بحران رو به رشد قدرت در مراکز داده
تقاضا برای مراکز داده به سرعت در حال رشد است. محاسبات ابری، هوش مصنوعی (AI) و نیاز به فضای ذخیره‌سازی دیجیتال باعث این رشد می‌شوند. مراکز داده حدود 3 درصد از برق جهانی را مصرف می‌کنند و این میزان تا سال 2030 می‌تواند دو برابر شود. این افزایش تقاضا باعث ایجاد یک مشکل جدی برق می‌شود. ارائه‌دهندگان انرژی، دولت‌ها و اپراتورهای مراکز داده باید راه‌های جدیدی برای فعال نگه داشتن مراکز داده و در عین حال کاهش تاثیر آن‌ها بر محیط زیست بیابند.
چرا مراکز داده با کمبود برق مواجه هستند؟
عوامل متعددی باعث کمبود برق در مراکز داده می‌شود:
1. داده‌های بیشتر از همیشه
رایانش ابری، هوش مصنوعی و دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) در حال ایجاد حجم عظیمی از داده‌ها هستند. این امر نیاز به محاسبات سریع و سیستم‌های ذخیره‌سازی بزرگ را افزایش می‌دهد. برنامه‌های کاربردی مبتنی بر هوش مصنوعی حتی به قدرت پردازش بیشتری نیاز دارند که بر فشار روی مراکز داده می‌افزاید.
2. شبکه‌های قدرت محدود
ظرفیت بسیاری از شهرها و مراکز داده تاسیس شده در حال اتمام است. در مناطقی مانند ویرجینیای شمالی و دره سیلیکون، شبکه‌های برق برای پاسخگویی به تقاضا در تلاش هستند. این امر پروژه‌های جدید مرکز داده را کند می‌کند.
3. فشارهای پایداری
دولت‌ها و شرکت‌ها متعهد به بی‌طرفی کربن هستند. این به این معنی است که مراکز داده باید به منابع انرژی تجدیدپذیر روی بیاورند. با این حال، انرژی بادی و خورشیدی همیشه در دسترس نیستند و اطمینان از تامین انرژی ثابت را دشوار می‌کند.
4. AI Boom
هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی به مقدار زیادی قدرت محاسباتی نیاز دارند. این بارهای کاری انرژی بسیار بیشتری نسبت به برنامه‌های کاربردی تجاری سنتی مصرف می‌کنند. این موضوع مصرف انرژی را به یک نگرانی عمده برای مراکز داده تبدیل می‌کند.
واکنش صنعت انرژی
شرکت‌های انرژی و اپراتورهای مراکز داده برای مدیریت کمبود برق و بهبود بهره‌وری انرژی چندین مرحله را انجام می‌دهند:
1. ساخت زیرساخت‌های برق جدید
شرکت‌های انرژی در حال سرمایه‌گذاری در نیروگاه‌ها و شبکه‌های برق جدید هستند تا انرژی بیشتری را به مناطق مراکز داده تامین کنند. راه‌حل‌های کلیدی عبارتند از:
نیروگاه‌های اختصاصی: برخی از مراکز داده بزرگ برای ساخت نیروگاه‌های گاز طبیعی و هسته‌ای اختصاصی با شرکت‌های برق همکاری می‌کنند. این موضوع تضمین‌کننده این است که آن‌ها یک منبع تغذیه قابل اعتماد دارند.
ریزشبکه‌ها و برق در محل: بسیاری از مراکز داده در حال ایجاد ریزشبکه‌هایی هستند که از انرژی‌های تجدیدپذیر محلی، ذخیره باتری و منابع برق پشتیبان استفاده می‌کنند. این به پایدار ماندن انرژی کمک می‌کند.
ارتقای شبکه برق: دولت‌ها و تامین‌کنندگان انرژی در حال گسترش شبکه‌های برق برای جلوگیری از اضافه بار و اطمینان از منبع تغذیه ثابت هستند.
2. سرمایه‌گذاری در انرژی‌های تجدیدپذیر
برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، شرکت‌ها به راه‌حل‌های انرژی سبز روی آورده‌اند:
انرژی بادی و خورشیدی: شرکت‌های بزرگ فناوری همچون گوگل، مایکروسافت و آمازون در حال ساخت مزارع بادی و خورشیدی برای تامین انرژی مراکز داده خود هستند. این به کاهش هزینه‌های انرژی و انتشار کربن کمک می‌کند.
