Zephyr: il nuovo Green Data Center

risparmio energetico
Zephyr: il nuovo
Green Data Center
Unico in Italia nel suo genere, il centro Eni prevede l’unificazione
di tutti i sistemi IT Eni di elaborazione dati e High Performance
Computing con l’obiettivo di migliorare l’efficienza energetica,
ottimizzare i costi e contribuire a ridurre le emissioni di CO2
S
ono in corso a Ferrera Erbognone
(Pavia), nei pressi della Raffineria
di Sannazzaro de’ Burgundi, i
lavori per la realizzazione di Zephir, il
nuovo Green Data Center, progettato per
ospitare i sistemi informatici centrali di
elaborazione, attualmente dislocati in
diversi siti in Italia.
Adeguarsi ai principi dello sviluppo
sostenibile è entrato ormai tra le mission
principali dell’informatica.
Il 2% della CO2 emessa nel mondo
proviene, infatti, dai consumi dell’industria informatica e delle telecomunicazioni: una quantità paragonabile a quella
prodotta dall’intera industria dei trasporti
aerei. Solo nel 2007, sono stati spesi in
energia elettrica 7 miliardi di dollari per
far funzionare e raffreddare i server nei
Data Center di tutto il mondo. Nei
prossimi dieci anni l’alimentazione e la
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climatizzazione delle infrastrutture
informatiche diventeranno uno dei fattori
critici dello sviluppo economico.
Eni, con il Progetto Zephyr, ha ripensato
ex novo ogni singolo componente del
“sistema Data Center” nell’ottica del
risparmio energetico, considerando ogni
componente come parte organica di una
più ampia e complessa macchina, un
sistema industriale da progettare come
un tutt’uno.
Destinato sia all’informatica gestionale,
sia all’elaborazione di simulazione computazionale (High Performance Computing),
questo centro - interamente italiano - utilizzerà le più innovative infrastrutture
improntate al risparmio energetico
consentendo di ridurre notevolmente
anche i costi operativi.
Il Green Data Center risponde a caratteristiche di innovazione e sostenibilità, a
partire dal luogo per la sua realizzazione.
La scelta di Ferrera Erbognone è stata
determinata dall’immediata prossimità
della centrale di Enipower, la centrale di
Eni che meglio risponde ai requisiti per
l’alimentazione elettrica per il data
center. La potenza richiesta è già disponibile e la produzione di energia avviene
mediante turbogas a metano che, per
sua natura, è green.
Un secondo obiettivo che Eni si pone
con la costruzione del data center è
superare il record del mondo in termini di
efficienza energetica per questi megacenter (attualmente a 1.27). Il livello di
efficienza che raggiungerà il Green Data
Center avrà un PUE (Power Usage
Effectiveness - rapporto tra consumi
totali del data center e i soli consumi
propri dei macchinari dedicati ai processi
informatici) medio annuo di 1.2, rispetto
alla media annua italiana che presenta
ancora valori tra 2 e 3.
Per la realizzazione del Centro sono
state messe a punto soluzioni totalmente
innovative, come i gruppi di continuità
UPS – realizzati su commissione diretta
di Eni – con tecnologia Ecomod che, a
differenza di quelli già esistenti, intervengono solo quando necessario.
L’efficienza energetica deriva anche dal
particolare sistema di raffreddamento
scelto: per smaltire il calore generato
dall’elaborazione dei dati, di solito i Data
Center utilizzano ininterrottamente
durante tutto l’anno condizionatori e
ventilatori per refrigerare. Il Green Data
Center, invece, unico in Italia per tipologia
e dimensione, utilizzerà per almeno il 75%
delle ore dell’anno l’aria esterna per
raffreddare i calcolatori con un sistema di
free-cooling diretto, limitando l’utilizzo dei
condizionatori al 25%. Una vera sfida, se
si considera che i Data Center con
caratteristiche simili sorgono geograficamente molto più a Nord e in ambienti che
presentano peculiarità meteorologiche
molto differenti. In più l’aria, proveniente
dall’esterno, prima di essere immessa nel
sistema sarà filtrata dalle polveri, eliminate nella misura di circa 3.000 kg
all’anno. In questo modo, una volta
restituita all’esterno, l’aria risulta più
pulita.
