مركز أبحاث استدامة تكنولوجيا المعلومات: كيف يمكن لمراكز البيانات أن تنتقل من الطاقة المتعطشة إلى الطاقة الذكية في عام 2026

هيمنت المحادثة حول نمو مراكز البيانات والمبادرات الوطنية لتطوير ونشر نماذج وتطبيقات الذكاء الاصطناعي (AI) على سرد مراكز البيانات في عام 2025.

وقد ركزت على الحجم المادي للمرافق، والطلب الكبير على الطاقة والمياه، وعدم كفاية البنية التحتية للطاقة المتاحة لدعم البناء المقترح. ويبدو أن الاستدامة أصبحت فكرة لاحقة، هذا إذا تم ذكرها على الإطلاق.

في الواقع، يوفر توسيع البنية التحتية الرقمية فرصة لتحويل بصمتها في مجال الطاقة والبيئة بشكل إيجابي وزيادة نشر قدرات التوليد الخالية من الكربون عبر شبكة الكهرباء العالمية بشكل كبير.

توفر متطلبات مراكز البيانات لمزيد من قدرة توليد الكهرباء فرصة لزيادة نشر أصول توليد الطاقة الخالية من الكربون (CFE) وتقليل الأطنان المترية من ثاني أكسيد الكربون لكل ميجاوات ساعة من التوليد بمرور الوقت.

في المرحلة الأولى من البناء، من عام 2025 إلى عام 2030، ستكون أنظمة الرياح والطاقة الشمسية والبطاريات هي غالبية جيل CFE الجديد. ويمكن التخفيف من تأثير أنماط إنتاجها المتقطعة من خلال السماح لأنظمة التوليد الاحتياطية الخاصة بها بدعم شبكة الكهرباء خلال فترات انخفاض الإنتاج، وتجنب الحاجة إلى تمويل وبناء محطات الذروة للغاز الطبيعي.

من المرجح أن تبدأ المرحلة الثانية من البناء في عام 2030 تقريبًا، حيث تصبح الأصول النووية الفعالة من حيث التكلفة، والطاقة الحرارية الأرضية المتقدمة، وغيرها من أصول توليد CFE قابلة للتطبيق من الناحية الفنية والاقتصادية.

ستأخذ هذه الأصول حصة أكبر من حمل التوليد وتبدأ في زيادة وإزاحة أصول توليد الغاز الطبيعي. يستثمر العديد من كبار المشغلين في المشاريع التجريبية ويدعمونها والنشر المبكر لهذه الأنظمة للتحقق من الجدوى الفنية والاقتصادية لهذه التقنيات النامية.

يمكن للمنشآت الجديدة الاستفادة من أنظمة التبريد المعيارية عالية الكفاءة التي تعمل على زيادة التبريد الحر إلى الحد الأقصى، وتقليل أو القضاء على استخدام المياه في أنظمة رفض الحرارة الخارجية، ونشر تقنيات التبريد المباشر بالسوائل والتبريد المغمور لتبريد وحدات المعالجة المركزية (CPU)، أو وحدات معالجة الرسومات، أو المسرعات، أو أنظمة تكنولوجيا المعلومات بأكملها.

هذه التقنيات يمكن أن تقلل من التسهيلات فعالية استخدام الطاقة (PUE) إلى أقل من 1.3 وفعالية استخدام المياه (WUE) أقل من 0.4 لتر لكل كيلووات ساعة. تظهر قيم PUE وWUE كأقصى قيم أداء مقبولة للمنشآت الجديدة. تعمل هذه الأنظمة الجديدة الأكثر كفاءة على تمكين 80% أو أكثر من الطاقة المستهلكة في مركز البيانات لتشغيل البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات.

وسيكون من الصعب كسر محتوى الكربون الموجود في المعدات والمواد، على الرغم من أن هذا الجهد أصبح محور خطط الاستدامة للعديد من المشغلين.

