แบตเตอรี่คอนกรีตเก็บพลังงานจากศูนย์ข้อมูลได้อย่างไร

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ

ห้องเซิร์ฟเวอร์ทำงานตลอดวัน พัดลมและระบบทำความเย็นต้องพาความร้อนออกจากเครื่อง เพื่อให้อุปกรณ์ไม่ทำงานเกินอุณหภูมิที่กำหนด แต่ลมอุ่นซึ่งถูกระบายทิ้งยังมีพลังงานเหลืออยู่ คำถามคือจะเก็บความร้อนส่วนนี้ไว้ใช้ในเวลาอื่นได้หรือไม่

ข่าวจาก Lehigh University ทำให้เกิดคำถามว่า ความร้อนจากเซิร์ฟเวอร์จะกลับมาใช้ได้ไหม ชื่อ “แบตเตอรี่ความร้อน” ฟังคล้ายอุปกรณ์เก็บไฟฟ้า แต่ความต้องการปลายทางมีหลายแบบ บางแห่งต้องใช้ไฟฟ้า บางแห่งต้องใช้ความร้อนหรือความเย็น จึงต้องดูว่าวิธีนี้เก็บพลังงานในรูปไหน และนำกลับมาใช้แบบใด

คำตอบคือระบบนี้ เก็บพลังงานเป็นความร้อนในวัสดุปูนซีเมนต์ชนิดออกแบบพิเศษ ไม่ได้เก็บไฟฟ้าเหมือนแบตเตอรี่โทรศัพท์ แกนเก็บพลังงานต่อกับท่อเทอร์โมไซฟอนที่มีครีบช่วยแลกเปลี่ยนความร้อน ภายในท่อมีของไหลทำงาน ซึ่งเปลี่ยนสถานะระหว่างรับและส่งความร้อนเพื่อพาพลังงานเข้าไปในวัสดุหรือดึงกลับออกมา

หลักการเก็บแบบนี้เรียกว่า “ความร้อนสัมผัส” พลังงานเข้าไปทำให้อุณหภูมิของวัสดุสูงขึ้น แทนที่จะเก็บเป็นประจุเคมีเหมือนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เมื่อมีความต้องการ ระบบจึงส่งความร้อนออกไปใช้กับกระบวนการที่ต้องการอุณหภูมิสูง ไม่ได้จ่ายไฟให้เครื่องคอมพิวเตอร์โดยตรง

จุดที่น่าสนใจคือช่วงเวลารับและใช้พลังงานไม่จำเป็นต้องตรงกันพอดี ศูนย์ข้อมูลอาจมีความร้อนเหลือในช่วงหนึ่ง แต่โรงงานใกล้เคียงต้องการความร้อนสำหรับอบแห้งหรือให้ความร้อนในอีกช่วงหนึ่ง การเก็บไว้ในวัสดุขนาดใหญ่จึงช่วยเชื่อมแหล่งความร้อนกับการใช้งานที่เกิดคนละเวลาได้ หากออกแบบอุณหภูมิและการเชื่อมต่อให้เหมาะกัน

งานทดลองของ Lehigh ที่เผยแพร่ในปี 2023 ใช้โมดูลเก็บความร้อนขนาด 150 กิโลวัตต์-ชั่วโมงความร้อน มีท่อเทอร์โมไซฟอน 22 ชุดฝังอยู่ในเนื้อคอนกรีต และรายงานประสิทธิภาพตั้งแต่รับพลังงานจนคายพลังงานกลับราว 70 เปอร์เซ็นต์ในชุดทดลองนั้น ตัวเลขนี้เป็นผลของระบบต้นแบบตามเงื่อนไขที่ทดสอบ ไม่ใช่การรับประกันประสิทธิภาพของทุกโรงงาน

หน่วยที่ใช้ก็มีความหมายต่างจากแบตเตอรี่ในรถหรือโทรศัพท์ โดยต้นแบบนี้ระบุความจุเป็น 150 กิโลวัตต์-ชั่วโมงความร้อน ซึ่งบอกปริมาณพลังงานความร้อนที่เก็บได้ ไม่ใช่ไฟฟ้าที่ส่งออกมาใช้ได้ทันที หากต้องแปลงความร้อนกลับเป็นไฟฟ้า ยังต้องมีอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าและมีการสูญเสียในขั้นตอนนั้น

Lehigh เสนอการประยุกต์กับศูนย์ข้อมูลโดยนำความร้อนที่เครื่องคอมพิวเตอร์ปล่อยออกมาไปเก็บหรือยกระดับอุณหภูมิ แล้วใช้กับระบบทำความเย็นแบบดูดซึม การอบแห้ง หรือกระบวนการอุตสาหกรรม ข้อมูลของมหาวิทยาลัยระบุช่วงอุณหภูมิเป้าหมาย 120–220 องศาเซลเซียสสำหรับการใช้งานบางแบบ และยังกล่าวถึงการทำงานที่อุณหภูมิสูงได้ถึง 500 องศาเซลเซียสในงานอื่น

ตัวเลขอุณหภูมิสูงสุดไม่ได้แปลว่าเซิร์ฟเวอร์ปล่อยลมร้อนระดับนั้น ระบบต้องมีการออกแบบเพื่อถ่ายเทหรือเพิ่มอุณหภูมิ และการใช้งานแต่ละแบบมีเงื่อนไขของตัวเอง ข้อมูลจากทีมวิจัยกล่าวถึงต้นแบบและแนวทางประยุกต์ ส่วนการติดตั้งจริงในศูนย์ข้อมูลและความคุ้มค่าระยะยาวยังต้องประเมินตามสถานที่ แหล่งพลังงาน และผู้ใช้ความร้อน

ดังนั้น “แบตเตอรี่คอนกรีต” ไม่ได้มาแทนแบตเตอรี่ไฟฟ้าก้อนเล็ก แต่เป็นถังเก็บความร้อนขนาดใหญ่ที่อาจช่วยนำพลังงานซึ่งเคยถูกระบายทิ้งกลับมาใช้ได้ ประโยชน์จะเกิดขึ้นเมื่อมีความร้อนเหลือ มีจุดใช้ความร้อนอยู่ใกล้ และอุณหภูมิของทั้งสองฝั่งเข้ากันได้พอดี