Por Andy Lawrence es miembro fundador y director ejecutivo de investigación del Uptime Institute

Las redes eléctricas de todo el mundo están atravesando una transición difícil, prolongada y costosa. Las compañías eléctricas no solo necesitan satisfacer la creciente demanda y reducir las emisiones de carbono, sino que también deben mantener un suministro estable a pesar de la enorme transición hacia fuentes de energía menos fiables y más intermitentes. Muchas de estas fuentes de energía son distribuidas, lo que requiere un rediseño y una modernización significativos de la red para garantizar un flujo eficiente de energía desde donde se genera hasta donde se necesita.

La creciente demanda de energía del sector de los centros de datos supone un gran reto para los proveedores de energía, especialmente en lugares como Virginia del Norte (EE. UU.), Irlanda, Londres (Reino Unido) y Fráncfort (Alemania). Para satisfacer la demanda, los proveedores están invirtiendo fuertemente en nueva capacidad y aumentando la flexibilidad, pero esto no es suficiente. Quieren que los centros de datos hagan lo mismo. Para muchos centros de datos, especialmente aquellos que planean nuevos proyectos, ya no será suficiente ser un cliente pasivo.

Incluso antes de la aparición de la IA generativa y sus considerables demandas energéticas, existía la preocupación de satisfacer las necesidades energéticas de los centros de datos. En algunas regiones y países, el consumo energético de los centros de datos representa más del 10 % de la carga de la red y está aumentando rápidamente, agravado por la creciente demanda de energía de fuentes como los vehículos eléctricos y los sistemas de climatización.

Esta creciente demanda ha provocado que muchas solicitudes de energía de la red sean (o probablemente sean) denegadas o retrasadas, mientras que el envejecimiento de la infraestructura y los largos plazos de entrega de los equipos obstaculizan el despliegue oportuno de nueva generación de energía.

El aumento de la demanda también está ralentizando o revirtiendo los esfuerzos de descarbonización de la red en algunas regiones, a pesar de los mandatos regulatorios y la presión pública para acelerar el ritmo. Ante la falta de alternativas viables, se está reintroduciendo la generación de energía con combustibles fósiles para garantizar un suministro adecuado de energía no intermitente (firme) disponible para satisfacer la demanda.

Estos desafíos han impulsado la búsqueda de nuevas fuentes de energía para centros de datos, la exploración de nuevas ubicaciones y la mejora de los métodos para ahorrar, almacenar o distribuir energía. Sin embargo, ninguna tecnología tendrá un impacto significativo en los próximos cinco años o más. Con la considerable capacidad de nuevos centros de datos prevista para entrar en funcionamiento entre 2025 y 2035, es probable que algunas regiones se enfrenten a importantes brechas entre la oferta y la demanda.

Algunas empresas que construyen grandes instalaciones en campus están explorando la generación de energía a gran escala in situ mediante turbinas de gas o pilas de combustible. Estas empresas podrán compensar parte de su inversión aportando el excedente de energía a la red local. Esto también contribuirá a la planificación y la aceptación pública mientras las empresas de servicios públicos invierten en la generación de energía renovable. Sin embargo, estos son casos excepcionales.

Las estrategias que involucran una variedad de acciones, políticas y tecnologías y se centran en aumentar la eficiencia y la flexibilidad de los activos existentes y nuevos incluyen:

• La red mejora su uso de la capacidad de generación y distribución de energía a través de la automatización, actualizaciones de transmisión y la aplicación de gestión inteligente (incluida IA), pronósticos avanzados y precios dinámicos.
• Los grandes clientes colaboran más estrechamente con sus proveedores de red, a veces retirando grandes cargas de la red para mantener la frecuencia, el voltaje o la disponibilidad de energía. Hasta ahora, los centros de datos han participado mínimamente en esta opción, y los operadores a menudo alegan que sus cargas no son flexibles o necesitan protección. Sin embargo, podría no ser una opción renunciar incondicionalmente a esta opción en el futuro.

