Com a duplicação das exigências de arrefecimento e energia dos centros de dados até 2030, qual é o caminho ambientalmente responsável pela infraestrutura de IA?
Cada computação de potência em watts gera calor. E as cargas de trabalho de computação de alto desempenho (HPC) atuais estão a empurrar as densidades de bastidor para além de 140 quilowatts (kW) (consulte a Figura 1), com algumas limalhas a exceder 1000 watts (W) na potência de design térmico (TDP). Os sistemas de arrefecimento estão a trabalhar mais para gerir cargas térmicas elevadas, aumentando o consumo de energia. E com a aceleração da adoção da IA, a procura global de energia do centro de dados deverá duplicar até 2030.
Figura 1. A densidade do bastidor está a aumentar, indicando uma concentração mais elevada de servidores ou equipamento num espaço definido. Fonte – Omdia, Dados de Densidade do Bastidor
Os resultados não são uma aprovação da Vertiv. Qualquer confiança nestes resultados é por conta e risco do terceiro.
Para enfrentar este desafio entre restrições de energia e regulamentos de emissões em evolução, as operadoras estão a voltar-se para soluções de energia híbrida. Ao combinar energia alternativa, ou fontes não baseadas em fósseis, com outros recursos de energia distribuída (DER), os centros de dados podem reduzir a dependência de redes tensas. A integração de energia alternativa com DER, como células de combustível de hidrogénio, sistemas de armazenamento de energia de bateria (BESS) e fontes de alimentação ininterruptas interativas em rede (UPS), pode melhorar a eficiência energética e o perfil de carbono.
O arrefecimento do centro de dados não pode falhar
A instabilidade energética ameaça os sistemas de arrefecimento do centro de dados e mesmo breves interrupções podem desencadear encerramentos térmicos que danificam o hardware e causam interrupções dispendiosas. De acordo com o Uptime Institute, uma em cada cinco interrupções custa agora mais de 1 milhão de dólares, enquanto muitas outras excedem 100 000 dólares (ver Figura 2). Com a IA a apoiar setores críticos como finanças, governo e cuidados de saúde, mesmo falhas de arrefecimento curtas acarretam riscos de grandes dimensões.
A procura está a ultrapassar o fornecimento
Mas mesmo com soluções de energia híbrida, as operadoras ainda enfrentam um aperto regulamentar global. A Europa aplica limites de capacidade e aprovações faseadas (por exemplo, Irlanda) para gerir a estabilidade da rede. Os EUA priorizam incentivos fiscais e modernização da rede, com mandatos de eficiência mais rigorosos. Em mercados urbanos mais densos, como Singapura, padrões elevados de energia ditam o design. Para as operadoras, o desafio é claro: cumprir regras em evolução ao escalar a computação.
Figura 2. Mais de metade (57%) dos inquiridos no inquérito do Uptime Institute de 2025 comunicaram o seu custo de interrupção significativo mais recente acima de 100 000 dólares, com 20% a exceder 1 milhão de dólares, refletindo os custos diretos, de oportunidade e de reputação. Fonte: Instituto de Tempo de Atividade
Aplicações de energia alternativa para centros de dados
A integração de energia alternativa envolve a ligação de fontes de energia, como energia solar, eólica e bioenergia, a redes elétricas existentes. Esta abordagem requer a gestão da sua saída variável para manter uma alimentação elétrica estável e fiável. A integração de energia alternativa utiliza tecnologias como armazenamento de energia e controlos inteligentes para melhorar a eficiência e resiliência da rede elétrica, ao mesmo tempo que reduz o impacto ambiental.
Contratos de compra de energia (PGA)
Os acordos de aquisição de energia (PGA) permitem aos centros de dados contratar energia solar ou eólica diretamente a partir de geradores. Os operadores podem manter eletricidade previsível e ambientalmente responsável para operações contínuas de arrefecimento de centros de dados, garantindo contratos de capacidade fixa. Além disso, os PPAs podem reduzir a dependência da energia volátil da rede e proteger contra flutuações de preços.
Microrredes sempre ligadas com BESS
Os operadores podem implementar microrredes sempre ligadas integrando a geração de energia solar ou eólica com o BESS para estabilizar a energia para sistemas críticos, como o arrefecimento de centros de dados. As baterias armazenam a potência excedente e libertam-na a pedido, eliminando interrupções devido à geração intermitente. Isto mantém o arrefecimento ininterrupto, mesmo quando a geração em tempo real cai. No Centro de Experiência do Cliente Vertiv em Delaware, Ohio, a Vertiv implementou um conjunto solar fotovoltaico (PV) CA de 1 megawatt (MW) e um BESS de 1-MW numa microrrede sempre ligada (consulte a Figura 3).
Figura 3. Os Sistemas de Armazenamento de Energia da Bateria (BESS) Vertiv™ DynaFlex utilizam baterias de ferro-lítio (LFP) para fornecer uma fonte de alimentação sempre ligada à escala da rede elétrica. Quando integrados com os Sistemas de Gestão de Energia (EMS) Vertiv™ DynaFlex, estes sistemas permitem uma gestão sofisticada da energia, incluindo a gestão da procura e o potencial para monetizar o excesso de energia de volta à rede. Esta integração mantém transições perfeitas entre várias fontes de energia, incluindo energia solar ou eólica, para maximizar a eficiência e a fiabilidade.