La maggiore efficienza del nuovo Data
Center si tradurrà in una riduzione di
emissione di CO2, pari a 335 mila tonnellate annue.
Il Progetto
Nel 2009 è stato sviluppato un concept
per la costruzione di un nuovo Data
Center di proprietà per ospitare tutti i
propri sistemi centrali di elaborazione,
destinati sia all’informatica gestionale
che alle elaborazioni di simulazione
computazionale di HPC (High Performance Computing) con gli oltre 7000
sistemi e più di 60.000 core CPU.
Le caratteristiche distintive del progetto
sono:
-miglior risultato di efficienza energetica
per Data Center
-dimensioni (in MW di energia) uniche in
Italia e tra i top a livello europeo e
mondiale
- realizzazione completamente italiana:
luogo, progetto e costruzione
Partendo dal cuore dell’impianto (dai
requisiti degli apparati IT e sulla base
delle loro caratteristiche) si è sviluppato
tutto il progetto sia per la parte architettonica (con il posizionamento ottimale
degli spazi, per minimizzare ad es. i
percorsi elettrici e dell’aria) che per le
soluzioni impiantistiche.
Il tutto preservando la miglior flessibilità
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per adeguarsi a ospitare i futuri sviluppi
della tecnologia, e non dimenticando la
garanzia del massimo livello di ridondanza impiantistica e nel rispetto dei
parametri operativi per i Data Center
stabiliti dalle normative internazionali,
anche se la ridondanza dei sistemi e
degli apparati rappresenta una scelta
penalizzante rispetto al perseguimento
dell’efficienza energetica, cioè ad un
miglior PUE.
Il parametro P.U.E. (Power Usage
Effectiveness) indica il rapporto tra il
consumo elettrico complessivo di un
Data Center (apparati IT, condizionatori,
ventilatori, UPS, ecc.) e il consumo dei
soli apparati IT. I Data Center standard
non efficienti superano in genere il valore
3.0; un valore di PUE di 2.0 è un risultato
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considerato buono; un valore inferiore al
1.5 è molto aggressivo.
In un Data Center le principali voci di
consumo di energia, oltre ovviamente
agli apparati informatici, sono riconducibili ai sistemi di raffreddamento, ventilazione e distribuzione elettrica.
Nel Progetto Eni, per ciascuna categoria
di consumo, si è proceduto cercando di
individuare le soluzioni più ottimizzanti e
innovative, a volte un po’ fuori dal coro,
per ridurne il peso al fine di migliorare il
PUE complessivo: l’ambizione è di
scendere al di sotto del limite di 1,2.
I principi di sostenibilità con la quale il
nuovo Data Center è stato progettato
sono rintracciabili sin dalla scelta del
luogo in cui è posizionato, l’area di
Ferrera Ergognone nei pressi della
centrale elettrica Enipower di Sannazzaro
de’ Burgundi che consente di cogliere un
primo risultato di efficienza energetica, in
quanto elimina le dispersioni derivanti
dalla rete elettrica di trasporto, che
secondo i dati forniti dall’Autorità per
l’energia sono pari al 5 – 6%.
La struttura è costituita da due corpi
perfettamente simmetrici, detti trifogli,
completamente indipendenti e ridondati
tra loro, al fine di garantire la continuità
d’esercizio dal punto di vista strutturale e
impiantistico.
Tutto l’edificio, tranne la zona centrale
che separa i due trifogli, è interrato fino
alla quota di copertura per realizzare una
collina artificiale, arredata a verde,
migliorando così anche l’impatto visivo.
