Is het systeem economisch rendabel?
Inleiding
Datacenters verbruiken enorm veel stroom en worden daardoor heel erg warm. Deze warmte moet constant worden afgevoerd om te zorgen dat de servers niet oververhit raken. In een land als Finland wordt die restwarmte al slim gebruikt om huizen mee te verwarmen, maar in de rest van de wereld verdwijnt deze warmte bijna altijd onbenut de lucht in. Dat is zonde van de energie. Wij willen deze warmte juist gaan gebruiken om zout water om te zetten in zoet water, en dat water vervolgens te gebruiken om het datacenter te koelen. Maar de grote vraag is natuurlijk: is dit economisch rendabel? Een duurzaam systeem kan immers pas succesvol zijn als het daadwerkelijk haalbaar is. Dat gaan we onderzoeken in dit hoofdstuk.
Onderzoekmethode
Om te kijken of ons idee om zoutwater om te zetten in zoetwater door middel van de restwarmte van een datacenter economisch rendabel is, doen we een haalbaarheidsonderzoek. Omdat we niet daadwerkelijk een datacenter in de zee kunnen plaatsen, maken we een theoretisch rekenmodel in Excel. Hierin rekenen we met een testmodel in de vorm van een subsea-container ter grootte van een normale scheepscontainer.
De volgende drie onderdelen gaan wij gebruiken om de kosten te berekenen:
1. De CapEx (startkosten) en OpEx (lopende kosten)
Eerst zoeken we naar betrouwbare bronnen waarna we de CapEx en OpEx kunnen invullen. Voor de CapEx zoeken we de inkoopprijzen van alle materialen zoals: rvs-staal, het membraan, maar ook serverkosten. Voor de OpEx zoeken we op hoeveel de energie kost voor het hele jaar maar ook het membraan wat om de tijd moet worden vervangen.
2. De opbrengsten
We hebben twee inkomstenbronnen: de servers die door bedrijven worden gebruikt en het zoete water wat wordt verkocht aan waterbedrijven.
3. De Rendabiliteit
We berekenen de rendabiliteit door de jaarlijkse OpEx en de af te trekken van de jaarlijkse opbrengsten. Met de overgebleven winst kunnen we berekenen binnen hoeveel jaar de CapEx zich terugbetaalt. Als dit op of onder de 5 jaar is, is ons systeem economisch rendabel.
Onderzoek
Voordat we alle kosten en opbrengsten in ons model kunnen zetten, Moeten we eerst weten hoe groot ons hypothetische systeem wordt. We rekenen met een test model: een subsea-container van 40-voet (12,19m) die op een diepte ligt tussen de 30 en 45 meter. De servers in de container dienen als warmtebron, ze produceren continu 1,5 Megawatt (MW) aan restwarmte. Omdat de server het grootste deel van de energie omzetten in warmte, hebben we ongeveer 1,5 MW aan gratis warmte.
Met deze warmte kunnen we berekenen hoeveel zoetwater er per dag kan worden geproduceerd in de container. Uit onderzoek van MATEC Web of Conferences blijkt dat er bij membraandestillatie voor een kubieke meter zuiver zoetwater 150 kWh (kilowattuur) nodig is. 38,5 kWh van 150 kWh moet er als losse energie nog aan toe worden gevoegd.
Dit is te bewijzen doormiddel van:
Volume geproduceerd zuiver water per uur = 1500 kW rest warmte delen door 150 kWh per kubieke meter zuiver water = 10 m³ gedemineraliseerd water/uur
24 uur x 10 m³ zuiver water/uur = 240 m³ gedemineraliseerd water/dag
365 dagen x 240 m³ zuiver water = 87 600 m³ gedemineraliseerd water/jaar
87 600 m³ x 130 euro/m³ gedemineraliseerd water = 11.388.000 euro gemiddeld bruto omzet/jaar
De omzet voor het gedemineraliseerd water is dus ongeveer 21 miljoen euro bruto, maar wat zijn de kosten voor dit deel?
Energie kosten:
38,5 kWh per m³ gedemineraliseerd water x 87 600 = 3.372.600 kWh gemiddeld per jaar aan verbruik. Hier hoort een standaardafwijking bij van 7,2 kWh (18,7%). Het verbruik kan dus zowel iets hoger als iets lager liggen.
