Centra danych, SI i kryptowaluty zużywają 2% światowego prądu. A zapotrzebowanie rośnie gigantycznie

Jak podaje Międzynarodowa Agencja Energetyczna, w 2023 r. światowe zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrosło o 2,2%. W trzech kolejnych latach przewidywane wzrosty wynoszą już jednak średnio po 3,4% rocznie.

Z jednej strony sytuacja gospodarcza uległa poprawie, a z drugiej nieustająco postępuje elektryfikacja w sektorze mieszkaniowym (pompy ciepła) i transportowym (samochody elektryczne). Ale jest też i trzecia strona - zauważalna ekspansja centrów danych.

Centra danych rozrastają się nie tylko dlatego, że postępuje digitalizacja naszego życia, a coraz więcej danych przechowywane jest w chmurach. Istotny wpływ na rosnące zapotrzebowanie ma też rozwój sztucznej inteligencji i kryptowalut.

Już teraz na te potrzeby przeznacza się 2% globalnego zapotrzebowania na energię elektryczną. W 2023 r. było to ok. 460 terawatogodzin (TWh). Dla porównania rok wcześniej Indonezja zużyła 316, Francja 425, Niemcy 490, a Korea Południowa – 568 TWh (dane za portalem Statista).

"Centra danych są kluczową częścią infrastruktury wspierającej cyfryzację, wraz z infrastrukturą elektryczną, która je zasila" – komentuje MAE.

Analiza przyszłych trendów w tym sektorze jest jednak złożona, bo postęp technologiczny i usługi cyfrowe szybko ewoluują. Wiele zależy więc m.in. od tempa wdrażania nowych rozwiązań, zakresu poprawy wydajności oraz zmian w zakresie sztucznej inteligencji i kryptowalut.

Mimo tych niepewności według Agencji jednego można być pewnym: zapotrzebowanie na energię elektryczną na potrzeby centrów danych będzie błyskawicznie rosnąć. Już w 2026 r. może być dwa razy większe niż obecnie, a może i jeszcze większe.

"Całkowite zużycie energii elektrycznej przez centra danych może osiągnąć ponad 1 000 TWh w 2026 r. Zapotrzebowanie to odpowiada mniej więcej zużyciu energii elektrycznej w Japonii" – informuje MAE.

"Bazowa" ścieżka przyjęta przez analityków zakłada, że centra danych (w tym na potrzeby SI kryptowalut) pochłoną w 2026 r. 800 TWh. Mniejszy zakres szacunków to 620, a większy – 1050 TWh.

Tymczasem z przytoczonych przez portal Statista danych wynika, że w 2022 r. Japonia zużyła 939, a Rosja – 979 TWh energii elektrycznej. Oznacza to, że gdyby centra danych traktować niczym kraj, już za dwa lata mogą być czwartym co do wielkości "pożeraczem" prądu na świecie. W 2022 r. większe zapotrzebowanie miały tylko Indie (1392 TWh), Stany Zjednoczone (4082 TWh) i Chiny (8090 TWh).

O jak wielkich zmianach możemy mówić, jeżeli sztuczna inteligencja zostanie powszechnie wdrożona?

Obecnie typowe wyszukiwanie w Google pochłania 0,3 watogodziny (Wh) energii elektrycznej. Typowe wyszukiwanie w ChatGPT od OpenAI - 2,9 Wh. Dlatego według MAE wyszukiwarki pokroju Google mogą odnotować nawet dziesięciokrotny wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną.

Biorąc pod uwagę 9 miliardów wyszukiwań dziennie, wymagałoby to prawie 10 TWh dodatkowej energii elektrycznej w ciągu roku. Dla porównania Polska zużywa rocznie 155 TWh, a liczące ponad 200 milionów obywateli Nigeria – 30 TWh.

Międzynarodowa Agencja Energetyczna szacuje, że do 2026 r. branża sztucznej inteligencji będzie zużywać co najmniej 10 razy więcej prądu niż w 2023 r.

A co z kryptowalutami? W 2022 r. zużyły one około 110 TWh energii elektrycznej, czyli ok. 0,4% globalnego rocznego zapotrzebowania. I tyle samo, co Holandia.

