As redes elétricas em todo o mundo estão passando por uma transição difícil, demorada e cara. As empresas de energia não apenas precisam atender à demanda crescente e, ao mesmo tempo, reduzir as emissões de carbono, mas também são obrigadas a manter um fornecimento estável, apesar de uma grande mudança para fontes de energia menos confiáveis e mais intermitentes. Muitas dessas fontes de energia são distribuídas, exigindo um redesenho e atualização significativos da rede para garantir que a energia flua de forma eficiente de onde é gerada para onde é necessária.

As crescentes demandas de energia do setor de data centers estão criando um grande desafio para os fornecedores de energia, especialmente em locais como Virgínia do Norte (EUA), Irlanda, Londres (Reino Unido) e Frankfurt (Alemanha). Para atender à demanda, os fornecedores estão investindo pesadamente em novas capacidades e aumentando a flexibilidade - mas isso não é suficiente. Eles querem que os data centers façam o mesmo. Para muitos data centers, especialmente aqueles que planejam novos projetos, não será mais suficiente ser um cliente passivo.

Mesmo antes do surgimento da IA generativa e suas demandas significativas de energia, havia preocupações sobre o atendimento aos requisitos de energia dos data centers. Em algumas regiões e países, o consumo de energia do data center é responsável por mais de 10% da carga da rede e está aumentando rapidamente – agravado pelas crescentes demandas de energia de fontes como veículos elétricos e sistemas HVAC.

Essa demanda crescente fez com que muitas aplicações de energia da rede fossem (ou provavelmente seriam) negadas e atrasadas, enquanto a infraestrutura envelhecida e os prazos de entrega estendidos dos equipamentos dificultam a implantação oportuna de nova geração de energia.

O aumento da demanda também está desacelerando ou revertendo os esforços de descarbonização da rede em algumas regiões - apesar dos mandatos regulatórios e da pressão pública para aumentar o ritmo. Na ausência de alternativas viáveis, a geração de combustíveis fósseis está sendo reintroduzida para garantir que haja um fornecimento adequado de energia não intermitente (firme) disponível para atender à demanda.

Esses desafios desencadearam uma busca por novas fontes de energia para data centers, exploração em novas geografias e métodos aprimorados para economizar, armazenar ou distribuir energia. Não existe uma única tecnologia, no entanto, que terá um impacto significativo nos próximos cinco anos ou mais. Com uma nova capacidade substancial de data center programada para entrar em operação entre 2025 e 2035, algumas regiões provavelmente enfrentarão lacunas significativas entre oferta e demanda.

Algumas empresas que constroem grandes instalações no campus estão explorando a geração de energia em larga escala no local usando turbinas a gás ou células de combustível. Essas empresas poderão compensar parte de seu investimento contribuindo com o excesso de energia para a rede local. Também ajudará no planejamento e na aceitabilidade pública, enquanto as concessionárias investem na geração de energia renovável. Mas esses são valores discrepantes.

As estratégias que envolvem uma série de ações, políticas e tecnologias e se concentram em aumentar a eficiência e a flexibilidade dos ativos novos e existentes incluem:

• A rede melhora o uso da capacidade de geração e distribuição de energia por meio de automação, atualizações de transmissão e aplicação de gerenciamento inteligente (incluindo IA), previsão avançada e preços dinâmicos.
• Grandes clientes colaboram mais de perto com seus fornecedores de rede, às vezes retirando grandes cargas da rede para manter a frequência, tensão ou disponibilidade de energia. Os data centers participaram minimamente dessa opção até agora, com as operadoras frequentemente alegando que suas cargas não são flexíveis ou precisam ser protegidas. No entanto, pode não ser uma opção optar incondicionalmente por não participar no futuro.

Gerenciamento de energia em escala

O gerenciamento inteligente da oferta e demanda de energia dependente de necessidades e objetivos específicos (como economia de dinheiro ou redução de carbono) é bem compreendido, mas subutilizado. Seus benefícios também são amplamente subestimados.

No data center, o gerenciamento de energia e o limite de energia em servidores e a energia definida por software para a alocação dinâmica de energia da bateria ou da rede elétrica em racks são dois exemplos em que energia significativa (10 a 30%) pode ser economizada, com impacto mínimo no desempenho. As microrredes para otimização em todo o campus e compartilhamento de fontes de energia também podem usar software orientado por políticas para reduzir custos ou carbono.

Para a rede elétrica, os desafios são muito maiores em termos de complexidade e escala. Embora o foco tenha sido amplamente no aumento da capacidade de geração, transmissão e armazenamento de energia, reduções significativas nas perdas de energia, custos e emissões de carbono podem ser alcançadas analisando a capacidade e o uso de ativos - e direcionando a oferta e a demanda.

As técnicas que estão sendo desenvolvidas e implementadas incluem classificação dinâmica de linha para explorar mudanças na capacidade devido ao clima e algoritmos de IA para criar melhores modelos em tempo real de demanda em constante mudança, que podem ser moldados por incentivos financeiros.

Sob esquemas de resposta à demanda, os clientes concordam em reduzir sua demanda por energia (por uma taxa) em momentos críticos. O cenário Net Zero até 2050 da Agência Internacional de Energia (IEA), que geralmente é apoiado por empresas de energia e países em todo o mundo, quer ver 500 GW de capacidade de resposta à demanda introduzidos na rede até 2030 - um aumento de 10 vezes em relação à capacidade de 2023.

