Data Centers - Passive House και τηλεθέρμανση στην κοιλάδα του λιγνίτη

Η κυβέρνηση και η ΔΕΗ ετοιμάζονται την προσεχη εβδομάδα να ανακοινώσουν πολύ μεγάλες επενδύσεις στην λιγνιτική κοιλάδα της Δυτικής Μακεδονίας. Η Δυτική Μακεδονία αντιμετωπίζει σημαντικές ενεργειακές προκλήσεις λόγω της μετάβασης από την παραγωγή ενέργειας με λιγνίτη σε πιο βιώσιμες λύσεις θέρμανσης.

Παραδοσιακά η περιοχή έχει έντονη εξάρτηση από τον λιγνίτη για την παραγωγή ενέργειας και σήμερα βρίσκεται σε μια κρίσιμη φάση μετάβασης προς ένα μέλλον χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Η σταδιακή κατάργηση των λιγνιτικών μονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έως το 2028, όπως προβλέπεται από το Εθνικό Σχέδιο για την Ενέργεια και το Κλίμα, δημιουργεί την ανάγκη για εξεύρεση εναλλακτικών και βιώσιμων πηγών θέρμανσης για την περιοχή. Η μετάβαση αυτή απαιτεί προσεκτικό σχεδιασμό για την άμβλυνση των οικονομικών και κοινωνικών επιπτώσεων, ενώ παράλληλα επιδιώκεται η επίτευξη των περιβαλλοντικών στόχων.

Στην περιοχή, και ιδιαίτερα στην Κοζάνη, η τηλεθέρμανση αποτελεί ένα σημαντικό σύστημα για την κάλυψη των αναγκών θέρμανσης των κατοίκων. Το δίκτυο τηλεθέρμανσης της Κοζάνης έχει μήκος 285 χλμ. και εξυπηρετεί περίπου 29.000 διαμερίσματα . Η εγκατεστημένη θερμική ισχύς είναι 70 MWth, με θερμοκρασίες παροχής και επιστροφής 120°C και 65°C αντίστοιχα . Το υφιστάμενο δίκτυο τηλεθέρμανσης στην Κοζάνη, το οποίο λειτουργεί από τη Δημοτική Επιχείρηση Ύδρευσης Αποχέτευσης Κοζάνης (ΔΕΥΑΚ), καλύπτει ένα μεγάλο ποσοστό των κτιρίων της πόλης, φτάνοντας σχεδόν το 100%. Η θερμική ενέργεια που τροφοδοτεί το δίκτυο προέρχεται σήμερα κυρίως από λιγνιτικές μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που όμως λειτουργούν μεταβατικά και με φυσικό άεριο. Ωστόσο, με την προγραμματισμένη παύση λειτουργίας αυτών των μονάδων, είναι επιτακτική η ανάγκη για την εξεύρεση νέων, πιο φιλικών προς το περιβάλλον πηγών θερμότητας για τη διασφάλιση της συνεχούς λειτουργίας του συστήματος τηλεθέρμανσης , που είναι ότι πιο πολύτιμο έχει σε υποδομές η περιοχή.

Ένα καινοτόμο και βιώσιμο μέσο για την κάλυψη μέρους αυτών των αναγκών αποτελεί η αξιοποίηση της απορριπτόμενης θερμότητας από data centers. Τα data centers, ως εγκαταστάσεις που φιλοξενούν μεγάλο αριθμό υπολογιστών για την επεξεργασία και αποθήκευση δεδομένων, παράγουν σημαντικές ποσότητες θερμότητας ως υποπροϊόν της λειτουργίας τους. Παραδοσιακά, αυτή η θερμότητα απορρίπτεται στο περιβάλλον μέσω συστημάτων ψύξης που καταναλώνουν επιπλέον ενέργεια. Ωστόσο, στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας, η απορριπτόμενη θερμότητα μπορεί να θεωρηθεί ως ένας πολύτιμος πόρος που μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί για διάφορες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της θέρμανσης. Η αξιοποίηση αυτής της θερμότητας όχι μόνο μειώνει την ενεργειακή κατανάλωση για θέρμανση, αλλά συμβάλλει επίσης στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου.