BESS com fontes de alimentação ininterruptas (UPS) interativas em rede
Quando a geração de energia solar ou eólica do centro de dados cai, uma UPS interativa em rede muda perfeitamente para BESS para descarregar a energia armazenada. Simultaneamente, estas UPS estabilizam a frequência da rede ajustando rapidamente os ciclos de carga/descarga para compensar a intermitência da energia. Esta função dupla de armazenamento e equilíbrio da rede permite aos centros de dados maximizar a utilização de energia alternativa, mantendo o tempo de atividade, mesmo com produção de energia variável.
Células de combustível de hidrogénio como fonte de energia de reserva e de serviços públicos
As células de combustível de membrana electrolítica de polímero (PEM) de arranque rápido instaladas na UPS reduzem a dependência do gerador diesel e mantêm o arrefecimento durante interrupções. As células de combustível de óxido sólido (SOFC) podem substituir a entrada da rede, fornecendo potência de carga de base estável para ambientes de arrefecimento de alta eficiência (consulte a Figura 4). No Centro de Experiência do Cliente Vertiv, os sistemas de células de combustível foram integrados com sucesso com a UPS para demonstrar esta aplicação em condições de funcionamento reais.
Figura 4. Quando integrado com células de combustível, o Vertiv™ Liebert® EXL S1 pode manter a continuidade durante flutuações súbitas de energia e suporta cargas críticas. Os operadores podem ligar estas unidades à rede utilizando o Modo de Suporte Dinâmico de Rede Vertiv, fornecendo energia a partir da célula de combustível e fornecendo serviços de rede, como regulação de frequência e corte de pico.
Benefícios da integração de energia alternativa no arrefecimento de centros de dados
Estabilidade da grelha
A integração de energia alternativa com outros DER ajuda a reduzir o pico de procura nas companhias elétricas e absorve flutuações locais, melhorando a fiabilidade da energia para sistemas de arrefecimento de centros de dados. De acordo com o Departamento de Energia dos EUA, a integração da energia solar do centro de dados com o BESS pode reduzir a carga de pico da rede em até 20% em zonas de alta procura. Quando a geração no local excede as necessidades de arrefecimento e TI, os sistemas podem exportar a energia excedente de volta para a rede, apoiando a frequência da rede e a regulação da tensão durante períodos de instabilidade.
Redução de carbono
Os centros de dados podem substituir a utilização de geradores a diesel por células de combustível de hidrogénio para reduzir as emissões do Âmbito 1. As células de combustível PEM geram eletricidade através de conversão eletroquímica, emitindo apenas água. Ao contrário dos geradores a diesel, estas células de combustível podem funcionar continuamente com impacto de carbono próximo de zero quando alimentadas por hidrogénio de fontes alternativas. A integração da energia solar ou eólica do centro de dados para produzir hidrogénio através de eletrólise nos níveis de geração e reserva é mais eficiente em termos de carbono (ver Figura 5).
Figura 5. As fases 2 e 3 são objetivos de curto a médio prazo para a independência energética dos centros de dados: reduzir os geradores a diesel começa nas instalações de microrrede e substituí-los por células de combustível PEM e SOFC como fontes de energia de reserva e de preparação, respetivamente.
Eficiência energética
As células de combustível e o BESS oferecem uma maior eficiência de conversão do que os sistemas de reserva tradicionais. Embora os geradores a diesel funcionem normalmente com uma eficiência de 30–35%, as células de combustível PEM e SOFC podem atingir uma eficiência de 50–60% em condições ideais. Além disso, os DER permitem que os operadores armazenem energia alternativa fora do pico ou no local e a atribuam diretamente às cargas de arrefecimento do centro de dados. Isto reduz as perdas desnecessárias de conversão e otimiza a distribuição de energia em centros de dados HPC.
Eficiência de custos
O arrefecimento de centros de dados consome cerca de 40% da energia de uma instalação, com volumes de trabalho de IA a aumentar este número. Os preços da eletricidade aumentaram 17,2% nos EUA, 35,1% na Alemanha e 10,5% no Japão desde 2018, tornando a gestão térmica um desafio de custos crescente. Os sistemas de energia alternativos reduzem o tempo de funcionamento do gerador, a utilização de combustível e as necessidades de manutenção, desbloqueando eficiências de custos a longo prazo e apoiando operações contínuas.
Fiabilidade operacional
Os DER podem melhorar o tempo de atividade, permitindo a independência da rede elétrica e reduzindo os arranques dos geradores a diesel. As microrredes com painéis PV, células de combustível e BESS podem funcionar no modo de ilha, fornecendo energia consistente aos sistemas de arrefecimento, mesmo durante falhas de rede. Os sistemas de UPS atuam como centros de energia nessas configurações, alternando perfeitamente entre fontes, gerindo flutuações de frequência e fornecendo desenergização rápida em milissegundos para infraestruturas críticas de arrefecimento de centros de dados (consulte a Figura 6).
Figura 6. Um ecossistema de energia dinâmico ou híbrido pode reduzir a vulnerabilidade de um centro de dados a uma rede instável, combinando várias fontes de energia e simplificando os mecanismos de armazenamento, distribuição e contingência.
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