Een kWh kost voor een bedrijf dat veel stroom verbruikt ongeveer 12,5 eurocent (exclusief btw). Zo kunnen we uitrekenen hoeveel geld wij moeten uitgeven aan stroom:
3.372.600 kWh x 12,5 eurocent = 42.157.500 eurocent
42.157.500 : 100 = 421.575 euro aan stroomkosten
Jaarlijks zal er dus ongeveer 425.000 euro aan stroom worden verbruikt.
Membraan kosten:
Een vierkante meter membraan kost gemiddeld 60 euro exclusief btw.
We hebben 575 m² membraan nodig om 10.000L demiwater per uur te kunnen produceren. Dit is te berekenen doormiddel van de volgende formule:
Een vierkante meter membraan kan 20 liter demi water maken per uur.
LMU = Liters per m²/uur
Ongeveer 125 m² van het membraan moet jaarlijks vernieuwd worden. Dit omdat het zoute water erg agressief is en over tijd de filters verstopt kunnen raken.
125 m² x 60 euro = 7500 euro jaarlijks zonder reparatie kosten
Dit komt uit op:
421.575 + 7500 = 429.075 euro
Maar hier missen nog enkele dingen zoals jaarlijkse reparatie kosten, onderdelen voor de warmtewisselaars, chemicaliën en een onverwachte calamiteiten reserve. Al deze kosten schatten wij op 625.000 euro opgedeeld in:
- Materialen 25.000€
- Calamiteiten reserve 250.000€
- Reparatie kosten 350.000€
------------------------------------------------------------------------ = 1.054.075€ dit is de totale OpEx (lopende kosten)
Dan nu de CapEx
CapEx (Investeringskosten):
Om dit hele systeem op te starten is er een flinke investering nodig. Werken op de zeebodem is erg duur en complex. Microsoft was voor hun 40-voet prototype (Project Natick) al rond de 25 miljoen dollar kwijt. Omdat ons model veel zwaardere AI-servers heeft (1,5 MW) en er een complete ontziltingsinstallatie bij in zit, schatten wij de totale CapEx op ongeveer 28.500.000 euro.
Dit geld is opgedeeld in de volgende grote posten:
- Het subsea drukvat (de 40-voet rvs-container) + warmtewisselaars gemaakt van titanium en de 10 membraancilinders: 6.500.000€
- Onderzeese infrastructuur (de zware waterpijpleiding naar land + de stroom- en datakabel): 12.500.000€
- Maritieme logistiek en installatie (huren van zware offshore-kraanschepen en ROV's (remotely operated vehicle) + storten betonfundering): 6.000.000€
- Engineering, wetgeving, strenge milieuvergunningen en onvoorziene opstartkosten: 3.500.000€
------------------------------------------------------------------------ = 28.500.000€ dit is de totale CapEx (investeringskosten)
Conclusie
Om te kijken of ons idee economisch haalbaar is, moeten we de opbrengsten afwegen tegen de gemaakte kosten. Hieruit komen de volgende cijfers:
Bruto jaaromzet waterverkoop: 11.388.000€
Totale jaarlijkse OpEx (kosten): - 1.054.075€
Winst vóór belasting: 10.333.925€
Winstbelasting (Vennootschapsbelasting 25,8%): - €2.666.152,65
------------------------------------------------------------------------ = 7.667.772,35 euro netto winst/jaar
Jaarlijks houden we dus een nettowinst over van bijna 15 miljoen euro op het gedemineraliseerde water alleen al. We rekenen de servers niet mee omdat ons project draait om het waterzuivering aspect.
Als we de totale CapEx van 28,5 miljoen euro delen door de jaarlijkse nettowinst van de watertak, kunnen we de exacte terugverdientijd uitrekenen:
28.500.000€ CapEx : 7.667.772,35 nettowinst/jaar = 3,72........
Het hele systeem verdient zichzelf dus al binnen 3 jaar en 9 maanden volledig terug. Omdat onze eis in de onderzoeksmethode was dat het systeem zich binnen 5 jaar moet terugverdienen, kunnen we met zekerheid concluderen dat dit systeem economisch rendabel is.