Τα data centers παράγουν θερμότητα κυρίως λόγω της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας από τον εξοπλισμό πληροφορικής, όπως οι διακομιστές, οι μονάδες αποθήκευσης και ο εξοπλισμός δικτύωσης . Σχεδόν το 100% της ηλεκτρικής ενέργειας που καταναλώνεται στα data centers μετατρέπεται σε θερμότητα. Αυτή η θερμότητα πρέπει να απομακρυνθεί για να διατηρηθεί η ορθή λειτουργία του εξοπλισμού, κάτι που παραδοσιακά γίνεται με ενεργοβόρα συστήματα ψύξης.

Η θερμοκρασία της απορριπτόμενης θερμότητας από τα data centers μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο του συστήματος ψύξης που χρησιμοποιείται. Τα data centers που χρησιμοποιούν αερόψυκτα συστήματα συνήθως παράγουν θερμότητα χαμηλότερης ποιότητας, με θερμοκρασίες που κυμαίνονται περίπου στους 25-30°C. Αντίθετα, τα data centers που χρησιμοποιούν υδρόψυκτα συστήματα, ιδίως αυτά με άμεση ψύξη των διακομιστών, μπορούν να επιτύχουν υψηλότερες θερμοκρασίες απορριπτόμενης θερμότητας, της τάξεως των 50-65°C. Η θερμοκρασία αυτή είναι πιο κατάλληλη για άμεση χρήση ή απαιτεί λιγότερη ενέργεια για την αύξησή της σε επίπεδα κατάλληλα για δίκτυα τηλεθέρμανσης.

Για την ανάκτηση της απορριπτόμενης θερμότητας από τα data centers χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνολογίες, όπως εναλλάκτες θερμότητας και αντλίες θερμότητας . Οι εναλλάκτες θερμότητας επιτρέπουν τη μεταφορά θερμότητας από τον αέρα ή το νερό που χρησιμοποιείται για την ψύξη του data center σε ένα άλλο μέσο, όπως το νερό ενός δικτύου τηλεθέρμανσης. Οι αντλίες θερμότητας διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην αύξηση της θερμοκρασίας της χαμηλής ποιότητας απορριπτόμενης θερμότητας σε επίπεδα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν αποτελεσματικά στα δίκτυα τηλεθέρμανσης, τα οποία συχνά απαιτούν υψηλότερες θερμοκρασίες.

Η απορριπτόμενη θερμότητα από τα data centers μπορεί να αξιοποιηθεί για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, πέραν της τηλεθέρμανσης. Αυτές περιλαμβάνουν τη θέρμανση γεωργικών εγκαταστάσεων όπως θερμοκήπια, τη χρήση σε βιομηχανικές διεργασίες που απαιτούν θερμότητα, ακόμη και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω κύκλων Organic Rankine (ORC) όταν η θερμοκρασία είναι αρκετά υψηλή (>80°C).Η ευελιξία αυτή καθιστά την απορριπτόμενη θερμότητα έναν πολύτιμο πόρο που μπορεί να συμβάλει στην αύξηση της συνολικής ενεργειακής απόδοσης και στη μείωση της εξάρτησης από παραδοσιακές πηγές ενέργειας.

Η αξιοποίηση της απορριπτόμενης θερμότητας από τα data centers προσφέρει πολλαπλά οφέλη. Πρώτον, μειώνει την ανάγκη για παραγωγή θερμότητας από συμβατικές πηγές, οδηγώντας σε μείωση της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης. Δεύτερον, συμβάλλει στη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, καθώς η θερμότητα που επαναχρησιμοποιείται υποκαθιστά την παραγωγή θερμότητας από ορυκτά καύσιμα. Τρίτον, μπορεί να δημιουργήσει νέες πηγές εσόδων για τους φορείς εκμετάλλευσης των data centers, οι οποίοι μπορούν να πωλούν την απορριπτόμενη θερμότητα σε δίκτυα τηλεθέρμανσης ή σε άλλους χρήστες.