Il sistema di condizionamento è la
componente più innovativa. Si utilizzerà il
metodo del Free-Cooling diretto, grazie
al quale i sistemi IT verranno raffreddati
direttamente dall’aria esterna, mante-
I dati di efficienza
Recentemente sono stati completati i test dei
primi esemplari degli innovativi sistemi UPS
in tecnologia off-line costruiti su specifiche del
progetto Eni, e il TUV (l’ente certificatore elettrico
tedesco, con il supporto metodologico e di
analisi del Dipartimento di Ingegneria Elettrica
dell’Università di Bologna) ha certificato il
superamento del target di progetto di efficienza
di rendimento del 99,4%, raggiungendo i valori
record di 99,46% al 50% del carico e 99,43%
nendo spenti il più possibile i sistemi di
condizionamento forzato.
Questa idea nasce dall’assunzione di far
funzionare i sistemi IT intorno ai 25–26°C
, una temperatura più elevata (ma
sempre controllata e stabile) rispetto a
quella utilizzata dai Data Center tradizionali che si aggira intorno ai 20-21°C. In
questo modo, anche alla latitudine del
45° parallelo, in Pianura Padana, sulla
base dell’analisi storica dei dati ambientali di temperatura/umidità, si rileva che
per gran parte delle ore dell’anno (oltre il
75%) un’opportuna quantità di aria
esterna ha le caratteristiche adeguate
per raffreddare anche 30MW di sistemi
IT. Il sistema di condizionamento dell’aria
interverrà quindi al massimo nel restante
25% del tempo dell’anno, invece del
tradizionale funzionamento center
continuativo per il 100% del tempo.
L’intero sistema di trattamento dell’aria
costituisce una soluzione integrata
fortemente innovativa, per logica e
dimensioni.
è evidente poi che la posizione
geografica costituisce un ulteriore
fattore di sfida rispetto a Data Center
ubicati più a Nord (Irlanda, Scozia e
Montagne Rocciose negli Stati Uniti)
in aree con situazioni climatiche più
vantaggiose.
A tal proposito anche il sistema di
filtraggio dell’aria in ingresso è stato
oggetto di uno specifico studio e di
simulazioni approfondite: ciò discende
da un lato dalla localizzazione del Data
Center in Pianura Padana (area ad
altissima concentrazione di polveri
sottili, soggetta ad inversione termica), dall’altro dal posizionamento in
un’area completamente agricola e
quindi ad alta densità di polveri.
Per garantire la corretta distribuzione
dei flussi di aria fredda/calda nelle
sale IT in modo da portare l’aria fredda
necessaria ai sistemi IT senza dispersioni, il Data Center avrà un sistema
di compartimentazione rigorosa
dell’aria mediante strutture di CAGE,
che mantengono chiuso e separato il
corridoio dell’aria fredda (su cui si
affacciano allineati tutti i sistemi
server, con la presa di aspirazione
aria), mentre di fatto l’intera sala IT
costituisce il corridoio caldo, dove
l’aria espulsa dai server IT viene
veicolata, per spinta e per effetto
camino, verso la presa di espulsione
del camino di uscita.
