A IA acelerou a demanda por energia de maneiras que nunca vimos antes e pegando de surpresa todas as previsões e roteiros com seu tempo e magnitude.

No entanto, a IA não é o único gatilho do crescimento do data center e do aumento do consumo de energia. A crise de energia é uma questão mais ampla e adormecida que abrange tendências sociais e crescente dependência digital, desde mais armazenamento de dados até necessidades de computação mais rápidas e poderosas. Os sistemas de energia, incluindo a rede, precisam de modernização e diversificação, colaboração entre setores e maior padronização para enfrentar todos esses desafios.

Neste momento, existem várias alternativas possíveis para enfrentar a situação energética, tanto renovável quanto não renovável, quando se trata de meios mais eficientes em termos de energia e fáceis de alimentar data centers, que são críticos para a infraestrutura de energia do mundo.

Hidrogênio – santo graal ou alta manutenção?

Os data centers precisam de grandes quantidades de energia estável e de alta qualidade com a menor pegada de carbono possível. É possível sonhar em usar hidrogênio como combustível que se combina com oxigênio em "células de combustível" para produzir eletricidade e emitir apenas água e calor, que são subprodutos valiosos. Seria uma solução maravilhosa se uma enorme quantidade de hidrogênio pudesse ser produzida com uma pegada de carbono muito baixa.

Atualmente, a maior parte do hidrogênio é produzida usando energia de combustível fóssil por uma fração do custo do hidrogênio que depende de energia livre de emissões. Recentemente, maneiras mais virtuosas de produzir hidrogênio foram imaginadas - extraindo hidrogênio de moléculas de água alimentando eletrolisadores com eletricidade gerada por energia solar ou eólica ou quebrando moléculas de água em temperatura ultra-alta como subproduto em alguns tipos específicos de reatores nucleares.

O hidrogênio não é uma energia primária, mas sim um vetor de energia, como a eletricidade. No entanto, o hidrogênio pode ser facilmente armazenado em tanques, o que é muito mais difícil e caro para a eletricidade. E essa é uma enorme proposta de valor para alimentar data centers. A adoção da energia do hidrogênio em data centers ainda está em seus estágios iniciais, mas mostra uma grande promessa por meio de esforços como a Iniciativa de Hidrogênio Verde da Microsoft.

Superando desafios

Obter benefício de enormes sistemas de armazenamento de energia de hidrogênio traz alguns desafios a serem superados.

O hidrogênio tem o maior teor de energia por unidade de massa, tornando-o um excelente combustível em termos de peso. No entanto, por ser um gás muito leve, possui o menor conteúdo de energia por unidade de volume. Isso significa que armazenar e transportar hidrogênio pode ser um desafio, pois requer altas pressões ou temperaturas criogênicas para ser armazenado de forma compacta.

Comprimir hidrogênio a 700 bar, por exemplo, consumirá de 10 a 15% do conteúdo de energia. Em seguida, a geração de eletricidade a partir de hidrogênio em uma célula de combustível tem uma eficiência típica de 40 a 60% (ainda muito melhor do que a geração de energia tradicional baseada em combustão de cerca de 35%). Considerando que a geração de hidrogênio por eletrólise tem uma eficiência média de 60% a 80%, a eficiência geral de ida e volta é de aproximadamente apenas 20% a 45%. Mas o diabo está nos detalhes.

Os átomos de hidrogênio são tão pequenos que podem permear metais sólidos. Uma vez absorvido, o hidrogênio reduz o estresse necessário para que as rachaduras se iniciem e se propaguem, o que pode enfraquecer os sistemas de armazenamento. Isso significa que toda a tubulação e encanamento devem estar em conformidade com padrões extremamente rigorosos. São necessários investimentos significativos em infraestrutura para produzir, armazenar e distribuir hidrogênio com segurança.

E, por razões de segurança, grandes soluções de armazenamento de hidrogênio devem ser instaladas a uma distância segura de áreas povoadas, edifícios e outras infraestruturas críticas... como data centers.

Nos EUA, a suspensão imediata ordenada do financiamento sob a Lei de Redução da Inflação (IRA) e a Lei de Investimentos e Empregos em Infraestrutura (IIJA) terá um impacto significativo na produção de hidrogênio dos EUA. O cancelamento de subsídios extensivos, como os 7 bilhões de dólares (39 bilhões de reais) destinados a sete centros regionais de hidrogênio limpo e potenciais créditos fiscais de produção de hidrogênio de até 3 dólares (16,7 reais) por kg sob o IRA, congelará drasticamente o progresso promissor atual.

Mas a parte mais dolorosa para os participantes do setor é o possível cancelamento de projetos já comprometidos com o Departamento de Energia, que já alocou mais de 170 bilhões de dólares (945 bilhões de reais) em doações e empréstimos, e a Agência de Proteção Ambiental, que já distribuiu 93% de seu financiamento de subsídios do IRA.