Η ποσότητα θερμότητας που θα μπορούσε να προσφέρει η απορριπτόμενη θερμότητα από τα data centers στην Κοζάνη εξαρτάται από το μέγεθος και τον αριθμό των data centers που θα εγκατασταθούν στην περιοχή. Ακόμη και μικρά έως μεσαία data centers μπορούν να παράγουν σημαντικές ποσότητες θερμότητας που θα μπορούσαν να καλύψουν μέρος των αναγκών θέρμανσης ενός σημαντικού αριθμού κτιρίων. Για παράδειγμα, ένα μεσαίου μεγέθους data center με ισχύ λειτουργίας 900 kW μπορεί θεωρητικά να θερμάνει έως και 66.000 m².

Οι αντλίες θερμότητας και οι εναλλάκτες θερμότητας είναι κρίσιμες τεχνολογίες για τη διευκόλυνση της μεταφοράς και της αύξησης της θερμοκρασίας της απορριπτόμενης θερμότητας για χρήση στην τηλεθέρμανση. Η οικονομική αποδοτικότητα της τεχνολογίας των αντλιών θερμότητας θα είναι καθοριστικοί παράγοντες για τη συνολική βιωσιμότητα του έργου.

Παράλληλα με την εξεύρεση βιώσιμων πηγών θερμότητας, η μείωση της ζήτησης ενέργειας για θέρμανση στα κτίρια είναι εξίσου σημαντική. Το πρότυπο Passive House αποτελεί μια πρωτοποριακή προσέγγιση για την ενεργειακή αναβάθμιση κτιρίων, με στόχο την ελαχιστοποίηση των αναγκών θέρμανσης και ψύξης μέσω της βελτίωσης της θερμομόνωσης, της στεγανότητας, της χρήσης υψηλής απόδοσης κουφωμάτων και ενός συστήματος μηχανικού αερισμού με ανάκτηση θερμότητας. Τα κτίρια που κατασκευάζονται ή αναβαθμίζονται σύμφωνα με το πρότυπο Passive House επιτυγχάνουν εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας για θέρμανση και ψύξη, μειώνοντας την ενεργειακή τους εξάρτηση και τις εκπομπές ρύπων.

Η εφαρμογή του προτύπου Passive House σε αστικές περιοχές προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα. Τα κτίρια με χαμηλή ενεργειακή κατανάλωση συμβάλλουν στη μείωση της συνολικής ενεργειακής ζήτησης των πόλεων και στην ελάφρυνση των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και θέρμανσης. Επιπλέον, μειώνουν δραστικά τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου από τον κτιριακό τομέα, ο οποίος αποτελεί έναν από τους μεγαλύτερους συντελεστές των εκπομπών στις αστικές περιοχές. Ταυτόχρονα, τα κτίρια Passive House προσφέρουν υψηλότερο επίπεδο άνεσης στους ενοίκους, με σταθερές θερμοκρασίες και καλύτερη ποιότητα εσωτερικού αέρα, ενώ μειώνουν σημαντικά τους λογαριασμούς ενέργειας.

Υπάρχουν αυξανόμενα παραδείγματα εφαρμογής του προτύπου Passive House σε αστικές περιοχές σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένων έργων μεγάλης κλίμακας όπως συγκροτήματα κατοικιών και πολυώροφα κτίρια. Στην Ελλάδα, το Ελληνικό Ινστιτούτο Παθητικού Κτιρίου (ΕΙΠΑΚ) έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην προώθηση του προτύπου και στην πιστοποίηση παθητικών κτιρίων. Παρόλο που ο αριθμός των πιστοποιημένων παθητικών κτιρίων στην Ελλάδα είναι ακόμη σχετικά μικρός, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον και δραστηριότητα στον τομέα αυτό, συμπεριλαμβανομένων και έργων στην περιοχή της Κοζάνης.

