جامعة إلينوي الأمريكية تقترح استخدام طبقات المياه الجوفية لتبريد مراكز البيانات

أخبار ar.wedoany.com، اقترح علماء من هيئة المسح الجيولوجي في إلينوي التابعة لمعهد البراري بجامعة إلينوي في إربانا-شامبين استخدام طبقات المياه الجوفية كبطارية حرارية طبيعية لتبريد مراكز البيانات. وقد نُشرت الدراسة في مجلة "Groundwater".

تستهلك مراكز البيانات كميات كبيرة من الكهرباء والمياه لمنع ارتفاع درجة حرارة الخوادم. وأشارت الدراسة إلى أنه وفقًا لتصميم المركز، قد تتراوح نسبة الطاقة المستخدمة للتبريد فقط بين 10% و40% من إجمالي استهلاك الطاقة. في عام 2023، أعلنت جوجل أن تبريد جميع مراكز بياناتها استهلك أكثر من 6 مليارات جالون من المياه. تعتمد العديد من أنظمة التبريد التقليدية على تبخر كميات كبيرة من المياه، والتي تُزال بشكل دائم من نظام الإمداد المائي المحلي.

أُجريت الدراسة بواسطة الباحثة ما بعد الدكتوراه أوباسانا باندي، بالتعاون مع البروفيسور الدكتور يو-فينغ لين والدكتور أندرو ستامبف. وقد أثبتوا مبدأ عمل نظام تخزين الطاقة الحرارية في طبقات المياه الجوفية (ATES)، الذي يستخدم المياه الجوفية لتخزين الطاقة الحرارية الموسمية، ويعمل كبطارية حرارية طبيعية عملاقة، من خلال أزواج الآبار (well doublets) لاستخراج المياه وحقنها، مما يحقق تدفئة وتبريدًا موفرًا للطاقة ومنخفض الكربون.

في العملية التفصيلية، تُضخ المياه الباردة من طبقة المياه الجوفية عبر مبادل حراري داخل مركز البيانات، لتمتص الحرارة الناتجة عن أجهزة الحوسبة، ثم تعود إلى طبقة المياه الجوفية للتخزين وإعادة الاستخدام. في الأشهر الباردة، يمكن عكس العملية، حيث يمكن استخدام الحرارة المخزنة تحت الأرض في الصيف لتدفئة المباني في الشتاء، بينما تُخزن المياه الباردة التي جُمعت في الشتاء لاستخدامها في التبريد الصيفي. يمكن لهذه الطريقة رفع كفاءة التبريد إلى مستوى يقلل من إجمالي الطلب على الكهرباء.

أشار ستامبف إلى أن مناطق مثل إلينوي يمكنها الاستفادة من درجة حرارة الأرض شبه الثابتة تحت السطح. وضرب مثالًا بأن الأنظمة التقليدية تحتاج إلى خفض درجة الحرارة من 90 درجة فهرنهايت (حوالي 32.2 درجة مئوية) إلى 70 درجة فهرنهايت (حوالي 21.1 درجة مئوية)، بينما النظام الذي يستخدم المياه الجوفية يحتاج فقط إلى رفعها من حوالي 55 درجة فهرنهايت (حوالي 12.8 درجة مئوية) إلى 70 درجة فهرنهايت. لا تعتمد هذه التقنية على المياه العذبة الصالحة للشرب، بل يمكن استخدام طبقات المياه الجوفية المالحة الأعمق، والمياه الجوفية الملوثة، وحتى المناجم المهجورة المغمورة بالمياه لتخزين الطاقة الحرارية. يرى فريق البحث أن ولاية إلينوي مناسبة بشكل خاص لهذه التقنية نظرًا لتقلباتها الموسمية الواضحة في درجات الحرارة، ووفرة مواردها المائية الجوفية، وقدرة رواسبها الجليدية على نقل الحرارة بفعالية.

أشار فريق البحث إلى أن أكبر عقبة تواجه هذه التقنية هي اقتصادية وليست تقنية. تتطلب أنظمة التبريد الحراري الأرضي استثمارات أولية أعلى، لكن تكاليف تشغيلها على المدى الطويل تكون عادةً أقل. غالبًا ما تقوم العديد من المشاريع بتقييم دورة استثمارية تتراوح بين 5 و10 سنوات فقط، بدلاً من العمر الافتراضي لهذه الأنظمة الذي يتراوح بين 20 و40 عامًا، حيث تكون فوائدها أكبر. العمالة اللازمة لنشر هذا النظام موجودة بالفعل، لأن العديد من مهارات الحفر شائعة في صناعات النفط والغاز الطبيعي وآبار المياه.

صرح لين في بيان له بأن الماء مادة رائعة، ذات سعة حرارية عالية، ويمكن أن تتدفق كناقل حراري جيد، وهذا المزيج نادر في المياه الجوفية، ويمكن الاستفادة من هذه الخصائص لتخزين الطاقة.