Con la duplicación de las demandas de alimentación y enfriamiento de los centros de datos para el año 2030, ¿cuál es el camino a seguir para la infraestructura de IA siendo responsable con el medio ambiente?
Cada vatio que alimenta la computación genera calor. Y las cargas de trabajo actuales de computación de alto rendimiento (HPC) están llevando las densidades de los racks más allá de los 140 kilovatios (kW) (consulte la Figura 1), con algunos chips que superan los 1000 vatios (W) en potencia de diseño térmico (TDP). Los sistemas de enfriamiento están trabajando más para manejar cargas térmicas elevadas, lo cual aumenta el consumo de energía. Además, con la aceleración de la adopción de IA, se proyecta que la demanda global de alimentación para centros de datos se duplicará para 2030.
Figura 1. La densidad del rack está aumentando, lo cual indica una mayor concentración de servidores o equipos dentro de un espacio definido. Fuente: Omdia, datos de densidad del rack
Los resultados no constituyen un respaldo de Vertiv. Cualquier dependencia de estos resultados corre por cuenta y riesgo del tercero.
Para enfrentar este desafío en medio de las limitaciones de alimentación y las regulaciones de emisiones en evolución, los operadores están recurriendo a soluciones de energía híbrida. Al combinar energía alternativa, o fuentes no basadas en fósiles, con otros recursos de energía distribuida (DER), los centros de datos pueden reducir la dependencia de las agotadas redes. La integración de energía alternativa con DER, como celdas de combustible de hidrógeno, sistemas de almacenamiento de energía de batería (BESS) y unidades de suministro ininterrumpido de energía (UPS) interactivas en la red, puede mejorar la eficiencia energética y el perfil de carbono.
El enfriamiento del centro de datos no puede fallar
La inestabilidad de la alimentación amenaza los sistemas de enfriamiento del centro de datos e incluso las interrupciones breves pueden desencadenar apagados térmicos que dañan el hardware y causan interrupciones costosas. Según el Uptime Institute, una de cada cinco interrupciones ahora cuesta más de $1 millón, mientras que muchas otras superan los $100,000 (consulte la Figura 2). Con la IA apoyando sectores críticos como finanzas, gobierno y atención médica, incluso las fallas de enfriamiento breves conllevan riesgos considerables.
La demanda está superando la oferta
Pero incluso con las soluciones de energía híbrida, los operadores aún enfrentan una presión regulatoria global. Europa hace cumplir los límites de capacidad y las aprobaciones por fases (p. ej., Irlanda) para gestionar la estabilidad de la red. EE. UU. prioriza los incentivos fiscales y la modernización de la red, con mandatos de eficiencia más estrictos. En mercados urbanos más densos como Singapur, los elevados estándares de energía dictan el diseño. Para los operadores, el desafío es claro: cumplir con las reglas en evolución mientras se escala la computación.
Figura 2. Más de la mitad (57 %) de los encuestados de la encuesta de 2025 de Uptime Institute informaron que su costo de interrupción significativa más reciente superó los $100 000, y el 20 % superó el millón de dólares, lo cual refleja los costos directos, de oportunidad y de reputación. Fuente: Instituto de Tiempo de Actividad
Aplicaciones de energía alternativa para centros de datos
La integración de energía alternativa implica conectar fuentes de energía como la solar, la eólica y la bioenergía a redes eléctricas existentes. Este enfoque requiere administrar su salida variable para mantener un suministro de electricidad estable y confiable. La integración de energía alternativa utiliza tecnologías como el almacenamiento de energía y los controles inteligentes para mejorar la eficiencia y la resiliencia de la red y, al mismo tiempo, reducir el impacto ambiental.
Acuerdos de compra de energía (PPA)
Los acuerdos de compra de energía (PPA) les permiten a los centros de datos contratar energía solar o eólica directamente desde los generadores. Los operadores pueden mantener electricidad predecible y responsable con el medio ambiente para operaciones continuas de enfriamiento de centros de datos al asegurar contratos de capacidad fija. Además, los PPA pueden reducir la dependencia de la energía de red volátil y proteger contra las fluctuaciones de precios.
Microrredes siempre activas con BESS
Los operadores pueden implementar microrredes siempre activas al integrar la generación de energía solar o eólica con BESS para estabilizar la energía para sistemas críticos, como el enfriamiento de centros de datos. Las baterías almacenan la energía excedente y la liberan según la demanda, lo cual elimina las interrupciones causadas por la generación intermitente. Esto mantiene el enfriamiento ininterrumpido incluso cuando cae la generación en tiempo real. En el Centro de Experiencia del Cliente de Vertiv en Delaware, Ohio, Vertiv implementó una matriz solar fotovoltaica (PV) de CA de 1 megavatio (MW) y un BESS 1-MW en una microrred siempre activa (consulte la Figura 3).
Figura 3. Los sistemas de almacenamiento de energía con baterías (BESS) DynaFlex de Vertiv utilizan baterías de litio-hierro (LFP) para proporcionar una fuente de alimentación siempre activa a escala de servicios públicos. Cuando se integran con los sistemas de gestión de energía (EMS) DynaFlex de Vertiv, estos sistemas permiten una gestión de energía sofisticada, incluida la gestión de la demanda y el potencial de monetizar el exceso de energía de vuelta a la red. Esta integración mantiene transiciones fluidas entre diversas fuentes de energía, incluida la energía solar o la eólica, para maximizar la eficiencia y la confiabilidad.
