Muchos consumidores –y autoridades gubernamentales e incluso empresas de servicios públicos– están preocupados por la posibilidad de que un gran número de centros de datos aumenten la demanda y los precios de la electricidad.
Estas son preocupaciones reales, pero nuestra investigación de ingeniería revela que, si se diseñan, construyen y administran cuidadosamente, los centros de datos pueden ayudar a las comunidades que los albergan.
Almacenamiento de energía in situ
Ubicar capacidad de generación de energía en el sitio, incluso utilizando motores a reacción modificados para impulsar turbinas de vapor, es una opción emergente para abordar las altas necesidades de energía de los centros de datos.
Pero hay otras opciones. Los centros de datos pueden instalar baterías de respaldo que se activarían durante un apagón o podrían usarse para evitar apagones cuando aumente la demanda. Las baterías no sólo podrían proporcionar energía al centro de datos, sino también al medio ambiente en momentos de necesidad.
Diferentes tipos de diseños y químicas de baterías ofrecen opciones para almacenar suficiente energía para hacer funcionar un centro de datos desde unas pocas horas hasta unos pocos días. Esto sería fundamental para el suministro de energía durante cortes debidos a condiciones climáticas extremas o demanda excesiva en la red durante los períodos de uso pico.
También se están desarrollando baterías de mayor duración. Los planes para un nuevo centro de datos de Google en Minnesota incluyen paneles solares y turbinas eólicas con baterías que lo convertirían en el sistema de almacenamiento de electricidad más grande del mundo, con 300 megavatios. Google planea instalar baterías de hierro-aire, que dependen de reacciones químicas con el hierro para separar y almacenar la carga, que almacenarían suficiente electricidad para hacer funcionar un centro de datos durante hasta 100 horas.
Otro diseño de batería de larga duración utiliza zinc y agua como ingredientes químicos clave. Requiere relativamente poca refrigeración, por lo que las baterías se pueden empaquetar herméticamente. Una capacidad de almacenamiento significativa podría permitir a los propietarios de centros de datos decidir con flexibilidad cuándo utilizar la energía directamente de la red, cuándo descargar las baterías, cuándo recargarlas e incluso si vender energía a la red para ganar dinero extra.
Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías como este en California pueden brindar apoyo a sus comunidades locales con energía confiable. Irfan Khan/Los Angeles Times vía Getty Images Uso comunitario del calor residual
Los centros de datos generan grandes cantidades de calor, que deben eliminarse de los chips de las computadoras. Un centro de datos proporciona suficiente calor para mantener calientes los edificios cercanos.
Muchas ciudades de todo el mundo ya cuentan con los llamados "sistemas de calefacción urbana", en los que un grupo de edificios están conectados por una red de tuberías y reciben calor de una fuente de calor central.
Los centros de datos pueden servir como fuente de calor para estos sistemas. Las mejoras recientes a estos sistemas, llamadas "microrred térmica" o "bucle ambiental", no requieren vapor ni agua extremadamente caliente, sino que utilizan temperaturas de agua más frías para transferir calor entre edificios. Las bombas de calor eléctricas eficientes en cada edificio utilizan ese circuito de agua para ajustar la temperatura del aire del edificio tanto en invierno como en verano, creando sistemas combinados de calefacción y refrigeración urbanas.
En este escenario, el calor del centro de datos no se convierte en energía desperdiciada lanzada al aire, sino en un recurso que ahorra dinero y energía a la comunidad local. Por ejemplo, un centro de datos de 75 megavatios en la ciudad de Mantsala, Finlandia, suministra calor a aproximadamente 2500 hogares de la comunidad.
Combinando producción, almacenamiento y calefacción de energía
En nuestra investigación, proponemos que la combinación de centros de datos equipados con generación de electricidad in situ y almacenamiento de energía en baterías y sistemas que utilizan calor residual podría hacer que el centro de datos sea un beneficio para la comunidad en lugar de una pérdida de recursos.
Ubicar un centro de datos con almacenamiento de energía en baterías en un vecindario y, lo más importante, conectarlos térmica y eléctricamente podría crear una pequeña comunidad energética. Además de proporcionar calefacción, un centro de datos podría ayudar a satisfacer las necesidades de energía de un vecindario durante apagones, tormentas o períodos pico.
Las microrredes térmicas y eléctricas combinadas forman una comunidad energética integrada con reutilización del calor residual del centro de datos. Gregor Henze y Sean Shaheen, CC BI-NC-ND Eficiencia informática mejorada
Como cuarta dimensión para lograr la sostenibilidad en los centros de datos, el nuevo enfoque implica reducir drásticamente la energía consumida por cada unidad informática. Esto significaría que el crecimiento exponencial de las tareas informáticas no requiere un crecimiento exponencial correspondiente en el uso de hardware o electricidad.
Los avances en el diseño de chips de computadora están haciendo que los procesadores de los centros de datos sean significativamente más eficientes, capaces de realizar cálculos más complejos con mayor rapidez y con un menor consumo de electricidad.
Pero por muy eficientes que sean los chips, existe tanto la necesidad como la oportunidad de ampliarlos drásticamente. Un campo en crecimiento llamado "computación no convencional" está listo para ayudar.
Este campo, que incluye enfoques computacionales inspirados en la arquitectura del cerebro humano en la nueva tecnología de inteligencia artificial neuromórfica, así como innovaciones de ingeniería como chips que utilizan su propio calor residual, puede mostrar un aumento de la eficiencia energética de miles, millones o incluso miles de millones de veces. Eso podría hacer que los centros de datos sean mucho más capaces de realizar las tareas informáticas necesarias para entrenar sistemas de IA.
Las mejoras en la eficiencia de los centros de datos reducirían la demanda de más chips de computadora y más electricidad para operarlos, incluso con una mayor producción.
Investigadores de la academia, la industria y las agencias gubernamentales están desarrollando hojas de ruta para ampliar estos nuevos caminos hacia la computación energéticamente eficiente y planificar un futuro en el que nuevos materiales con propiedades fundamentalmente diferentes mejoren aún más la eficiencia.
Algunos de estos avances pueden tardar meses, mientras que otros pueden tardar décadas en el futuro. Pero creemos que en conjunto, las capacidades de generación y almacenamiento de energía, la reutilización del calor residual y la mejora de la eficiencia informática pueden hacer que los centros de datos sean beneficiosos para sus comunidades y la sociedad en general, al respaldar la asequibilidad y la resiliencia de la energía.
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