Gestión de energía a escala

La gestión inteligente de la oferta y la demanda energética en función de necesidades u objetivos específicos (como el ahorro económico o la reducción de emisiones de carbono) es bien conocida, pero se infrautiliza. Sus beneficios también se subestiman ampliamente.

En los centros de datos, la gestión y la limitación de energía en servidores, así como la energía definida por software para la asignación dinámica de la batería o la red eléctrica entre racks, son dos ejemplos de cómo se puede ahorrar energía significativa (entre un 10 % y un 30 %), con un impacto mínimo en el rendimiento. Las microrredes para la optimización en todo el campus y el uso compartido de fuentes de energía también pueden utilizar software basado en políticas para reducir costes o emisiones de carbono.

Para la red eléctrica, los desafíos son mucho mayores en términos de complejidad y escala. Si bien el enfoque se ha centrado principalmente en aumentar la capacidad de generación, transmisión y almacenamiento de energía, se pueden lograr reducciones significativas en las pérdidas de energía, los costos y las emisiones de carbono mediante el análisis de la capacidad y el uso de los activos, y la gestión de la oferta y la demanda.

Las técnicas que se están desarrollando o implementando incluyen la calificación dinámica de líneas para aprovechar los cambios en la capacidad debido al clima y algoritmos de inteligencia artificial para crear mejores modelos en tiempo real de la demanda en constante cambio, que pueden moldearse mediante incentivos financieros.

En los esquemas de respuesta a la demanda, los clientes aceptan reducir su demanda de energía (a cambio de una tarifa) en momentos críticos. El Escenario de Cero Emisiones Netas para 2050 de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), generalmente respaldado por empresas energéticas y países de todo el mundo, busca incorporar 500 GW de capacidad de respuesta a la demanda a la red para 2030, lo que representa un aumento de diez veces con respecto a la capacidad de 2023.

Se espera que los centros de datos desempeñen un papel importante a medida que aumenta su cuota de consumo. Varios operadores de servicios públicos y otros participantes en la Conferencia Global sobre Energía e IA de la AIE, a finales de 2024, destacaron la importancia de la respuesta a la demanda para satisfacer la nueva demanda energética, incluida la del sector de los centros de datos. «Los centros de datos no son flexibles hoy en día. Pero pueden serlo… y lo serán», afirmó un ejecutivo de una empresa proveedora de energía en una región con una gran demanda de centros de datos.

Implicaciones para los centros de datos

¿Qué entienden las compañías eléctricas por flexibilidad en los centros de datos? Hay tres áreas clave:

• Colaboración. Las empresas de servicios públicos quieren que los centros de datos compartan información con mayor antelación y detalle sobre la demanda probable. También buscan colaboración en nuevos estándares para la transferencia de cargas hacia y desde los generadores. Las cargas de los centros de datos, especialmente si todas funcionan de la misma manera, pueden ser considerables, y las fluctuaciones en la demanda de los centros de datos ya están causando algunos problemas. Algunas empresas de servicios públicos también han propuesto una mayor colaboración entre diferentes industrias con perfiles de energía distintos, y posiblemente complementarios.
• Desconexión de carga mediante energía local. Cada vez más compañías eléctricas desean que más centros de datos desconecten la carga mediante fuentes de energía locales, generalmente generadores, pero también baterías de SAI (véase más abajo).
• Desconexión de carga por desplazamiento temporal o de ubicación. Algunas compañías eléctricas quieren fomentar la desconexión de carga que no implique el uso de energía local, que suele ser costosa y genera grandes emisiones de carbono. Creen que se puede persuadir (o contratar) a más operadores de centros de datos para que desconecten temporalmente algunas cargas de trabajo (desplazamiento de carga basado en el tiempo) o trasladen el trabajo a una ubicación alternativa (desplazamiento de carga basado en la ubicación). Esto rara vez se practica hoy en día.