سلول‌های سوختی هیدروژنی: برخی از مراکز داده در حال آزمایش سلول‌های سوختی هیدروژنی به‌عنوان منبع انرژی جایگزین هستند. این می‌تواند وابستگی به سوخت‌های سنتی را کاهش دهد.
ذخیره‌سازی بهتر انرژی: فناوری‌های جدید باتری، مانند باتری‌های حالت جامد، ذخیره انرژی‌های تجدیدپذیر را برای استفاده در صورت نیاز آسان‌تر می‌کند.
3. بهبود بهره‌وری انرژی
مراکز داده از فناوری جدید برای کاهش مصرف برق و بهبود کارایی استفاده می‌کنند:
خنک کننده مایع: خنک کننده هوای سنتی انرژی زیادی مصرف می‌کند. خنک کننده مایع راه کارآمدتری برای جلوگیری از داغ شدن بیش از حد سرورها است.
مدیریت انرژی مبتنی بر هوش مصنوعی: هوش مصنوعی به مراکز داده کمک می‌کند تا بارهای کاری و سیستم‌های خنک کننده را در زمان واقعی تنظیم کنند. این باعث کاهش اتلاف انرژی و بهبود عملکرد می‌شود.
سخت‌افزار کارآمد انرژی: شرکت‌ها در حال ساخت تراشه‌های سفارشی هستند که در حین کارکرد سریع‌تر، انرژی کمتری مصرف می‌کنند. این باعث کاهش مصرف کلی انرژی می‌شود.
4. انتخاب مکان‌های بهتر
برای جلوگیری از کمبود برق، مراکز داده در مکان‌هایی با انرژی بیشتر در دسترس و تقاضای کمتر ساخته می‌شوند:
کشورهای شمال اروپا: سوئد، فنلاند و نروژ از انرژی آبی استفاده می‌کنند و دارای آب و هوای سرد هستند. این امر مراکز داده خنک‌کننده را ارزان‌تر و کارآمدتر می‌کند.
مناطق روستایی و دورافتاده: انتقال مراکز داده به دور از شهرهای بزرگ فشار بر شبکه های برق و همچنین هزینه زمین را کاهش می‌دهد.
مراکز داده شناور: برخی از شرکت‌ها در حال بررسی مراکز داده فراساحلی هستند که از خنک کننده اقیانوس و انرژی امواج برای کاهش نیازهای برق استفاده می‌کنند.
5. مشارکت دولت و صنعت
دولت‌ها و رهبران صنعت برای ایجاد راه‌حل‌های بلندمدت با هم کار می‌کنند:
مشوق‌های انرژی سبز: بسیاری از دولت‌ها به شرکت‌هایی که در انرژی‌های تجدیدپذیر مانند انرژی بادی و خورشیدی سرمایه‌گذاری می‌کنند، معافیت‌های مالیاتی و یارانه ارائه می‌دهند.
ارتقای زیرساخت برق: مشارکت‌های دولتی و خصوصی پروژه‌هایی را برای گسترش و تقویت شبکه‌های برق برای حمایت از رشد مرکز داده در آینده تامین مالی می‌کنند.
مقررات بهره‌وری انرژی: برخی از مناطق استانداردهای انرژی جدیدی را تعیین می‌کنند که مراکز داده را ملزم می‌کند تا از برق به طور موثرتری استفاده کنند.
6. نقش ذخیره باتری در پایداری انرژی و مقابله با کمبود برق
ذخیره انرژی برای قابل اعتماد کردن منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد و خورشید ضروری است. از آن‌جایی که این منابع انرژی به شرایط آب و هوایی بستگی دارد، مراکز داده برای ذخیره انرژی مازاد و استفاده از آن در صورت نیاز به راه‌حل‌های باتری کارآمد نیاز دارند.