"W naszym scenariuszu bazowym przewidujemy, że zużycie energii elektrycznej przez kryptowaluty wzrośnie do 2026 r. o ponad 40%, do około 160 TWh. Niemniej jednak pozostaje niepewność co do tempa przyspieszenia adopcji kryptowalut i poprawy wydajności technologii" – informuje MAE.

Za przykłady pokazuje Bitcoina i Ethereum, czyli dwie największe kryptowaluty pod względem kapitalizacji rynkowej. Ta druga w 2022 r. zmniejszyła swoje zapotrzebowanie na energię elektryczną o 99% poprzez zmianę mechanizmu wydobywczego. Ale Bitcoin takiej przemiany nie dokonał, przez co w 2023 r. zużył już 120 TWh. W tym samym wszystkie kryptowaluty wykorzystały 130 TWh, co pokazuje, jak wiele zależy od tego, w którym kierunku podąży Bitcoin.

Według MAE kluczowe znaczenie dla ograniczenia wzrostu zużycia energii w centrach danych będą zmiany regulacyjne i ulepszenia technologiczne, w tym w zakresie wydajności.

Na przykład Unia Europejska będzie wymagać większej przejrzystości i odpowiedzialność w zakresie funkcjonowania centrów danych. "Począwszy od 2024 r. operatorzy mają obowiązek raportowania zużycia energii i emisji ze swoich centrów danych. Duże centra danych są zaś zobowiązane do odzyskiwania ciepła odpadowego, jeśli jest to technicznie i ekonomicznie wykonalne, przy jednoczesnym zapewnieniu neutralności klimatycznej do 2030 r." – wyjaśnia Agencja.

Z kolei w USA przyjęta w 2020 r. ustawa energetyczna z 2020 r. wymaga od rządu federalnego przeprowadzenia badań dotyczących zużycia energii i wody w centrach danych. Niezbędne jest też stworzenie odpowiednich wskaźników efektywności energetycznej i dobrych praktyk promujących efektywność.

Chińskie organy regulacyjne będą zaś wymagać, aby wszystkie centra danych nabyte przez organizacje publiczne poprawiły swoją efektywność energetyczną. Do tego do 2032 r. mają być w całości zasilane energią odnawialną. Coraz ostrzejsze wymogi będą wprowadzane stopniowo. Tym pierwszym było 5% udziału energii odnawialnej w poprzednim roku.

Głównymi czynnikami wpływającymi na zapotrzebowanie na energię elektryczną w centrach danych są systemy chłodzenia i same serwery. Odpowiadają one zazwyczaj za po około 40% całkowitego zużycia. Pozostałe 20% jest zużywane przez system zasilania, urządzenia pamięci masowej i sprzęt komunikacyjny.

"Zastosowanie wysokowydajnych systemów chłodzenia może potencjalnie zmniejszyć zapotrzebowanie na energię elektryczną w centrach danych o 10%. Inne badania dotyczące chłodzenia pokazują, że 20% redukcję zużycia można osiągnąć przy zastosowaniu chłodzenia wodnego bezpośrednio na chipie i specjalnych płynów o niskiej lepkości do chłodzenia wszystkich innych komponentów" – podaje przykłady dobrych praktyk MAE.

Paradoksalnie pomocny może też być… rozwój sztucznej inteligencji i uczenie maszynowe. Na przykład Google poinformowało, że wykorzystało SI DeepMind do zmniejszenia zapotrzebowania na energię elektryczną swoich systemów chłodzenia centrów danych o 40%.

Wiele mogą też zmienić komputery kwantowe. Mogą one zapewniać większą i szybszą moc obliczeniową niż superkomputery, zużywając przy tym mniej energii. Żeby taka zmiana w przyszłości przyniosła jednak więcej złego niż dobrego, przejściu na komputery kwantowe musi towarzyszyć wsparcie ze strony wydajnych systemów chłodzenia. Komputery kwantowe muszą być chłodzone do temperatury bliskiej zeru absolutnemu (-273°C), podczas gdy superkomputery mogą działać w temperaturze 21°C.