Umělá inteligence pohání nárůst elektřiny v datových centrech. Ale síť na to ještě není připravena.
Rychlý vzestup umělé inteligence, poháněný rozsáhlými jazykovými modely, jako je ChatGPT, vede k nebývalému nárůstu poptávky po elektřině z datových center po celých Spojených státech. Tato rostoucí energetická chuť klade stále větší zátěž na stárnoucí elektrickou síť v zemi, což vede ke zhoršující se kvalitě energie, zvýšenému riziku výpadků a novým výzvám pro rezidenční infrastrukturu. S urychlujícím se zaváděním umělé inteligence se naléhavě zvyšuje potřeba chytřejší a odolnější sítě. Tento článek zkoumá rozsah dopadu, zranitelnosti, které odhaluje, a kroky, které musí podniknout energetické společnosti, regulační orgány a poskytovatelé technologií, aby zajistili, že síť bude držet krok s revolucí umělé inteligence.
Když OpenAI 30. listopadu 2022 spustila ChatGPT , odstartovala globální závod v oblasti umělé inteligence (AI). Schopnost chatbota generovat lidské reakce a řešit složité úkoly znamenala v oblasti AI zásadní skok. Donutila konkurenty, jako jsou Google, Meta a Anthropic, k urychlení vývoje vlastních velkých jazykových modelů (LLM).
Boom umělé inteligence však vyvíjí značný tlak na fyzickou infrastrukturu. Umělá inteligence způsobuje nárůst poptávky po elektřině, protože společnosti budují nová datová centra, aby zvládly stále intenzivnější výpočetní zátěž.
Tento článek se zaměřuje na Spojené státy a zkoumá předpokládaný nárůst poptávky po elektřině z datových center řízených umělou inteligencí, jeho dopad na elektrickou síť a důvody, proč musí energetické společnosti a regulační orgány naléhavě modernizovat síť, aby s touto transformací držely krok.
Jak umělá inteligence mění poptávku po elektřině v USA
Umělá inteligence se rychle stala jednou z nejvýznamnějších inovací 21. století. Podle Mezinárodní energetické agentury (IEA) dosáhly velké jazykové modely, jako je ChatGPT, ve Spojených státech během dvou let 40% míry přijetí. Toto tempo překonává raný růst internetu i osobních počítačů (graf 1).
Graf 1: Zavádění generativní umělé inteligence překonává předchozí technologie na pracovišti
Během dvou let od komerčního uvedení dosáhla generativní umělé inteligence ve Spojených státech 40% míry přijetí.
Toto rychlé rozšíření má značné energetické náklady. Školení a provoz těchto modelů vyžaduje enormní výpočetní výkon, což zvyšuje tlak na datová centra a žene spotřebu elektřiny na rekordní úroveň. Hlavním faktorem tohoto trendu je přechod od tradičních serverů založených na CPU k systémům poháněným GPU. GPU, ačkoli jsou méně energeticky účinné než specializované čipy, dnes dominují v úlohách umělé inteligence díky své síle v paralelním zpracování.
Jeden odhad ukazuje, že jeden dotaz ChatGPT spotřebuje téměř desetkrát více elektřiny než typické vyhledávání na Googlu. To je zhruba ekvivalentní hodinovému svícení nízkowattové LED žárovky (graf 2).
Graf 2: Systém s umělou inteligencí spotřebovává více energie než standardní vyhledávání Google
S rozšiřováním infrastruktury GPU prudce vzrostla spotřeba energie v datových centrech ve Spojených státech. Vzrostla ze 176 terawatthodin v roce 2018, což představuje přibližně 1,9 procenta celostátní spotřeby elektřiny, na více než 4,4 procenta v roce 2023. Ministerstvo energetiky předpokládá, že by tento podíl mohl v nadcházejících letech výrazně vzrůst a dosáhnout až 12 procent (graf 3).
Graf 3: Spotřeba elektřiny v datových centrech v USA prudce roste s růstem umělé inteligence
Poptávka po elektřině z datových center by mohla do roku 2028 dosáhnout až 12 procent celkové spotřeby elektřiny v USA.
Pro srovnání, předpokládaný nárůst spotřeby elektřiny v datových centrech v USA mezi lety 2023 a 2028 převyšuje celkovou spotřebu elektřiny ve Spojeném království v roce 2023, která obsluhovala přibližně 28 milionů domácností .
