Demand-response potential of large-scale data centers in Europe 2030

Abstract (Swedish)

Storskaliga datacenter utgör en ny energiintensiv industri. Detta examensarbete undersöker datacenters kvalitativa potential att delta i efterfrågestyrning och gör en uppskattning av vilken i vilken storleksordning denna kraftreserv skulle kunna vara i Europa år 2030. En sammanställning av forskning om strategier för grön laststyrning visar att driften av datacenter kan utformas så att elförbrukningen i största möjliga mån sker när förnyelsebar el finns att tillgå. Sådan laststyrning skulle kunna utnyttjas för att erbjuda tjänster inom efterfrågestyrning till elnätet. Med utgångspunkt i existerande scenarion för datacenters totala energibehov uppskattas potentialen för efterfrågestryning av datacenter uppgå till omkring 20-40 GW i Europa 2030. Detta innebär att datacenter tillhör några av de mest lovande sektorerna när det kommer till att erbjuda efterfrågestyrning i Europas framtida elkraftsystem. Med anledning av denna stora potential och deras snabba ökande i antal är det nödvändigt att betrakta storskaliga datacenter som de viktiga komponenter de är i morgondagens energisystem.

Abstract

Large-scale data centers are a new energy intensive industry. In this master thesis, the qualitative potential of engaging data centers in future demand-response schemes is assessed, and the magnitude of the power reserve available for this purpose is estimated for Europe 2030. A research survey of green workload management strategies shows that data centers can be operated in a way that aligns their power demand with renewable energy availability. Such workload management could be leveraged to provide demand-response services to the grid. Based on adopted scenarios of data center energy demand, the total demand-response potential of data centers in Europe 2030 is estimated to 20-40 GW. This makes data centers one of the most promising demand-response providers in Europe’s future power system. Considering this potential and their rapid increase in numbers, large-scale data centers must be recognised and considered as important features in the future energy system.

Popular Abstract (Swedish)

Stor potential att stabilisera framtidens elnät genom smartare drift av molntjänster.

Datacenter kan anpassa sin elförbrukning för att matcha lokal tillgång på grön el. I framtiden kan de komma att spela en viktig roll i att balansera elnät med stora andelar sol- och vindkraft.
Efterfrågan på datorkraft spås växa kraftigt under kommande år samtidigt som allt fler företag och konsumenter använder sig av molntjänster istället för egna servrar. Till följd av detta blir storskaliga datacenter allt vanligare och håller på att bilda en ny elintensiv industri. Samtidigt står det europeiska elkraftssystemet inför en utmanande omställning till förnybara energikällor. En viktig del i att kunna hantera den mer väderberoende el-produktionen är en ökad flexibilitet på konsumentsidan, så kallad efterfråge-styrning.
I examensarbetet "Demand-response potential of large-scale data centers in Europe 2030" har den sammanlagda potentialen för efterfrågestyrning från datacenter i Europa år 2030 uppskattats utifrån scenarion för datacenters energibehov. Resultatet placerar datacenter bland de tre mest lovande källorna till efterfrågestyrning, där de andra två är elfordon och kommersiella fastigheter.
Datacenter kan dels förskjuta sin elförbrukning i tiden. En del av de körningar som servrarna i ett datacenter hanterar kan nämligen schemaläggas. Det kan exempelvis handla om ett underhållsarbete av ett IT-system eller en omfattande dataanalys som inte behöver vara klienten tillhanda förrän nästa dag. Denna tidsflexibilitet skulle kunna utnyttjas för att flytta lasttoppar i elnätet och därmed öka stabiliteten i framtida system med en hög andel variabel produktion. Detta skulle vara ett alternativ till att lagra el i kostsamma batterilager.
Vissa kluster av datacenter kan också skifta elförbrukningen geografiskt. Hos stora internetföretag finns ofta kopior av data och funktionalitet för tjänster utspridda i flera datacenter. Detta gör det möjligt att i viss mån välja vilket datacenter som ska hantera en viss körning. Denna geografiska flexibilitet skulle kunna utnyttjas för att flytta efterfrågan på el från en region till en annan. På så sätt kan ett ansträngt elnät avlastas och behovet av transmission minskas.
Varför denna potential inte redan utnyttjas i större utsträckning beror troligen på att det saknas en fungerande marknad för efterfrågestyrning, vilket gör det ekonomiskt ointressant för företagen att delta. En annan anledning är att datacenterindustrin fortfarande är relativt ny och har ägnat mycket kraft åt att först och främst komma tillrätta med en tidigare ofta undermålig energieffektivitet.
För att denna nya industrigren framöver ska växa på ett så samhällsnyttigt sätt som möjligt, där man kan utnyttja dess flexibilitet i elnätet, krävs att datacenter-industrin börjar ses ur ett strategiskt och långsiktigt energisystemperspektiv. Det krävs också att en fungerande marknad för efterfrågestyrning kommer på plats.

• author: Koronen, Carolina
• supervisor: Max Åhman
• organization: Environmental and Energy Systems Studies; Environmental Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: FMIM01 20172
• year: 2018
• type: H3 - Professional qualifications (4 Years - )
• subject: Technology and Engineering
• keywords: data centers, demand-response
• report number: ISRN LUTFD2/TFEM—18/5129--SE + (1-51)
• ISSN: 1102-3651
• language: English
• id: 8943713
• date added to LUP: 2018-06-18 13:43:30
• date last changed: 2018-06-18 13:43:30