Nuclear – fonte de energia estável e livre de carbono

A energia nuclear oferece um fornecimento de energia estável e confiável, ao contrário da energia eólica e solar, que são intermitentes e dependem das condições climáticas. Na verdade, a energia nuclear fornece energia térmica maciça e estável para alimentar máquinas rotativas de geração de eletricidade. Sua significativa inércia mecânica fornece uma grande contribuição para estabilizar todo o sistema elétrico (equilibrando a potência ativa e reativa).

Embora as fontes de energia renováveis, como eólica e solar, sejam inquestionavelmente essenciais para um futuro sustentável, sua variabilidade está colocando desafios para implantações maciças. A estabilidade do sistema elétrico deve lidar cada vez mais com a inércia de balanceamento simulado virtual de sua eletrônica de potência. De fato, de acordo com a AIE, muitos projetos de energias renováveis infelizmente estão esperando para serem autorizados a se conectar à rede global. No final de 2023, mais de 3000 GW de capacidade de geração renovável estavam em 'filas de conexão à rede', apesar de muitos projetos já estarem em estágios avançados de desenvolvimento.

Essa situação é um desafio assumido pela normalização internacional. Progressos estão sendo feitos no sentido de tornar as energias renováveis mais expugnáveis. Alguns sistemas de armazenamento e energia renovável multienergia Smart String Forming já foram demonstrados com sucesso em escala de utilidade.

As Normas IEC e a Avaliação da Conformidade, por exemplo, são blocos de construção em desenvolvimento para arquitetar redes inteligentes fortes e confiáveis. No entanto, por enquanto, mesmo com redes inteligentes, as crescentes necessidades de energia dos data centers não podem esperar e tornam a energia nuclear um complemento altamente valioso.

Além disso, a energia nuclear é uma fonte livre de carbono, alinhando-se aos esforços globais para reduzir as emissões de carbono e combater as mudanças climáticas. Estão também em curso progressos em termos de segurança nuclear e de gestão dos resíduos nucleares.

Isso explica por que a energia nuclear é (re)considerada em muitos roteiros de transição energética em todo o mundo. O advento dos Pequenos Reatores Nucleares (SMR) e dos Reatores Modulares Avançados (AMR) também está abrindo muitas novas opções graças ao seu tamanho menor, pré-fabricação de blocos de construção, rede de suprimentos de nível industrial e menor custo.

Sistemas de armazenamento de energia de bateria (BESS): um sonho antigo ou destino ideal

Os sistemas de armazenamento de energia da bateria são considerados há muito tempo como um destino final. A jornada ainda está em andamento, beneficiando-se da aceleração do desenvolvimento do Transporte Elétrico. O armazenamento direto de eletricidade também poderia se beneficiar repentinamente do novo advento disruptivo de inovações eletroquímicas sob exploração muito ativa.

Parte do que torna o BESS atraente para data centers é a maior flexibilidade e estabilidade que ele pode oferecer se bem aproveitado. Eles podem ajudar a fornecer energia de backup durante interrupções e contribuir para a estabilidade da rede em caso de variações de frequência e tensão, de acordo com meu colega, Howard Porter, membro do Conselho de Estratégia de Mercado da IEC e especialista em eficiência energética.

Em 2023, a IEC publicou uma Especificação Técnica (IEC TS 62786-3:2023), que abrange princípios abrangentes e requisitos técnicos para a interconexão de BESS distribuído a redes de distribuição. Essa Especificação Técnica é fundamental para o projeto, operação e teste do BESS, garantindo que eles atendam aos requisitos necessários para a integração da rede.

As diretrizes técnicas especificadas também serão cruciais para garantir maneiras seguras e eficientes de integrar o BESS para várias aplicações.

Atualmente, a IEC também está trabalhando em um novo padrão IEC 62933 que se aplica aos efeitos das condições ambientais nos sistemas de armazenamento de energia da bateria (BESS). Os efeitos ambientais típicos no BESS incluem, mas não estão limitados a, os efeitos de raios, atividades sísmicas, água, ar, flora, fauna e humanos. A ideia é que, com base nesses efeitos, medidas preventivas ou mitigadoras sejam descritas nesta norma.

No geral, há uma grande promessa e a necessidade é a mãe da invenção. No entanto, as mudanças nas políticas criam incerteza no mercado de energia limpa, o que desacelerará a P&D e potencialmente impedirá o investimento privado em novos projetos.

Os desafios energéticos apresentados pela IA estão impulsionando a inovação em todo o ecossistema de energia e data center. O verdadeiro potencial reside na integração de opções renováveis e não renováveis para criar uma infraestrutura energética equilibrada e na implementação de normas técnicas que garantam um mercado sustentável de soluções.