Veri merkezlerinin yıl boyu ürettiği sıcaklığı yer altına depolayan sistem, kışa kadar saklıyor

Yazın soğuk kalan bir bodrumun neden serin kaldığı, toprağının havanın tersine hızlı ısınamayıp ısınmadığıyla açıklanır. Yüzlerce feet aşağıda toprak, yerel yıllık ortalamaya yakın (10 derece Celsius) sıcaklıkta yıl boyu kalır.

Bu gerçeği altyapıya dönüştürenlerden biri, Wisconsin’in Verona şehrinde faaliyet gösteren yazılım şirketi Epic Systems. Şirket, iki dek sürede yaklaşık 6.100 kuyu kazdı; bu kuyular 90 ile 240 metre (300-800 feet) derinlikte ve şimdi kendi kampüsündeki yaklaşık 40 binayı ısıtıp soğutuyor.

Epic’in sistemini olağan dışı kılan şey, ısının kışın yer altından alınması değil. sıradan toprak kaynaklı ısı pompaları ülkenin dört bir yanındaki evlerde bunu yapıyor. Sıra dışı olan, Epic’in ısını yazın yere koyup aylar sonra geri alması.

Bunun önemi, düşündüğünden fazla çünkü işi genellikle yeniden kullanma fikrini öldüren şey zamanlamadır. Sunucular yılın her saatinde ısı üretir. ABD’nin çoğunda binalar ancak yaklaşık dört ay ısırılır. Yakınlardaki binalara doğrudan borulamak Şubat ayında güzel çalışır, Temmuz’da ise hiçbir şeyi çözmez. Eksik parça depolamadır.

Son zamanlarda haberlerde veri merkezlerini jeotermal enerjiyle birlikte görmüş olabilirsiniz. Google Nevada’da 115 megawatt jeotermal güç satın alıyor, Meta ise Yeni Meksika’daki bir jeotermal santralden 150 megawatt için sözleşme imzaladı.

Bu projeler, yerin zaten sahip olduğu ısuyu derine ve yeterince sıcağa doğru kazarak elektrik üretmek için kullanır. Yer altına ısı depolamak bunun ayna görüntüsüdür: Aynı kuyular, aynı kaya, ancak ısının kaynağı bina olup yerin görevi onu sağlamak yerine korumaktır.

Otoparkteki kar yığını

Isı sürpriz biçimlerde davranabilir. Bir bahçe yolundaki ince kar tabakası öğleden önce kaybolabilir, ancak kar sökücünün otoparın köşesine ittiği bir yığın Nisan ayında hâlâ orada oturuyor olabilir. Aynı kar, aynı hava. Fark şekildedir: Yığının hacmine göre daha az yüzey alanı vardır, dolayısıyla ısı havaya maruz kalan kısmı daha azdır.

Yer altına ısı depolamak da aynı prensibi kullanır, tersiyle. Biraz ısının hızlıca kaçması mümkündür. Ancak yeterince çok ısuyu yeterli büyüklükte bir kaya hacmine iterseniz, çoğu aylar sonra hâlâ oradadır çünkü ancak ısıtılmış bölgenin kenarlarından kaçabilir.

Temuz ayında, sunucular tarafından ısıtılan su derine bir borudan pompalanır ve borunun etrafındaki kayayı ısıtır. Kaya ısının kötü ileticisidir; bu kusam gibi görünse de aslında kritik bir unsurdur: Sıcaklığın orijinal olarak depolandığı yere yakın kalmasını sağlayan da budur.

Ocak geldiğinde, su yerdeki borudan geri pompalanır ve burada Temmuz’da depolanan ısının çoğunu hâlâ içerir. Su bu ısıyı emer ve yüzeye çıktığında gittiğinden daha sıcaktır. Orada gömülü bir tank yoktur ve batarya şarj edilmiyor. Kaya depolamadır ve depolanen şey ısüdür.

Geri gelen su ılık olur. Kışın Hollanda’daki benzer sistemler, depolandıkları ısıyı yaklaşık 59 F (15 C) yüzeye çıkan sularla çıkarır.

Isının kullanılabileceği yerler

Kendi araştırmalarımın büyük bir kısmı, depolanan ısuyu elektrige dönüştüren kuyulara gidiyor. Bu tür sistemlerde, fazla güneş ve rüzgar gücüyle çalışan bir ısı pompası, kuyuya paketlenen malzemenin en fazla 284 F (140 C)’ye kadar ısıtılması ve bu ısının daha sonra bir jeneratörü çalıştırmasıdır.