BESS con fuentes de alimentación ininterrumpidas (UPS) interactivas en la red
Cuando cae la generación de energía solar o eólica del centro de datos, un UPS interactivo en la red cambia de forma fluida al BESS para descargar la energía almacenada. Simultáneamente, estos UPS estabilizan la frecuencia de la red ajustando rápidamente los ciclos de carga/descarga para compensar la intermitencia energética. Esta función doble de almacenamiento y balanceo de red les permite a los centros de datos maximizar el consumo de energía alternativa mientras mantienen el tiempo opertativo, incluso con la producción variable de energía.
Celdas de combustible de hidrógeno como fuente de energía de respaldo y de servicios públicos
Las celdas de combustible de membrana de electrolitos poliméricos (PEM) de arranque rápido instaladas en el UPS reducen la dependencia del generador diésel y mantienen el enfriamiento durante las interrupciones. Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFC) pueden reemplazar la entrada de la red, al proporcionar energía de carga base estable para entornos de enfriamiento de alta eficiencia (consulte la Figura 4). En el Centro de Experiencia del Cliente de Vertiv, los sistemas de celdas de combustible se han integrado con éxito con UPS para demostrar esta aplicación en condiciones operativas del mundo real.
Figura 4. Cuando se integra con las celdas de combustible, el Liebert® EXL S1 de Vertiv puede mantener la continuidad durante fluctuaciones repentinas de potencia y soporta cargas críticas. Los operadores pueden conectar estas unidades a la red por medio del modo de soporte dinámico de red de Vertiv, para suministrar energía de la celda de combustible y proporcionar servicios de red como regulación de frecuencia y nivelación de picos.
Beneficios de la integración de energía alternativa en el enfriamiento de centros de datos
Estabilidad de la red
La integración de energía alternativa con otros DER ayuda a reducir la demanda máxima en los servicios públicos y absorbe las fluctuaciones locales, lo cual mejora la confiabilidad de la alimentación para los sistemas de enfriamiento de centros de datos. Según el Departamento de Energía de los EE. UU., la integración de la energía solar del centro de datos con BESS puede reducir la carga máxima de la red hasta en un 20 % en zonas de alta demanda. Cuando la generación en el sitio supera las necesidades de enfriamiento y TI, los sistemas pueden exportar el excedente de energía a la red, lo cual respalda la frecuencia de la red y la regulación del voltaje durante períodos de inestabilidad.
Reducción de carbono
Los centros de datos pueden reemplazar el uso de generadores diésel con celdas de combustible de hidrógeno para reducir las emisiones de alcance 1. Las celdas de combustible PEM generan electricidad a través de la conversión electroquímica y emiten solo agua. A diferencia de los generadores diésel, estas celdas de combustible pueden funcionar continuamente con un impacto de casi cero carbono cuando se alimentan con hidrógeno de fuentes alternativas. La integración de la energía solar o eólica del centro de datos para producir hidrógeno mediante electrólisis en los niveles de generación y respaldo es más eficiente en cuanto al carbono (consulte la Figura 5).
Figura 5. Las fases 2 y 3 son metas a corto y mediano plazo para la independencia energética de los centros de datos: reducir los arranques de los generadores diésel desde las instalaciones de microrredes y reemplazarlos por celdas de combustible PEM y SOFC como fuentes de energía de respaldo y primarias, respectivamente.
Eficiencia energética
Las celdas de combustible y BESS ofrecen una mayor eficiencia de conversión que los sistemas de respaldo tradicionales. Si bien los generadores diésel normalmente funcionan con una eficiencia del 30 al 35 %, las celdas de combustible PEM y SOFC pueden alcanzar una eficiencia del 50 al 60 % en condiciones óptimas. Además, los DER les permiten a los operadores almacenar energía alternativa fuera del pico o en el sitio y asignarla directamente a las cargas de enfriamiento del centro de datos. Esto reduce las pérdidas innecesarias de conversión y optimiza la distribución de energía en los centros de datos de HPC.
Rentabilidad
El enfriamiento de centros de datos consume alrededor del 40 % de la energía de una instalación, con cargas de trabajo de IA que aumentan esta cifra. Los precios de la electricidad han aumentado un 17,2 % en EE. UU., un 35,1 % en Alemania y un 10,5 % en Japón desde 2018; esto hace que el gerenciamiento térmico sea un desafío de costos cada vez mayores. Los sistemas de energía alternativa reducen el tiempo operativo del generador, el uso de combustible y las necesidades de mantenimiento, lo cual permite la eficiencia de costos a largo plazo y, al mismo tiempo, respalda las operaciones continuas.
Confiabilidad operativa
Los DER pueden mejorar el tiempo operativo al permitir la independencia de la red y reducir los arranques de los generadores diésel. Las microrredes con paneles fotovoltaicos, celdas de combustible y BESS pueden funcionar en modo isleta, para proporcionar energía consistente a los sistemas de enfriamiento incluso durante fallas de la red. Los sistemas UPS actúan como centros de energía en tales configuraciones, al cambiar sin problemas entre fuentes, administrar fluctuaciones de frecuencia y ofrecer un conmutación por error rápida en milisegundos para la infraestructura crítica de enfriamiento de los centros de datos (consulte la Figura 6).
Figura 6. Un ecosistema energético dinámico o híbrido puede reducir la vulnerabilidad de un centro de datos a una red inestable al combinar múltiples fuentes de energía y optimizar los mecanismos de almacenamiento, distribución y contingencia.
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