Un’idea innovativa è stata applicata
anche per limitare i rischi di incendio
che, statisticamente, nei Data Center
al 100%. Il dato di efficienza raggiunto, record
assoluto per UPS, va confrontato con i valori
standard della stessa categoria in uso nei data
center, nella maggior parte dei casi funzionanti
in modalità on-line (o doppia conversione), i cui
migliori valori dichiarati, in condizioni operative
ottimali, non superano il 96-98% o il 99%
dell’unico prodotto disponibile di tipologia offline. Utilizzando questa soluzione in un singolo
data center con una potenza IT assorbita di 10
MW, sostituendo gli UPS tradizionali (nell’ipotesi
di un valor medio effettivo di efficienza dei sistemi
UPS del 93%) con questi innovativi sistemi, si
avrebbe un risparmio annuo superiore a 5.600
MWh/anno (corrispondenti ai consumi annui
per uso domestico di oltre 4.600 persone), pari
a oltre 600.000 euro all’anno di risparmio
economico e corrispondente a un risparmio
per l’ambiente di 3.000 tonnellate annue di
anidride carbonica (considerando una produzione
termoelettrica). Nell’ipotesi di proiettare questi
dati sull’intero parco data center italiano, i valori
diventano rilevanti. Questa tipologia di sistemi
è assolutamente innovativa: UPS di taglia media
(200kW), operano normalmente in modalità
off-line, o ECO-mode, cioè sono sempre
spenti, in stato di stand-by, e intervengono solo
quando avviene una rilevante discontinuità di
alimentazione elettrica. Poiché le macchine sono
costruite secondo una logica più semplice rispetto
ai tradizionali UPS i sistemi risultano quindi più
affidabili, sicuri ed economici. Significativo anche
che i primi UPS certificati siano di produzione
italiana, a conferma della ricaduta nazionale
del progetto Eni sia sul fronte dello sviluppo di
competenze innovative che sul tessuto economico.
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si verificano nell’area dei Generatori
diesel di emergenza e soprattutto nei
locali batterie degli UPS, che in genere si
trovano nella stessa stanza e in grandi
quantità.
Gli apparati che concorrono alla ridondanza sono sempre installati in locali
distinti e le batterie, fonte di maggior
pericolo, sono ulteriormente frazionale in
piccoli locali totalmente isolati in caso di
incendio e/o di uscita di acidi. Nelle
stanze destinate alle batterie non è
previsto free-cooling ma raffreddamento
tradizionale, controllato, con specifici
camini a ventilazione naturale che
potranno, alla bisogna, servire allo sfogo
di eventuali fumi di surriscaldamento/
combustione.
Al fine dell’ottimizzazione dei percorsi
elettrici, i Power Center di distribuzione
sono stati progettati per lavorare con la
media tensione (20.000V) fino a pochissimi metri dal sistema distributivo finale
verso i server IT, posizionandoli in locali
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in corrispondenza verticale rispetto a
quelli dei sistemi di distribuzione finale
(UPS).
Questo posizionamento degli apparati fa
si che ciascun server IT si trovi ad essere
alimentato sempre da 2 linee distinte,
che provengono da 2 lati contrapposti
della sala, e quindi da 2 diversi UPS
(ciascuno con le proprie specifiche
batterie di emergenza), a loro volta
collegati a due linee di alimentazione
generale diverse. Ogni sistema è poi
ridondato a livello di quadri elettrici per
garantire l’alimentazione di ciascun
sotto-ramo dell’impianto anche in caso di
fault di una delle linee principali di distribuzione. Un guasto su un lato di una sala
può quindi mettere in fault sempre e solo
un sottoinsieme di apparati, al massimo
metà dell’alimentazione: l’altra metà è in
grado di continuare a tenere accesi i
sistemi.
Si è pensato, inoltre, di utilizzare UPS
assolutamente innovativi, di taglia media
(200kW), che operano in tecnologia
off-line (cioè sono sempre spenti, in
stato di stand-by, e intervengono solo
quando avviene una discontinuità di
alimentazione elettrica rilevante), ad
altissima efficienza (99,4% già al 50% del
carico). La dimensione e la rilevanza del
progetto ha convinto i principali produttori mondiali di apparati UPS ad avviare
lo sviluppo e quindi la commercializzazione a listino di questa tipologia di
prodotti, prima non disponibili.
Tutti i sistemi di illuminazione e tutti i
consumi accessori sono stati analizzati
per ottimizzarne i consumi: l’illuminazione
interna è prevista con lampade fluorescenti e sensori di accensione in base a
rilevatori del movimento di persone;
l’illuminazione esterna di sicurezza verrà
realizzata con lampade LED; anche i
colori degli ambienti e delle pareti sono
stati considerati, selezionando tinte ad
alta luminosità. n