Solaire et stockage pour alimenter les data centers : une transition loin d’être automatique

D’après pv magazine International

À mesure que les data centers gagnent en taille et en complexité, la question de leur approvisionnement en électricité fiable et à bas coût devient critique. Gerhard Salge, directeur technique de Hitachi Energy, filiale du conglomérat japonais Hitachi, analyse pour pv magazine les interactions entre énergies renouvelables et exploitation des data centers. Si la faisabilité technique est acquise, le succès repose sur une planification rigoureuse, des infrastructures adaptées et une approche systémique.

« Lorsque l’on observe l’évolution des réseaux électriques, les énergies renouvelables deviennent un élément actif du côté de la production, tandis que les data centers sont un élément actif du côté de la demande, explique-t-il. Il faut y ajouter une dimension essentielle : la flexibilité. Celle-ci passe par le stockage et par des réseaux capables d’agir activement pour orchestrer l’ensemble de ces composantes. »

Des réseaux actifs, pas passifs

Selon Gerhard Salge, la clé réside dans des réseaux électriques actifs, et non dans des systèmes passifs qui se contentent de réagir aux conditions. Avec la montée en puissance des renouvelables, l’évolution des profils de consommation, l’émergence de nouveaux pôles de charge et le déploiement de solutions de stockage – batteries, mais aussi infrastructures existantes comme le pompage-turbinage –, une coordination active est indispensable pour garantir la sécurité d’approvisionnement, la qualité de l’électricité et l’optimisation des coûts.

« Lorsque l’on analyse les interactions entre énergies renouvelables et data centers, il faut toujours considérer l’ensemble des leviers de flexibilité du système électrique : la demande, la production, le stockage et le réseau actif qui fait le lien entre tous ces éléments », souligne-t-il, précisant que des réseaux faibles ou congestionnés ne peuvent remplir ce rôle.

Data centers conventionnels et data centers d’IA : des profils très différents

Gerhard Salge rappelle que tous les data centers ne se ressemblent pas. « Il existe les data centers conventionnels et les data centers dédiés à l’intelligence artificielle, explique-t-il. Les premiers sont des installations à forte charge, avec des fluctuations modérées. Ils regroupent de nombreux processeurs traitant des requêtes – moteurs de recherche ou autres applications – réparties de manière stochastique. Cela génère une charge de base avec des variations aléatoires, typique des data centers traditionnels. »

Les data centers d’IA, en revanche, reposent massivement sur des GPU ou des accélérateurs d’IA, très énergivores. Ils fonctionnent souvent à des niveaux de charge élevés et soutenus, parfois proches de leur capacité maximale sur de longues périodes. « Les centres de données pour l’IA sont particulièrement performants pour le calcul parallèle, précise-t-il. Un grand nombre de traitements sont déclenchés simultanément selon des profils de demande identiques, ce qui provoque des pics de consommation très marqués, à la hausse comme à la baisse, et de manière synchronisée. »

Ces variations rapides constituent un défi majeur pour l’alimentation électrique, mais aussi pour la stabilité en tension et en fréquence du réseau. « Il faut alors être capable d’acheminer de la puissance active depuis un système de stockage d’énergie (ou un supercondensateur) vers le data center, puis d’absorber cette puissance lorsque le pic retombe. Cela implique un pilotage fin de la puissance active du data center et une interaction étroite entre les unités de stockage et les charges d’IA. »

Batteries ou supercondensateurs : des usages complémentaires

Les batteries offrent une capacité de stockage énergétique bien supérieure à celle des supercondensateurs, mais ces derniers sont capables de fournir et d’absorber de petites quantités d’énergie à très haute fréquence. « Si l’on utilise une batterie de capacité inférieure à la charge et qu’on la sollicite en permanence sur toute sa plage de fonctionnement, elle se dégradera très rapidement, alerte Gerhard Salge. La fréquence des pics est telle que le vieillissement est accéléré. Les supercondensateurs, en revanche, supportent beaucoup plus de cycles. »

Les deux technologies sont aujourd’hui matures, mais la configuration optimale – batterie, supercondensateurs, condensateurs classiques ou combinaison de ces solutions – dépend de nombreux paramètres : capacité de stockage requise, nombre de racks, niveaux de tension et architecture globale du système.

Piloter les pics d’entraînement de l’IA

Le CTO de Hitachi Energy insiste également sur le respect des codes de réseau, qui varient selon les pays. « Un data center doit être un bon citoyen du système électrique, affirme-t-il. Il est indispensable de travailler avec les gestionnaires de réseaux locaux pour s’assurer du respect des règles et éviter toute perturbation du réseau. »

Lorsque les installations renouvelables et les data centers sont co-localisés, une solution consiste à gérer la production d’électricité renouvelable directement à l’intérieur du périmètre du data center. Disposer d’un réseau modernisé et conçu pour l’avenir constitue également un avantage majeur, car il offre davantage de leviers de flexibilité pour intégrer les renouvelables, piloter le stockage et absorber les charges dynamiques des data centers.

À défaut, les réseaux insuffisamment modernisés subiront des contraintes accrues. « À l’inverse, une planification globale permet d’utiliser une partie de la flexibilité du data center comme un outil de pilotage de la demande », explique-t-il. Les phases d’entraînement intensif de l’IA peuvent ainsi être programmées aux moments où le système électrique dispose de marges de capacité, transformant le data center en une charge prévisible et pilotable. « Sur le plan technique, la faisabilité est bien réelle, mais elle repose sur une configuration adaptée », résume-t-il.

Une équation économique favorable aux renouvelables

Sur le plan économique, Gerhard Salge estime que le solaire et l’éolien demeurent les sources d’électricité les plus compétitives, même en tenant compte des investissements nécessaires pour assurer la flexibilité du réseau. Le solaire présente l’avantage d’un déploiement rapide, tandis que l’éolien le complète efficacement, les deux technologies pouvant être développées en parallèle.

« Toute hausse de la demande liée aux data centers implique des investissements, qu’ils concernent des moyens renouvelables ou conventionnels », souligne-t-il. « Les équilibres économiques dépendent des marchés, et les mécanismes de marché, la régulation et la planification technique des réseaux sont étroitement liés. Ils influencent les flux d’énergie, les prix et la stabilité du système. »

« Nous recommandons aux développeurs de travailler dès l’amont avec l’ensemble des parties prenantes – gestionnaires de réseaux, fournisseurs de technologies et planificateurs – afin de garantir fiabilité, compétitivité et acceptabilité sociale. Une planification globale permet d’éviter les solutions correctives a posteriori et d’obtenir de meilleurs résultats sur le long terme », conclut-il.

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