S rostoucí poptávkou po elektřině se stabilita americké sítě stává ústředním problémem pro energetické společnosti, regulační orgány a odvětví datových center.
Mřížka pod napětím
Většina Američanů provozuje své spotřebiče, aniž by příliš přemýšlela o elektřině, která je za nimi spojena. V některých částech země se však toto napájení stává méně spolehlivým.
S rozšiřováním datových center s umělou inteligencí se nejen zvyšuje poptávka po elektřině, ale také narušuje tok energie v místních sítích. V oblastech s hustými klastry energeticky náročných serverů jsou výkyvy napětí stále častější.
Podle analýzy agentury Bloomberg ukazují data ze senzorů z více než 700 000 domácností jasný vzorec klesající kvality energie v blízkosti rychle rostoucích center umělé inteligence. Nejzávažnější narušení byla zaznamenána do 32 kilometrů od hlavních klastrů datových center (graf 4).
Graf 4: Huby datových center s umělou inteligencí jsou spojeny s klesající kvalitou energie
Data ze senzorů odhalují vážné zkreslení napájení v okruhu 32 kilometrů od rychle rostoucí infrastruktury umělé inteligence v USA.
Analýza dat ze senzorů provedená agenturou Bloomberg zjistila, že v průměrném americkém okrese zaznamenalo přibližně 1,7 procenta senzorů alespoň jeden měsíční údaj nad 8% prahovou hodnotou pro negativní harmonické. V okrese Loudoun, kde se nachází většina datových center severní Virginie, bylo toto číslo více než čtyřikrát vyšší.
V sousedním okrese Prince William, kde byla nedávno přidána významná nová datová centra, vykazovalo přibližně 6 procent z 1100 rezidenčních senzorů nadměrné harmonické zkreslení. Téměř všechny tyto údaje pocházely z domů nacházejících se do sedmi mil od hlavních datových center. Dvě desítky senzorů zaznamenaly dvojciferné úrovně, přičemž některé dosáhly až 12,9 procenta.
Graf 6: Kvalita energie zůstává stabilní i dále od datových center s umělou inteligencí
Okres York ve Virginii vykazuje konzistentně nízké harmonické zkreslení, hluboko pod prahovou hodnotou 3 %, bez jakékoli aktivity v blízkém datovém centru.
Kromě obav o kvalitu energie představují datová centra také rostoucí riziko pro stabilitu sítě. Standardním bezpečnostním prvkem v odvětví datových center je odpojení od sítě a přepnutí na místní generátory, když napětí nebo frekvence klesnou mimo povolené prahové hodnoty. To chrání citlivá zařízení před poškozením. Když se však odpojí více zařízení najednou, dochází k náhlému poklesu poptávky a do systému se uvolní nárůst přebytečné elektřiny. Tato nerovnováha může destabilizovat síť a zvýšit riziko výpadků.
Očekává se, že hrozba bude růst s tím, jak bude do sítě zaváděno stále více datových center . Severoamerická korporace pro spolehlivost elektrické sítě (North American Electric Reliability Corporation), federální agentura odpovědná za spolehlivost sítě, ve svém hodnocení dlouhodobé spolehlivosti z roku 2024 varovala, že rychlý růst velkých datových center představuje nové riziko pro stabilitu sítě. Obavy se soustředí na to, jak se tato zařízení chovají během poruch, zejména na automatické odpojení velkých zátěží, což může způsobit vážné provozní problémy.
S urychlujícím se rozvojem datových center roste i naléhavost zajistit, aby se síť dokázala přizpůsobit. Dopravci začínají bičovat poplach. Mnoho regionů nyní čelí dvojí výzvě: uspokojit historický nárůst poptávky po elektřině a zároveň stabilizovat infrastrukturu, která ji dodává.
Modernizace sítě
Řešení výzvy rostoucí poptávky po elektřině z datových center a klesající spolehlivosti sítě vyžaduje inteligentnější a odolnější elektrickou síť, která dokáže integrovat více obnovitelných zdrojů energie. Musí být schopna zvládat rychlé změny zátěže, detekovat zátěž v reálném čase a reagovat dříve, než se narušení rozšíří.
