Khi bạn xem phim trực tuyến, sao lưu ảnh hoặc hỏi ChatGPT một câu hỏi, ở đâu đó, một trung tâm dữ liệu đang hoạt động hết công suất và trở nên nóng lên. Việc làm mát các cơ sở này, tiêu tốn lượng điện năng rất lớn, và gần một nửa năng lượng đó trở thành nhiệt thải nhiệt độ thấp, thoát ra ngoài không khí.
Một nghiên cứu mới từ Đại học Rice, Hoa Kỳ, cho thấy có cách biến nhiệt thải đó thành điện năng. Nghiên cứu công bố trên Solar Energy, giới thiệu chu trình Rankine hữu cơ (ORC) mới, được tăng cường nhiệt mặt trời, một hệ thống điện nhỏ gọn, sử dụng chất lỏng vận hành an toàn để tạo ra điện từ nhiệt.
Điểm mấu chốt là việc bổ sung các tấm phẳng giá rẻ trên mái nhà, thu nhiệt mặt trời để làm nóng dòng nước làm mát của trung tâm dữ liệu trước khi nó đến ORC. Lượng năng lượng mặt trời bổ sung này khắc phục rào cản kỹ thuật chính cho đến nay: Nhiệt thải của trung tâm dữ liệu thường quá mát để có thể tự sản xuất điện hiệu quả.
Các trung tâm dữ liệu hiện đang tiêu thụ hàng trăm terawatt giờ mỗi năm, tương đương nhu cầu của một quốc gia có quy mô trung bình. Thêm vào đó, sự phát triển của AI đang đẩy nhanh quá trình này. Trong bối cảnh đó, nếu muốn nền kinh tế số bền vững, cần phải thu hồi một phần năng lượng nhiệt hiện đang bị lãng phí.
Nhóm nghiên cứu tạo ra các mô hình nhiệt kinh tế chi tiết, xác thực bằng thiết bị công nghiệp, để kiểm tra hiệu suất tại hai trung tâm dữ liệu lớn nhất của Hoa Kỳ có khí hậu rất khác nhau: Ashburn, Virginia và Los Angeles. Họ mô hình hóa bộ thu năng lượng mặt trời trên mái nhà, cung cấp năng lượng cho ORC có kích thước phù hợp được kết nối với một vòng làm mát bằng chất lỏng.
Nhóm nghiên cứu thiết kế hệ thống của họ bằng cách sử dụng bộ thu năng lượng mặt trời đơn giản, giá cả phải chăng, cấu hình thấp (giống như loại thường thấy để đun nước) được lắp trên mái nhà và kết nối trực tiếp với hệ thống làm mát của trung tâm dữ liệu. Vì ORC nằm ở phía nhiệt thải, điện năng thu được sẽ bù đắp trực tiếp cho mức tiêu thụ điện lưới của cơ sở.
Kết quả thật ấn tượng. Hệ thống thu hồi được nhiều hơn điện năng hằng năm từ cùng một lượng nhiệt thải, mức tăng 60% tại Ashburn và 80% tại Los Angeles. Hiệu suất ORC cao hơn 8% trong giờ cao điểm nắng, cùng sự gia tăng hiệu suất trung bình hằng năm. Phương pháp này còn giúp giảm chi phí điện từ năng lượng thu hồi được, với 5,5% tại Ashburn và 16,5% tại Los Angeles.
Nhóm nghiên cứu cho biết, Los Angeles hoạt động tốt hơn nhờ nguồn năng lượng mặt trời dồi dào hơn. Nhưng ngay cả ở Ashburn, nơi mùa đông lạnh hơn và nhiều mây hơn, hệ thống vẫn tăng đáng kể sản lượng và cắt giảm chi phí.
Một ưu điểm bất ngờ nữa là phương pháp này hoạt động tốt nhất trong điều kiện mà hầu hết trung tâm dữ liệu hiện có, nơi các máy chủ máy tính hiện đại được làm mát bằng hệ thống chất lỏng không quá nóng.
Các nhà nghiên cứu cho biết kế hoạch tiếp theo, có thể là thử nghiệm hệ thống tại một địa điểm đang hoạt động và khám phá hệ thống lưu trữ nhiệt, có thể tích trữ nhiệt mặt trời vào ban ngày để tăng cường khả năng phục hồi vào ban đêm. Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Liên minh năng lượng bền vững LLC, Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo quốc gia và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
