Un’analisi dell’Oxford Energy Forum esplora la complessa relazione tra crescita dell’IA, data center e sistemi elettrici. I collaboratori dell’OIES esaminano come l’IA stia rimodellando i modelli di domanda di energia
Il rapido sviluppo e l’implementazione delle tecnologie di intelligenza artificiale (IA) stanno trasformando i settori industriali in tutto il mondo, con profonde implicazioni per i sistemi energetici, in particolare per il settore elettrico. Con l’espansione esponenziale delle capacità dell’IA, aumenta anche la domanda di elettricità, trainata dai data center che ospitano queste risorse computazionali.
Questa impennata senza precedenti del consumo di energia elettrica si verifica in un momento cruciale della transizione energetica globale, creando sfide e opportunità per la gestione della rete, gli sforzi di decarbonizzazione e le strutture del mercato energetico. Il settore dell’energia elettrica si trova ora all’intersezione di due forze trasformative: la transizione verso l’energia pulita e la rivoluzione dell’IA.
IA, DATA CENTER E SISTEMI ELETTRICI
Un’analisi dell’Oxford Energy Forum esplora la complessa relazione tra crescita dell’intelligenza artificiale, data center e sistemi elettrici. I collaboratori dell’OIES esaminano come l’IA stia rimodellando i modelli di domanda di energia, influenzando le operazioni di rete e potenzialmente rimodellando il futuro dei mercati energetici. Lo studio valuta sia le sfide sostanziali poste dalla fame di energia dell’IA, sia le promettenti applicazioni delle tecnologie di intelligenza artificiale per migliorare la flessibilità, l’affidabilità e la sostenibilità della rete.
I temi spaziano tra tendenze globali, prospettive regionali, applicazioni a livello di rete, quadri di governance e soluzioni tecnologiche emergenti, offrendo un’analisi di uno dei principali sviluppi nei sistemi energetici contemporanei e fornendo un’analisi completa di come l’intelligenza artificiale e i sistemi elettrici si stiano sempre più intrecciando, presentando sia sfide che opportunità per la transizione energetica globale.
Con la continua rapida espansione dell’intelligenza artificiale, gestire questa complessa relazione richiederà dei contesti politici ponderati, delle soluzioni tecniche innovative e una collaborazione efficace tra settori e confini.
I DATA CENTER NEGLI STATI UNITI E LE IMPLICAZIONI PER IL SETTORE ELETTRICO
La bassa crescita della domanda di elettricità negli Stati Uniti ha lasciato il posto ad una corsa sfrenata all’energia. Per oltre 20 anni il settore ha registrato una crescita del carico ben al di sotto dell’1% annuo. Eppure, quest’era di espansione limitata è finita. La prevista domanda di elettroni da parte di data center, produzione ed elettrificazione suggerisce un cambiamento di paradigma dal lato della domanda che il settore energetico non sperimentava da decenni.
Data center e intelligenza artificiale sono di particolare rilievo, data la forte pressione al rialzo che esercitano sulla domanda di energia durante l’addestramento di grandi modelli di apprendimento linguistico e l’esecuzione di attività di interferenza progressivamente complesse. Infatti, secondo l’Electric Power Research Institute, un’organizzazione di ricerca indipendente, si prevede che la domanda di energia dei data center negli Stati Uniti entro il 2030 rappresenterà il 9% della domanda totale di elettricità. La società di consulenza McKinsey stima che questa cifra raggiungerà quasi il 12% entro lo stesso anno, con un tasso di crescita annuo composto del 17,9% rispetto al 2023.
L’implementazione di data center basati sull’intelligenza artificiale rimodellerà il settore energetico negli USA e guiderà un’evoluzione sempre più rapida delle dinamiche del settore energetico. Le sfide e le opportunità risiedono nel calibrare il livello di crescita del carico che si concretizzerà effettivamente, garantendo al contempo l’affidabilità della rete, l’adeguatezza delle risorse e la stabilità dei prezzi dell’energia, e soddisfacendo in modo sostenibile la nuova domanda.