Cambios en los tiempos y cambios en las cargas

Actualmente, solo una pequeña proporción de operadores ha acordado usar sus fuentes de energía in situ para apoyar la red, principalmente para estabilizar voltajes y frecuencias. Cuando se utilizan baterías SAI y generadores para apoyar la red, el riesgo de cortes suele aumentar, aunque sea marginalmente. Durante este período, la redundancia puede verse reducida (mientras la red se encuentra potencialmente en su punto más vulnerable); y la calidad del aire y los tiempos de funcionamiento del diésel pueden verse superados. Si las cargas de TI se posponen, ralentizan o trasladan, se requiere planificación, capacidad y colaboración con los clientes de TI, quienes a menudo ven poco o ningún beneficio.

Algunas cargas de trabajo son diferentes: el entrenamiento de IA, por ejemplo, no se basa en transacciones ni es sensible a la latencia. Si está bien diseñado, las ejecuciones de entrenamiento pueden detenerse y reiniciarse sin consecuencias graves. Por lo tanto, los reguladores y las empresas de servicios públicos pueden considerar su capacidad como una reserva. Las instalaciones de minería de Bitcoin se consideran de forma similar.

Un ejemplo está en Texas, donde el Consejo de Confiabilidad Eléctrica de Texas (ERCOT) dice que la energía pronosticada de lo que llama "grandes cargas flexibles" aumentará un 60 por ciento entre 2024 y 2025. Si bien la participación en la respuesta a la demanda no es obligatoria, los grandes centros de datos (y los mineros de Bitcoin) tienen incentivos financieros (y se espera que así sea) para participar en un plan para reducir cargas y proteger la confiabilidad de la red.

En Irlanda, donde los centros de datos ya representan el 18 por ciento del consumo total de energía, se espera que los nuevos centros de datos acepten respaldar la red eléctrica si es necesario.

Esta expectativa aumentará. En el Reino Unido y Alemania, los gobiernos y las empresas de servicios públicos han debatido medidas obligatorias para obligar a los centros de datos a reducir su carga, posiblemente en el marco de políticas nacionales de infraestructura crítica. Y algunos grandes operadores podrían hacerlo de todos modos. Un operador de un centro de datos de IA a hiperescala declaró: «Si hay una crisis de la red regional, reduciremos la carga. Las consecuencias de no hacerlo serán muy graves».

Google es un ejemplo de operador de centro de datos que utiliza la respuesta a la demanda y la gestión inteligente de la carga para aliviar la presión sobre la red. Participa en programas en Europa, Asia y en varias ubicaciones de EE. UU. En momentos críticos, activa sistemas de control que limitan y reprograman tareas no urgentes.

Los servicios clave de cara al consumidor no se ven afectados. Sin embargo, Google no ha revelado cuánta energía se ha ahorrado (o podría ahorrarse) de esta manera, lo que sugiere que probablemente aún no sea elevada. En respuesta a la demanda, los incentivos financieros son cada vez más fuertes. Los precios pagados por la reducción o la generación de energía varían considerablemente según la demanda, la urgencia y el tiempo de aviso proporcionado por la compañía eléctrica. Las cargas flexibles pueden brindar nuevas oportunidades. La integración de grupos electrógenos de centros de datos en el mercado de subastas de capacidad en la región PJM de EE. UU. (una importante región del mercado energético estadounidense) a finales de 2024, y su aceptación, generaría un flujo significativo de nuevos ingresos.

Los grandes centros de datos de IA podrían recibir pagos cuantiosos para que dejen de funcionar. Durante la congelación de Texas en febrero de 2021, el New York Times informó que la empresa de Bitcoin Bitdeer recibió 18 millones de dólares en cuatro días para apagar sus computadoras. Si bien esto es extremo, existen otros ejemplos de pagos cuantiosos. Quienes poseen grandes instalaciones de IA observan con interés.

A largo plazo, es probable que las compañías eléctricas y los organismos reguladores consideren estos acuerdos como reactivos y costosos. Preferirán introducir un sistema más colaborativo y económico, aprovechando su posición en una etapa más temprana del proceso de planificación y aprovisionamiento.