Entistäkin ekotehokkaampi Kajaanin datakeskus

Datakeskukset voivat osaltaan auttaa tavoitteiden saavuttamisessa pienentämällä hiilijalanjälkeään ja kasvattamalla hiilikädenjälkeään. (ks. ICT-alan ilmasto- ja ympäristöstrategia). Hiilijalanjälkeä pienentävät hiilineutraalin energian käyttö ja datakeskusten tuottaman hukkalämmön hyödyntäminen.

Hiilikädenjäljellä tarkoitetaan niitä positiivisia ilmastovaikutuksia, joita tuotteen, prosessin tai palvelun tuottamisesta syntyy käyttäjien päästöjen pienenemisen myötä. Näitä ovat esimerkiksi digitalisaation tuomat edut, kuten datatalouden kehitys, liikkumiseen käytetyn energian väheneminen ja CSC:n tapauksessa myös supertietokoneilla lasketun ympäristö- ja energiatutkimuksen tulokset ja erilaiset koulutuskäyttöön tuotetut IT-palvelut. Valmisteilla oleva Euroopan energiatehokkuusdirektiivi antaa jatkossa tietoa kunkin datakeskuksen energiatehokkuudesta ja helpottaa siten datakeskusten keskinäistä vertailua.

Lämpö, merkittävä sivutuote

Datakeskusten toiminnasta syntyy merkittävää sivutuotetta: lämpöä. Tällä hukkalämmöksikin haukutulla sivutuotteella on valtavasti hyödyntämispotentiaalia. Tarkastellaanpa seuraavaksi, miten LUMI-hanke on toteutettu ja miten hankkeen hiilidioksidipäästöjä arvioidaan sen eri vaiheissa.

Hiilidioksidipäästöjen kannalta uusien datakeskusten merkittävimpiä ominaisuuksia on niiden sijainti. Täydellisen sijainnin osatekijöitä ovat esimerkiksi edullisen ja rajattoman energian läheisyys (vihreää energiaa uusiutuvista energianlähteistä), nopea saatavuus, käytettävissä olevat maa-alueet tai rakennukset sekä nykyisiin että tuleviin tarpeisiin, mahdollisuudet hukkalämmön hyödyntämiseen, mahdollisuudet maksuttomaan ympärivuotiseen jäähdytykseen, lyhyt latenssi loppuasiakkaille ja nopeat tietoliikenneyhteydet.

LUMI sijoitettiin Kajaaniin, joka sai esi-eksa-tason supertietokoneiden sijoituspaikkojen arvioinnissa 98/100 pistettä. Paikan soveltuvuus on ilmeistä, ovathan Suomen kansalliset supertietokoneet olleet siellä jo yli kymmenen vuoden ajan.

LUMI sijaitsee entisen paperitehtaan alueelle muotoutuneessa Renforsin Rannan yrityspuistossa, jossa toimii muitakin datakeskuksia. Puistossa oli mahdollista valita täysin uusien tilojen rakentamisen ja olemassa olevien rakennusten hyödyntämisen väliltä. LUMIn kohdalla päädyttiin jälkimmäiseen vaihtoehtoon, jolloin pystyttiin välttämään rakentamisesta aiheutuvat jopa 1 000 tonnin hiilidioksidipäästöt (ks. Schneider white paper 66). Ratkaisu nopeutti myös datakeskuksen saattamista toimintaan. Pohjolan talvet voivat olla ankaria ja ne rajoittavat myös rakennushankkeiden käynnistämistä – tai ainakin nostavat kustannuksia niin, että budjetti räjähtäisi käsiin. Siksi valmiiden rakennusten hyödyntäminen oli kannattavinta paitsi taloudellisesti, myös ekologisen kestävyyden näkökulmasta. Olemme ehkä tottuneet ajattelemaan, ettei molempia näkökulmia voi ottaa yhtä aikaa huomioon. Toivottavasti tämän artikkelin luettuasi ajattelet toisin!

Kun datakeskus on aloittanut toimintansa, suurin osa sen hiilidioksidipäästöistä syntyy energian kulutuksesta ja kulutetun energian tuotannosta. Pohjoismaissa on valtavasti resursseja uusiutuvan energian tuotantoon, ja valtaosa energiasta tuotetaankin vesivoimalla. Myös tuulipuistojen kehitys on tällä hetkellä Pohjoismaissa niin nopeaa, että kansallisilla sähköverkoilla on vaikeuksia mahdollistaa kaiken tuulivoiman hyödyntäminenmuuntaminen sähköksi. Molemmilla yllä mainituilla energiantuotantomenetelmillä on alhainen hiilidioksidi-intensiteetti ja ne sopivat siten hyvin toiminnallisten hiilidioksidipäästöjen pienentämiseen.

Uusiutuvaa energiaa

Energian tuottamispaikan ja kulutuspaikan välinen etäisyys vaikuttaa siirtohävikin syntyyn: mitä pienempi välimatka, sitä vähemmän hävikkiä. Kajaanissa elämme uusiutuvan energian osalta yltäkylläisyydessä, sillä suurin osa Kainuun alueen energiasta tuotetaan lähellä ja uusiutuvista energianlähteistä. Datakeskusten energiatehokkuutta on mitattu PUE-arvon (Power Usage Effectiveness) avulla.