ويعتمد إنتاج المواد الأساسية مثل الفولاذ والخرسانة والألياف الضوئية والنحاس على عمليات التصنيع ذات درجات الحرارة العالية التي تعتمد على الوقود الأحفوري. ويجري العمل، بدعم من العديد من مشغلي مراكز البيانات الكبيرة وغيرهم، لتحديد وتطوير عمليات تصنيع بديلة منخفضة الكربون، وتتوفر كميات محدودة من المواد بأسعار ممتازة. ومع ذلك، من غير المرجح أن تؤدي هذه الجهود إلى عمليات إنتاج كبيرة الحجم للمواد الرئيسية قبل عام 2035. وحتى ذلك الحين، من المحتمل أن تكون هناك اختلافات كبيرة في التوافر بين المناطق.

لقد تبنت الصناعة التحدي المتمثل في إزالة الكربون من سلاسل توريد الطاقة والمواد، ولكن هناك إدراك ناشئ بأن هذا الجهد سيكون بمثابة رحلة تستغرق عدة عقود. ومع ذلك، فقد تم وضع هذه العناصر لدفع التحسينات الإضافية المستمرة في كفاءة استخدام المياه والطاقة، وتقليل انبعاثات النطاق 2 المرتبطة باستخدام الطاقة، وتقليل محتوى الكربون في المواد الرئيسية تدريجيًا، وزيادة استخدام المواد المعاد تدويرها وكفاءة استخدام المواد بشكل عام لمرافق مراكز البيانات الجديدة.

من وجهة نظر عملية، يدرك المشغلون أن إزالة الكربون الحقيقية من مرافق التشغيل لن تتحقق في الإطار الزمني المتوقع أصلاً من 2025 إلى 2035 (بمساعدة التعويضات). وبدلا من ذلك، قد يكون إزالة الكربون بنسبة 80% بحلول عام 2035 ممكنا في بعض المناطق الجغرافية وفي بعض المرافق، ولكن من المرجح أن يستغرق 95% من إزالة الكربون بالكامل حتى عام 2050 أو بعده.

الجزء المفقود في مناقشة كفاءة مركز البيانات هو كفاءة البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات. هناك طبقات متعددة لهذا الجهد:

• نشر معدات البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات ذات نسب عمل عالية لكل واط والقدرة على تقليل الطلب على الطاقة عند الاستخدام المنخفض.
• استخدام أنظمة أعباء عمل تكنولوجيا المعلومات (الذكاء الاصطناعي أو التعلم الآلي) المدركة للطاقة والتي تعمل على زيادة استخدام البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات إلى أقصى حد. يمكن لهذه الأنظمة تقليل كمية المعدات وزيادة العمل لكل ميجاوات/ساعة (MWh) المطلوبة لتقديم مجموعة محددة من أحمال العمل، مما يقلل من مساحة مركز البيانات.
• ترميز برامج أكثر كفاءة يمكنها تقليل وتحسين موارد البنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات المطلوبة لتنفيذ تطبيق معين.

يحتاج مشغلو مراكز البيانات إلى تبني العمليات التي تعمل على تحسين أداء وكفاءة مجموعة الأجهزة/البرامج المتكاملة لتقليل الطلب على الطاقة وانبعاثات النطاق 2 المرتبطة به. يعد تجنب استخدام الطاقة أداة فعالة لإدارة الطلب على الطاقة أثناء النمو المخطط له؛ ويمكن تجنب التكاليف الرأسمالية الكبيرة وضغوط سلسلة التوريد مع تقليل الضغط التشغيلي على الشبكة الكهربائية.

إذا تم تنفيذه بشكل صحيح، فإن إنشاء مركز البيانات العالمي المخطط له يمكن أن يحقق تحسنًا كبيرًا في الاستدامة والأداء البيئي لهذه المرافق.

يمكن أن يؤدي تكامل المنشأة والبنية التحتية لتكنولوجيا المعلومات، إلى جانب نشر تطبيقات برمجية عالية الكفاءة، إلى توفير عمل أعلى لكل وحدة من الطاقة المستهلكة مع تقليل استهلاك الموارد بشكل كبير.