyên đem lại lợi nhuận lớn.