PUE-arvo tarkoittaa IT-laitteistojen käyttämän energian osuutta koko keskuksen toimintojen kuluttamasta energiasta. Vuosien ajan voitiin yksinkertaistaen sanoa, että mitä lähempänä arvoa yksi (1) ollaan, sen parempi. Tämä ei kuitenkaan enää pidä paikkaansa, kun datakeskukset ovat alkaneet hyödyntää hukkalämpöä. Esimerkiksi LUMI syöttää lämpöä Kajaanin kaukolämpöverkkoon, jolloin sen PUE-arvo kasvaa, sillä lämmön esilämmitys lämpöpumpuilla kuluttaa energiaa. Kun hukkalämpö käytetään hyödyksi, LUMI:n PUE-arvo on 1,24. Muutoin se on 1,04. Hukkalämpöä kannattaa hyödyntää vaikka se nostaisikin PUE-arvoa, sillä samalla konesalin energian hyödyntämistä mittavaa ERF-arvo paranee.

Datakeskustoimija voi myös jättää lämpöpumput hukkalämmön vastaanottajan vastuulle, tällöin jakelija lämmittää veden ja lämmitykseen kuluva energia ei vaikuta datakeskuksen PUE-arvoon. Toisaalta lämmöstä saatava korvaus on pienempi.

Finnish Data Center Association yhdistys on ollut mukana laatimassa datakeskusten energian uudelleenkäytön mittaamiseen tarkoitettua ERF-standardia (Energy Reuse Factor, energian uudelleenkäyttökerroin). Standardi ilmaisee datakeskusten hyötykäyttöön tulevan energian prosenttiosuuden. Uuden standardin avulla voi luotettavasti vertailla datakeskusten energiatehokkuutta, kun sekä hukkalämmön hyödyntäminen että energiankulutuksen tehokkuus on huomioitu.

Suomessa hukkalämpöä hyödyntävät datakeskukset ovat oikeutettuja sähköveron alennukseen. Esimerkiksi LUMI pystyy vuosittain kompensoimaan noin 12 400 tonnia hiilidioksidipäästöjä ja tuottamaan 20 % Kajaanin kaukolämmöstä. Paikallisyhteisön tukemisen lisäksi hukkalämmön hyödyntämiseen on myös taloudellinen kannustin: LUMI saa korvausta toimittamastaan lämmöstä, mikä voi pienentää sähkökustannuksia jopa 40 prosenttia. Kaikki voittavat. Datakeskustoiminnasta on paikallisille myös konkreettista hyötyä. Tiivis yhteistyö Kajaanin ammattikorkeakoulun kanssa tuo alalle uusia datakeskus- ja IT-asiantuntijoita, ja uudet hankkeet lisäävät alueellisia investointeja ja vahvistavat paikallistaloutta. Datakeskukset eivät ole pelkkiä ottajia, vaan ne luovat alueelle myös uudenlaista vaurautta.

Vihreää superlaskentaa

Supertietokoneet asetetaan kahdesti vuodessa paremmuusjärjestykseen suorituskyvyn ja ekologisuuden osalta. LUMI saavutti vuoden 2022 ensimmäisessä listauksessa kolmannen sijan molemmissa kategorioissa. Green500-listauksessa supertietokoneiden keskinäistä energiatehokkuutta verrataan GFlops/W-kaavalla, eli jakamalla laskentateho kulutetun energian määrällä. Mitä suurempi laskentateho ja pienempi sähkönkulutus, sen parempi. Vertailussa voitaisiin toki käyttää muitakin mittareita. Esimerkiksi Climate Neutral Data Centre Pact -sopimuksen mukaiset mittarit mittaavat datakeskusten ekologista kestävyyttä. Osa-alueita on viisi: energiatehokkuus, puhtaan energian käyttö, veden käyttö, kiertotalous ja kiertoenergiajärjestelmä (hukkalämmön hyötykäyttö).

Suurteholaskennan datakeskuksissa latenssi ei ole yhtä merkittävä tekijä kuin perinteisissä datakeskuksissa. Siksi seuraavan sukupolven supertietokoneiden datakeskuksen sijaintipaikkaa valittaessa tulisi korostaa edellytyksiä ekologisesti kestävälle ja kustannustehokkaalle toiminnalle. Datakeskusten suunniteltu raportointivelvollisuus tulee toteutuessaan osoittamaan, kuinka kestävää kunkin suurteholaskentakeskuksen toiminta on ja mitkä ovat sen kestävän toiminnan mittarit.

LUMI:n menestys toimii toivottavasti jatkossa viitekehyksenä yleiseurooppalaisille investoinneille, jossa varsinaisen infrastruktuurin sijainti pohjautuu ennemmin ekologiseen kestävyyteen ja toiminnan kustannustehokkuuteen kuin kansalliseen tahtoon. LUMI sai vuonna 2023 Lontoossa järjestetyssä Data Centre World Awards -tapahtumassa Green Data Centre of the Year -palkinnon.

Lisätietoja:

Schneider white paper 66: “Estimating a Data Center’s Electrical Carbon Footprint”, kirjoittanut Dennis Bouley

Kirjoittaja: Veli-Antti Leinonen, CSC