Espera-se que os data centers desempenhem um papel, à medida que sua participação no consumo cresce. Várias operadoras de serviços públicos e outras partes na Conferência Global sobre Energia e IA da AIE no final de 2024 enfatizaram a importância da resposta à demanda para ajudar a atender à nova demanda de energia – inclusive do setor de data centers. "Os data centers não são flexíveis hoje. Mas eles podem ser ... e eles serão", disse um executivo de um fornecedor de energia em uma região estressada de data center.

Implicações para data centers

O que as empresas de energia querem dizer com flexibilidade dos data centers? Existem três áreas principais:

• Colaboração. As concessionárias querem que os data centers compartilhem informações mais cedo e com mais detalhes, sob demanda provável. Eles também estão buscando colaboração em novos padrões para transferência de cargas de e para geradores. As cargas do data center, especialmente se todas agirem da mesma maneira, podem ser substanciais, e as oscilações na demanda dos data centers já estão causando alguns problemas. Algumas concessionárias também propuseram uma maior colaboração entre diferentes setores com perfis de energia diferentes e possivelmente complementares.
• Redução de carga usando energia no local. Um número crescente de empresas de energia quer mais data centers para carregar o galpão usando fontes de energia locais no local - geralmente geradores, mas também baterias UPS (veja abaixo).
• Redução de carga por mudança de horário ou local. Algumas empresas de energia querem incentivar o corte de carga que não envolva o uso de energia no local, que geralmente é cara e intensiva em carbono. Mais operadores de data center, eles pensam, podem ser persuadidos (ou contratados) a desligar temporariamente algumas cargas de trabalho (mudança de carga baseada em tempo) ou mover o trabalho para um local alternativo (mudança de carga baseada em localização). Isso raramente é praticado hoje.

Tempos de mudança, mudanças de cargas

Atualmente, apenas uma pequena proporção de operadoras concordou em usar suas fontes de energia no local para apoiar a rede, e isso é principalmente para estabilizar tensões e frequência. Quando baterias e geradores UPS são usados para ajudar a rede, os riscos de interrupções geralmente aumentam - embora marginalmente. Durante esse período, a redundância pode ser reduzida (enquanto a rede estiver potencialmente mais vulnerável); e a qualidade do ar e os tempos de funcionamento do diesel podem ser excedidos. Se as cargas de TI forem adiadas, desaceleradas ou movidas, isso exigirá planejamento, capacidade e colaboração com os clientes de TI, que geralmente veem pouco ou nenhum benefício.

Algumas cargas de trabalho são diferentes: o treinamento de IA, por exemplo, não é baseado em transações ou sensível à latência. Se bem projetadas, as corridas de treinamento podem ser interrompidas e reiniciadas sem consequências graves. Seu poder, portanto, pode ser visto como uma reserva por reguladores e concessionárias. As instalações de mineração de Bitcoin são vistas de maneira semelhante.

Um exemplo é no Texas, onde o Conselho de Confiabilidade Elétrica do Texas (ERCOT) diz que a previsão de energia do que chama de "grandes cargas flexíveis" aumentará 60% de 2024 a 2025. Embora a participação na resposta à demanda não seja obrigatória, grandes data centers (e mineradores de Bitcoin) são financeiramente incentivados (e esperados) a participar de um esquema para reduzir cargas e proteger a confiabilidade da rede.

Na Irlanda, onde os data centers já respondem por 18% de todo o uso de energia, espera-se que novos data centers concordem em dar suporte à rede, se necessário.

Essa expectativa aumentará. No Reino Unido e na Alemanha, o governo e as concessionárias discutiram medidas obrigatórias para forçar os data centers a reduzir cargas, possivelmente sob políticas nacionais críticas de infraestrutura. E alguns grandes operadores podem fazê-lo de qualquer maneira. Um operador de data center de IA em hiperescala disse: "Se houver uma crise regional na rede, reduziremos a carga. As consequências de não fazer isso serão muito grandes".

O Google é um exemplo de operador de data center que usa resposta à demanda e gerenciamento inteligente de carga para aliviar as pressões da rede. Participa de esquemas na Europa, Ásia e em vários locais nos EUA. Em momentos críticos, ativa sistemas de controle que limitam e reprogramam tarefas não urgentes.

Os principais serviços voltados para o consumidor não são afetados. O Google, no entanto, não divulgou quanta energia foi (ou pode ser) economizada dessa maneira - sugerindo que provavelmente ainda não é alta. Na resposta à demanda, os incentivos financeiros estão se tornando mais fortes. Os preços pagos pela redução ou energia do gerador variam muito, de acordo com a demanda, a urgência e o nível de aviso prévio fornecido pela concessionária. Cargas flexíveis podem oferecer novas oportunidades. A integração de grupos geradores de data center no mercado de leilão de capacidade na região PJM dos EUA (uma grande região do mercado de energia dos EUA) no final de 2024, e sendo aceita, geraria um fluxo significativo de novas receitas.

Grandes data centers de IA podem receber pagamentos significativos para parar de funcionar. Durante o congelamento do Texas em fevereiro de 2021, o New York Times informou que a empresa Bitcoin Bitdeer recebeu 18 milhões de dólares (101,6 milhões de reais) em quatro dias para desligar seus computadores. Embora isso seja extremo, existem outros exemplos de grandes pagamentos. Aqueles com grandes instalações de IA estão observando com interesse.

A longo prazo, as empresas de energia e os órgãos reguladores provavelmente verão esses acordos como reativos e caros. Eles preferirão introduzir um sistema mais colaborativo e menos dispendioso, alavancando sua posição em um estágio anterior do processo de planejamento e provisionamento.