Velká část amerického systému, zejména na úrovni distribuce, však stále běží na stárnoucí infrastruktuře. Zatímco investice do obnovitelných zdrojů energie prudce vzrostly, výdaje na modernizaci sítě zaostávají. Ve zprávě z roku 2023 s názvem Elektrické sítě a bezpečná energetická transformace Mezinárodní energetická agentura zjistila, že více než 90 procent přerušení dodávek energie ve Spojených státech má původ v distribuční síti.
Americké energetické společnosti začaly s novým pocitem naléhavosti investovat do rozvodné sítě. Mezi oznámeními pro rok 2025 patří:
Společnost Ameren Missouri předložila Komisi pro veřejné služby státu Missouri pětiletý investiční plán ve výši 12,4 miliardy USD na modernizaci infrastruktury a zvýšení spolehlivosti a flexibility sítě.
Distribuční systémy, které dodávají energii přímo koncovým uživatelům, byly v posledních dvou desetiletích hlavním tahounem kapitálových výdajů do energetických společností. Od roku 2003 do roku 2023 vzrostly investice do distribuční infrastruktury o 31,4 miliardy USD, což představuje nárůst o 160 procent. Více než pětina tohoto růstu připadla na jediný rok. Mezi lety 2022 a 2023 vzrostly výdaje o 6,5 miliardy USD na celkem 50,9 miliardy USD, což bylo způsobeno převážně výměnou a modernizací stárnoucích zařízení (graf 7).
Graf 7: Roční přírůstky kapitálu v USA podle odvětví
Technologické společnosti se také zapojují. Společnosti jako Corinex s technologiemi pro vylepšení sítě spolupracují s energetickými společnostmi na digitalizaci nízkonapěťové distribuční sítě pomocí technologie širokopásmového přenosu energie přes elektrické vedení. Tyto systémy poskytují data o napětí, harmonických a tocích energie v reálném čase, což pomáhá provozovatelům včas odhalit zátěž a efektivněji reagovat. Zlepšením viditelnosti a flexibility na místní úrovni naše nástroje pomáhají energetickým společnostem řídit širší dopady velkých zátěží, jako jsou datová centra.
Modernizace infrastruktury je však pouze částí řešení. Plánovači sítí a regulátoři zkoumají nové standardy propojení pro velké zátěže se zaměřením na umístění, koordinaci při poruchách a lepší komunikaci mezi datovými centry a energetickými společnostmi.
Závěr
Umělá inteligence už není jen technologickým průlomem. Její vzestup klade reálné, rostoucí nároky na americkou elektrickou síť. Datová centra, dříve vnímána pouze jako zařízení pro zpracování informací, jsou nyní velkými spotřebiteli energie, kteří mění způsob výroby, distribuce a správy elektřiny.
Dopravci, regulátoři a poskytovatelé technologií začínají reagovat, ale tempo zavádění umělé inteligence se zrychluje rychleji než schopnost sítě se přizpůsobit. Bez koordinovaného plánování a trvalých investic se zátěž na energetické systémy jen prohloubí.
Budoucnost umělé inteligence závisí na spolehlivosti systémů, které ji podporují. Budování takové budoucnosti bude vyžadovat stejně pokročilou a adaptivní síť jako technologie, kterou má pohánět.
O autorovi
Colin Tang je vedoucím pracovníkem pro investice ve společnosti Corinex, kde využívá své rozsáhlé zkušenosti v oblasti financí k řízení investiční strategie a výkonnosti portfolia společnosti. Díky prokazatelným zkušenostem s identifikací a využíváním investičních příležitostí hraje Colin klíčovou roli při podpoře finančních cílů a růstu společnosti Corinex.
Kontaktujte nás a vyžádejte si přístup k datům a analýzám uvedeným v našem článku nebo zjistěte, jak řešení společnosti Corinex umožňují digitalizaci rozvodné sítě a řeší její omezení.
Zůstaňte ve hře o energii napřed! Přihlaste se k odběru našeho zpravodaje CoriNEXT a dostávejte přímo do své e-mailové schránky nejnovější trendy týkající se viditelnosti a flexibility sítě, aktualizace politiky, odborné tipy a příležitosti k workshopům.
Zůstaňte ve hře o energii napřed! Přihlaste se k odběru našeho zpravodaje CoriNEXT a dostávejte přímo do své e-mailové schránky nejnovější trendy týkající se viditelnosti a flexibility sítě, aktualizace politik, odborné tipy a nadcházející akce a semináře.
