Centra danych i sztuczna inteligencja – wpędzą nas w kryzys energetyczny? 

• Ilość centrów danych na świecie i ich zapotrzebowanie na energię szybko rośnie.
• Centra danych zużywają energię nie tylko na zasilanie serwerów, ale też na chłodzenie sprzętu, co jest konieczne dla utrzymania odpowiednich warunków pracy urządzeń.
• Ze względu na rosnące zapotrzebowanie na energię przez sztuczną inteligencję i centra danych, konieczne jest zasilanie ich ze źródeł bezemisyjnych, takich jak odnawialne źródła energii, aby minimalizować wpływ na środowisko.

Centrum danych (ang. data centre) to specjalistyczne miejsce, w którym przechowywane są i zarządzane duże ilości danych. Jest to infrastruktura składająca się z serwerów, systemów przechowywania danych, urządzeń sieciowych i innych technologii informatycznych, które umożliwiają bezpieczne i efektywne przetwarzanie oraz przechowywanie informacji. Centra danych są kluczowe dla funkcjonowania firm, instytucji i organizacji, ponieważ zapewniają nieprzerwaną dostępność do danych i usług, a także dbają o ich bezpieczeństwo i integralność. Jednak powszechna digitalizacja wymusza budowę kolejnych i kolejnych obiektów tego typu, a więc wpływa również na ich zużycie energii. Ile energii elektrycznej i na co zużywają komputerowe centra danych?

Energia na obliczenia i chłodzenie

Centra danych wykorzystują energię elektryczną głównie na zasilanie serwerów i sprzętu informatycznego. Nie jest to jednak jedyny powód, dla którego centra danych zużywają dużo więcej energii niż na przykład biura. Wysokie zapotrzebowanie wynika również z konieczności chłodzenia urządzeń. Utrzymanie odpowiedniej temperatury i wilgotności w centrum danych jest kluczowe dla niezawodności sprzętu. Systemy klimatyzacji i chłodzenia zużywają znaczną ilość energii, aby odprowadzić ciepło generowane przez urządzenia IT. Zasilania potrzebują również systemy awaryjne, oświetlenie i infrastruktura pomocnicza, czy systemy monitoringu i zarządzania, jednak to zasilanie i chłodzenie generuje zdecydowaną większość zapotrzebowania na energię. 

Efektywność wykorzystania energii opisywana jest przez współczynnik PUE (ang. power usage effectiveness), który mówi, jak duże nakłady energetyczne są konieczne do dostarczenia, aby umożliwić wykorzystanie jednej jednostki energii na cele obliczeniowe. Innymi słowy – współczynnik PUE równy 1,5 mówi o tym, że na każdy megawat, który przeznaczony jest na zasilanie komputerów i serwerów, trzeba zapewnić dodatkowo 0,5 MW na cele chłodzenia, oświetlenia, monitoringu i tak dalej.

Jak podaje serwis pv-magazine, jeszcze w 2020 roku przeciętny współczynnik PCU dla centrów danych wynosił 1,58. Obecnie wyraźnie spadł – w nowo projektowanych centrach danych wynosi około 1,3-1,4. Można próbować dalej go obniżać, ale wiąże się to z innymi kosztami. Zmniejszyć zapotrzebowanie energetyczne można na przykład dzięki wykorzystaniu wody do chłodzenia – jednak zużywanie dużych ilości świeżej wody do chłodzenia komputerów nie wydaje się optymalnym jej zastosowaniem. Zwłaszcza w czasach, w których wody w wielu miejscach zaczyna brakować. 

Czy OZE wystarczy?

IEA (ang. International Energy Agency) szacuje, że każdego roku centra danych pochłaniają około 1-1,5% energii elektrycznej wykorzystywanej na świecie. Szacunki dla 2026 roku przewidują, że roczne światowe zapotrzebowanie centrów danych na energię elektryczną będzie wynosić 800 TWh, czyli dwa razy więcej niż jeszcze w 2022 roku. Aby centra danych miały przyszłość, muszą być zasilane ze źródeł bezemisyjnych. Najprostsze i najtańsze rozwiązanie to oczywiście fotowoltaika, która jednak z różnych względów nie jest optymalnym rozwiązaniem. Większy sens mogą mieć współpracujące systemy różnych OZE – na przykład elektrowni słonecznych, wiatrowych i chemicznych magazynów energii. Takie rozwiązanie jest droższe, ale bezpieczniejsze z uwagi na różnorodność zastosowanych technologii. Giganci technologiczni wkładają obecnie duże kwoty w rozwój OZE, aby zapewnić zasilanie rozrastającej się w rekordowym tempie infrastrukturze.

Centra danych mogą również reagować na bieżące warunki panujące w sieci elektroenergetycznej, dopasowując do nich intensywność pracy lub reagując na bieżący poziom emisyjności zasilania. Takie działanie może pozwolić nie tylko na korzyści energetyczne, ale także ekonomiczne. 

Rewolucja AI, rewolucja energetyczna

W ostatnim czasie triumfy święci sztuczna inteligencja (AI – ang. Artificial Intelligence), wykorzystywana w wielu dziedzinach – od inwestycji na giełdzie, przez diagnozowanie chorób i automatyzację produkcji, po optymalizację produkcji i zużycia energii elektrycznej. Moc obliczeniowa konieczna do przeprowadzenia wszystkich tych operacji jest bardzo duża, ogromne jest również związane z nią zapotrzebowanie energetyczne. Nie możemy sobie pozwolić na zasilanie AI z wykorzystaniem paliw kopalnych. Oczywistą odpowiedzią są odnawialne źródła energii, ale niektórzy stawiają również na… fuzję jądrową. Ta technologia od lat znajduje się jednak w fazie badań i rozwoju, a do osiągnięcia dojrzałości i konkurencyjności jeszcze bardzo daleka droga. Fuzja nie odegra znaczącej roli przy dekarbonizacji gospodarki do roku 2050 – jej udział w zapewnieniu czystej energii w 2050 roku (jeśli jakikolwiek) będzie zupełnie marginalny.

Tymczasem zapotrzebowanie energetyczne, jakie generuje wyszukanie hasła w internecie przy asyście AI, jest nawet 5 razy większe, niż te związane ze zwykłą wyszukiwarką internetową. Najpopularniejszy chatbot w USA już teraz pobiera tyle energii ile około 33 tysiące domów. Sztuczna inteligencja w przyszłości prawdopodobnie będzie generować zapotrzebowanie energetyczne większe od zużycia poszczególnych państw. Dodajmy do tego wykorzystanie ogromnej ilości świeżej wody i widzimy wyraźnie, że dalszy rozwój AI może mieć ogromne skutki środowiskowe i społeczne. Digitalizacja i nowoczesne technologie są niezwykle istotne dla funkcjonowania współczesnej technologii. Nie mogą jednak być rozwijane kosztem nieodwracalnych szkód dla środowiska i społeczności. Przy tworzeniu legislacji i kolejnych technologii wersji technologii musimy więc mieć na uwadze efektywność energetyczną i przede wszystkim minimalizowanie wpływu technologii na środowisko i życie ludzi. 

Źródło: pv-magazine, nature, IEA