Η σημαντικά μειωμένη ζήτηση θέρμανσης των κτιρίων που αναβαθμίζονται σύμφωνα με το πρότυπο Passive House ευθυγραμμίζεται ιδανικά με την πιθανή προσφορά απορριπτόμενης θερμότητας από τα data centers. Τα κτίρια Passive House απαιτούν ελάχιστη ενέργεια για θέρμανση, καθιστώντας τα ιδανικούς αποδέκτες μιας δυνητικά χαμηλότερης θερμοκρασίας πηγής θερμότητας, όπως η απορριπτόμενη θερμότητα από τα data centers. Αυτό μπορεί να μειώσει την ανάγκη για εκτεταμένη αύξηση της θερμοκρασίας της απορριπτόμενης θερμότητας, βελτιώνοντας την αποδοτικότητα του συστήματος.

Ο συνδυασμός αυτών των δύο προσεγγίσεων έχει τη δυνατότητα να επιτύχει σχεδόν μηδενικές εκπομπές και κατανάλωση ενέργειας στα κτίρια. Τα παθητικά κτίρια, ιδίως όταν συνδυάζονται με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, μπορούν να γίνουν κτίρια μηδενικού ή ακόμη και θετικού ενεργειακού ισοζυγίου. Η αξιοποίηση της σταθερής και προβλέψιμης παροχής θερμότητας από τα data centers μπορεί να συμπληρώσει τις σταθερές εσωτερικές θερμοκρασίες που διατηρούν τα παθητικά κτίρια. Δεδομένου ότι τα data centers απαιτούν ψύξη όλο το χρόνο, η παραγωγή θερμότητας είναι σχετικά σταθερή, γεγονός που μπορεί να καλύψει αξιόπιστα τις ελάχιστες ανάγκες θέρμανσης των παθητικών κτιρίων κατά τη διάρκεια της χειμερινής περιόδου.

Εάν ένα σημαντικό ποσοστό των κτιρίων που συνδέονται με το δίκτυο τηλεθέρμανσης αναβαθμιστεί σύμφωνα με το πρότυπο Passive House, θα μπορούσε να υπάρξει η δυνατότητα βελτιστοποίησης των θερμοκρασιών λειτουργίας του δικτύου τηλεθέρμανσης. Με τη μειωμένη ζήτηση θέρμανσης από τα κτίρια, το δίκτυο τηλεθέρμανσης θα μπορέσει να λειτουργήσει σε χαμηλότερες θερμοκρασίες, βελτιώνοντας την αποδοτικότητα και καθιστώντας το πιο συμβατό με την απορριπτόμενη θερμότητα από τα data centers. Αυτή η συνδυασμένη προσέγγιση θα μειώσει την εξάρτηση από άλλες δυνητικά μεταβλητές ή λιγότερο βιώσιμες ανανεώσιμες πηγές θέρμανσης για το δίκτυο τηλεθέρμανσης.