نوآوری‌های کلیدی در ذخیره‌سازی باتری
باتری‌های لیتیوم یونی: این‌ها پُرکاربردترین راه‌حل‌های ذخیره‌سازی امروزی هستند که کارایی بالا و طول عمر طولانی را ارائه می دهند. با این حال، محدودیت‌های زنجیره تامین و هزینه‌های مواد خام همچنان چالش‌هایی هستند.
باتری‌های حالت جامد: برخلاف باتری‌های لیتیوم یونی، باتری‌های حالت جامد از الکترولیت جامد استفاده می‌کنند که باعث می‌شود ایمن‌تر، ماندگارتر و انرژی‌زاتر شوند. آن‌ها هنوز در مراحل اولیه پذیرش هستند اما پتانسیل زیادی برای ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ نشان می‌دهند.
باتری‌های جریان: این باتری‌ها از الکترولیت‌های مایع برای ذخیره انرژی استفاده می‌کنند و می‌توانند برای چندین دهه با حداقل تخریب کار کنند. آن‌ها به‌ویژه برای ذخیره‌سازی طولانی مدت در مراکز داده که به انرژی‌های تجدیدپذیر متکی هستند که خیلی هم مفیدند.
چرا ذخیره‌سازی باتری برای مراکز داده مهم است؟
تثبیت انرژی تجدیدپذیر – باتری‌ها انرژی اضافی باد و خورشید را ذخیره می‌کنند و اطمینان می‌دهند که مراکز داده حتی در زمانی که تولید کم است، برق دارند.
کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی – انرژی ذخیره شده به مراکز داده کمک می‌کند تا اتکا به نیروگاه‌های سنتی را کاهش دهند و عملیات را سبزتر کنند.
کاهش هزینه‌های انرژی – باتری‌ها به مراکز داده کمک می‌کنند با استفاده از توان ذخیره‌شده در زمانی که تقاضا (و قیمت‌ها) در بالاترین حد است، از اوج نرخ برق اجتناب کنند.
قدرت پشتیبان‌گیری و انعطاف‌پذیری – در صورت قطع برق، ذخیره‌سازی باتری، پشتیبان‌گیری فوری را فراهم می‌کند، زمان خرابی را کاهش می‌دهد و قابلیت اطمینان را بهبود می‌بخشد.
بسیاری از اپراتورهای مراکز داده در مقیاس بزرگ سرمایه‌گذاری زیادی در مزارع باتری برای بهبود قابلیت اطمینان انرژی انجام می‌دهند. با بهبود فناوری باتری، سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی با ماندگاری بیشتر و کارآمدتر به بخش مهمی از عملیات مرکز داده پایدار تبدیل می‌شوند.
آینده انرژی مرکز داده
با افزایش تقاضا برای خدمات دیجیتال، مراکز داده باید راه‌های جدیدی برای مدیریت مصرف برق بیابند. راه‌حل‌های انرژی آینده ممکن است شامل موارد زیر باشد:
شبکه‌های انرژی مبتنی بر هوش مصنوعی: هوش مصنوعی می‌تواند نیازهای انرژی را پیش‌بینی کند و به تعادل بین عرضه و تقاضا کمک کند.
ذخیره‌سازی بهتر باتری: انواع جدید باتری‌های حالت جامد به مراکز داده اجازه می‌دهد تا انرژی‌های تجدیدپذیر بیشتری را ذخیره کنند و اتکا به سوخت‌های فسیلی را کاهش دهند.
انرژی فیوژن: در حالی‌که هنوز در حال توسعه است، انرژی همجوشی می‌تواند منبع انرژی بی‌حد و حصر و پاکی برای مراکز داده در آینده باشد.
بحران برق مرکز داده یک چالش بزرگ است، اما فناوری، سرمایه‌گذاری و کار تیمی می‌تواند به حل آن کمک کند. همان‌طور که ارائه‌دهندگان انرژی انرژی های تجدیدپذیر را گسترش می‌دهند، قابلیت اطمینان شبکه را بهبود می‌بخشند و کارایی را افزایش می‌دهند، مراکز داده نیز باید برای برآوردن نیازهای رو به رشد نیرو تکامل یابند. با برنامه‌ریزی هوشمند و راه‌حل‌های نوآورانه، آینده مراکز داده می‌تواند قدرتمند و پایدار باشد.
گروه تولید محتوای اترس