DOMANDA ENERGETICA, INCERTEZZA E PREVISIONI
Le soluzioni per soddisfare la domanda si stanno attualmente manifestando attraverso tre ampi settori verticali:
1) Progetti basati sulla capacità di rete esistente: questi progetti dipendono dall’identificazione di nuovi siti adiacenti all’infrastruttura di trasmissione dove esiste già una capacità di rete sufficiente a fornire nuovo carico. La ricerca di nuova capacità di generazione non rientra necessariamente in questo quadro;
2) L’aggiunta o l’identificazione di capacità di generazione significativa sulla rete: ciò potrebbe avvenire tramite nuove costruzioni, la rimessa in servizio di impianti dismessi o l’appalto di capacità di generazione esistente sottoutilizzata. In base a questo modello, le aziende di data center si approvvigionano di elettroni tramite accordi di acquisto di energia virtuali (PPA);
3) Microreti “behind-the-meter” che combinano energia solare, eolica, gas, diesel e batterie: queste tecnologie combinate sono talvolta chiamate turbine a gas a ciclo combinato sintetico (CCGT), in quanto possono imitare alcune caratteristiche delle CCGT. In base a questo modello, sia il carico del data center che la generazione possono rinunciare completamente all’interconnessione alla rete, oppure rinunciarvi per un periodo iniziale in previsione della costruzione di una nuova rete di trasmissione.
LE SFIDE ASSOCIATE ALL’IMPLEMENTAZIONE DELL’IA
I data center basati sull’IA possono richiedere risorse energetiche equivalenti a quelle di una piccola città, eppure la loro ubicazione, autorizzazione, costruzione e messa in servizio possono richiedere meno di due anni. È difficile sottovalutare le conseguenze che la rapida implementazione di nuovi carichi può avere sulla qualità dell’energia, sull’adeguatezza delle risorse e sui prezzi dell’energia. Gli effetti si estendono anche alla qualità dell’aria, al mix di combustibili, alla modernizzazione della rete e ad altri argomenti correlati, per i quali un’analisi dettagliata esula in gran parte dall’ambito di questa valutazione.
L’IMPATTO DEI DATA CENTER SULLA QUALITÀ DELL’ENERGIA
In termini di affidabilità della rete, vi sono prove iniziali che suggeriscono che i data center abbiano un impatto negativo sulla qualità dell’energia negli Stati Uniti. Uno studio del 2024 ha concluso che, su quasi 800.000 sensori domestici che misurano la qualità dell’energia, oltre il 75% dei sensori che segnalavano una potenza distorta si trovava entro un raggio di 80 km da aree ad alta attività dei data center.
Nello specifico, questi sensori hanno rilevato delle “armoniche”, ovvero delle distorsioni nell’integrità delle onde sinusoidali che corrispondono alla corrente alternata che scorre attraverso la rete. Il deterioramento della qualità dell’energia può causare danni ai dispositivi elettronici di consumo o una loro ridotta durata, guasti elettrici e persino scintille o incendi domestici, se le armoniche sono particolarmente intense.
Le armoniche derivano da carichi che utilizzano alimentatori switching (SMPS), che assorbono corrente in impulsi bruschi (carichi non lineari). Sebbene la maggior parte dei dispositivi elettronici di consumo e alcune altre fonti di carico assorbano corrente in questo modo, qualsiasi carico SMPS distribuito su larga scala può avere un impatto sproporzionato nel provocare armoniche, che possono essere interpretate come un presagio di una qualità dell’energia più a monte. Tali problemi possono aggravarsi e portare a problemi di rete se non affrontati.
Per mitigare le armoniche, si possono adottare diverse strategie, come richiedere ai data center di utilizzare dei filtri armonici per mitigare la distorsione armonica e quindi il loro impatto sulla qualità dell’energia della rete; combinare carichi non lineari come i data center con carichi lineari come le fabbriche che utilizzano motori in grado di attenuare i picchi armonici; sostituire trasformatori, linee di trasmissione e altri componenti di rete obsoleti con infrastrutture aggiornate, che sarebbero meglio attrezzate per gestire le distorsioni della qualità dell’energia.
GLI INTERROGATIVI SUGLI EFFETTI DELL’IA SUL SETTORE ENERGETICO
L’articolo dell’OIES offre un’ampia panoramica di come l’implementazione dell’IA influenzerà l’evoluzione delle dinamiche del settore energetico negli Stati Uniti. Sebbene le previsioni della domanda siano provvisorie, l’implementazione dell’IA continuerà a guidare strutture contrattuali uniche e investimenti in affidabilità e adeguatezza delle risorse.
Tuttavia, permangono molti interrogativi chiave. Guardando al futuro, uno dei più grandi interrogativi è forse se l’innovazione basata sull’IA contribuirà a ridurre la domanda di elettricità della tecnologia o se l’innovazione catalizzata dalla potenza di calcolo porterà semplicemente a un aumento progressivo della domanda di elettricità. In ogni caso, una valutazione oggettiva degli attuali punti di forza e di debolezza del settore energetico nazionale è necessaria per affrontare le sfide e le opportunità presentate dai data center nel 2025 e oltre.