Υπάρχουν αρκετά επιτυχημένα παραδείγματα αξιοποίησης της απορριπτόμενης θερμότητας από data centers για την τηλεθέρμανση σε διάφορες πόλεις και περιοχές παγκοσμίως. Για παράδειγμα, στη Στοκχόλμη της Σουηδίας, η απορριπτόμενη θερμότητα από data centers, όπως το Stockholm Data Parks, ενσωματώνεται στο δίκτυο τηλεθέρμανσης της πόλης, μειώνοντας σημαντικά την εξάρτηση από πηγές θέρμανσης που βασίζονται σε ορυκτά καύσιμα. Στο Ελσίνκι της Φινλανδίας, η θερμότητα που παράγεται από τα data centers χρησιμοποιείται για τη θέρμανση χιλιάδων κατοικιών και γραφείων μέσω ενός εκτεταμένου δικτύου αγωγών. Στο Δουβλίνο της Ιρλανδίας, ένα πρόγραμμα συνεργασίας μεταξύ της Amazon Web Services (AWS) και της Heat Works αξιοποιεί την απορριπτόμενη θερμότητα από ένα τοπικό data center της AWS για τη θέρμανση δημόσιων κτιρίων, μειώνοντας τις εκπομπές άνθρακα. Στην Οντένσε της Δανίας, ένα data center μιας πολυεθνικής εταιρείας τεχνολογίας παρέχει θέρμανση σε σχεδόν 11.000 νοικοκυριά της πόλης, αξιοποιώντας ένα σύστημα ανάκτησης θερμότητας.

Αυτά τα έργα καταδεικνύουν την τεχνική δυνατότητα και τα οφέλη από την ενσωμάτωση των data centers στα δίκτυα τηλεθέρμανσης. Η κλίμακα της θέρμανσης που παρέχεται από αυτά τα έργα είναι συχνά σημαντική, καλύπτοντας τις ανάγκες χιλιάδων κατοικιών και μεγάλων επιφανειών δημόσιων και εμπορικών κτιρίων. Το μεγεθος των DC που θα ανακοινωθουν στην Δυτική Μακεδονια μπορουν ανετα να καλυψουν τις αναγκες όλης της περιφέρειας και αυτές της γειτονικής Ηπείρου.

Επιπλέον, υπάρχουν επιτυχημένα παραδείγματα αστικών περιοχών που έχουν εφαρμόσει το πρότυπο Passive House σε μεγάλη κλίμακα. Οι Βρυξέλλες, για παράδειγμα, έχουν θέσει φιλόδοξους στόχους για την ενεργειακή απόδοση των κτιρίων, με το πρότυπο Passive House να αποτελεί κεντρικό στοιχείο της στρατηγικής τους 26. Στη Νέα Υόρκη, ο τοπικός νόμος 97 του 2019 απαιτεί από τα περισσότερα κτίρια άνω των 2.300 m² να πληρούν πρότυπα ενεργειακής απόδοσης επιπέδου Passive House και να τηρούν όρια εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Η Σκωτία και η Βρετανική Κολομβία ακολουθούν σήμερα τον ίδιο δρόμο. Αυτά τα παραδείγματα καταδεικνύουν την ευρεία εφαρμογή και τον αντίκτυπο του προτύπου Passive House σε πυκνοδομημένες αστικές περιοχές.

Συμπερασματικά : η αξιοποίηση της απορριπτόμενης θερμότητας από data centers σε συνδυασμό με την ενεργειακή αναβάθμιση κτιρίων κατά το πρότυπο Passive House παρουσιάζει σημαντικές δυνατότητες για την αντιμετώπιση των προκλήσεων της ενεργειακής μετάβασης στην Κοζάνη και τη Δυτική Μακεδονία. Αυτή η ολοκληρωμένη προσέγγιση προσφέρει περιβαλλοντικά και οικονομικά οφέλη, συμπεριλαμβανομένης της μείωσης των εκπομπών, της χαμηλότερης κατανάλωσης ενέργειας και της δημιουργίας ενός πιο βιώσιμου και ανθεκτικού ενεργειακού συστήματος για την περιοχή. Με προσεκτικό σχεδιασμό, επενδύσεις και συνεργασία μεταξύ των ενδιαφερομένων μερών, η Κοζάνη και η Δυτική Μακεδονία μπορούν να γίνουν ένα πρότυπο για άλλες περιοχές στην Ευρώπη που αντιμετωπίζουν παρόμοιες προκλήσεις ενεργειακής μετάβασης.