Bir veri merkezinin sunucularının ürettiği sıcaklıkta, yaklaşık 140 F (60 C), geri kazanılan ısı bir türbini çalıştırarak elektrik üretmeye yetmez. Ancak ısınma için verimlidir: Bir ıspompa nispeten az elektriklerle büyük miktarda ısı taşıyabilir.

Epic’te bu ısıyla ofisler ısıtılıyor, yemekhanelere sıcak su sağlanıyor ve kaldırımlardaki kar eritiliyor.

Bir sorun

Kaya yüzüne açılan kuyular bir soruna sahiptir: Fazla ısının birikmesi. Yazın yere daha çok ısı giriyorsa, her kış geri çıkanından fazlaysa, kuyu etrafındaki kaya yıl yıldan yavaşça ısınır ve alan artık inşa edildiği sıcaklıkta ısı alamayana kadar ulaşır.

Kampüs büyüdükçe şirket, daha çok ısıyı depolayıp kullanabilmek için daha fazla kuyu kazdı.

Bu dengesizliği düzeltmek için iki yol vardır. Biri, ısının daha fazlasını kullanmaktır; binaların kazanları için su ısıtmak veya kar eritmek gibi. Diğeri ise ısına daha fazla alan tanımaktır, daha çok kuyu kazarak daha kaya içinde yayılmasını sağlamaktır. Ancak kuyular arazi, ekipman ve para alır. Epic sisteminin ne kadar maliyetli olduğunu yayımlamadı; ancak Enerji Bakanlığı’nın raporlarına göre binaları aynı iklimdeki benzer binalardan yaklaşık %25 daha az enerji kullanıyor.

Maliyetlerin bir kısmı, zaten yerde olan kuyuları kullanarak ölenebilir. ABD’de, dolmaya bekleyen 141.000’den fazla belgelenmiş terk edilmiş petrol ve gaz kuyu var. Meslektaşlarımla birlikte Kaliforniya’daki boştaki kuyuların çelik kasaları değiştirilmeden termal depolamaya dönüştürülebileceğini modelledik.

Ancak çoğu eyalette, bir kuyu ya petrol ve gaz kuyusu olarak ya da kapatılmış biri olarak düzenlenir; ısı depolamaya dönüştürmek için kategori yoktur. Bir meslektaşımla birlikte kuyuların bu ek amaç için kullanılmasına izin veren basitleştirilmiş bir izin sürecini önerdik.

Söylemek açısından değerli iki sınır daha var. İlki mesafedir: Depolanan ısı, tesisin altında veya yanında oturur, dolayısıyla onu kim kullanıyorsa yakında olması gerekir. İkincisi boyuttur: Epic’in 3,5 megawattlı veri merkezi, 100 ile 1.000 megawatts arasında inşa edilen yapay zeka kampüslerine göre küçüktür ve kuyu alanı tüm campusu değil yalnızca sunucuları besler.

Bu ölçekte bir veri merkezinin ısısını yer altına depolayan kimse yoktur. Ancak, yer altındaki su rezervlerinde ısı depolarak akiferlerde çalışan benzer bir sistem, Bonn, Almanya’daki ofislerden, otelden, tıp merkezinden ve veri merkezinden oluşan bir kompleksin kış ısısı talebinin %60 ile %80’ini 2009’dan beri sağlıyor.

Bir fırsat

Isı gitmeyecek—ama nereye gideceğini bilmek gerekiyor. ABD’de, veri merkezleri 2024’te ülkenin elektriğinin yaklaşık %4,7’sini kullandı; Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarının bu payın 2030’a kadar neredeyse %12’ye ulaşabileceğini öngörüyor. Ve bazı yerlerde bu oran daha yüksektir; ben öğreten North Dakota’da tüketilen tüm elektriğin %15,4’ünü, Virginia’da ise %25,6’sını oluşturuyor.

Bu kullanımı yaklaşık %30 ile %40’ı soğutma için, ve elektronikler tarafından ısıtılan su buharlaştıkça kaldırdığı ısı göğe gider.

Cemaatler zaten veri merkezlerinin elektrik faturalarını yükseltmesi ve değerli suları tüketmesi hakkında mücadele ediyor. Isının nasıl ele alınacağı konusunda farklı seçimler yapmak, elektrik faturalarını düşük tutmaya ve yerel nehirlerde su bırakmaya yardımcı olabilir.

Bu makale, Creative Commons lisansı altında The Conversation tarafından yeniden yayımlanmıştır. Orijinal makaleyi okuyun.