KI způsobuje výkyv proudu v datovém centru. Síť však ještě není připravena
Rychlý rozmach umělé inteligence, poháněný velkými jazykovými modely jako ChatGPT, vede k bezprecedentnímu nárůstu spotřeby elektřiny v datových centrech ve Spojených státech. Tato rostoucí energetická náročnost stále více zatěžuje stárnoucí elektrickou síť země, což má za následek zhoršující se kvalitu dodávek elektřiny, zvýšené riziko výpadků a nové výzvy pro infrastrukturu obytných budov. Vzhledem k tomu, že se zavádění umělé inteligence zrychluje, je naléhavě zapotřebí inteligentnější a odolnější elektrická síť. Tento článek zkoumá rozsah dopadů, související bezpečnostní mezery a opatření, která musí přijmout dodavatelé energií, regulační orgány a poskytovatelé technologií, aby zajistili, že síť bude schopna držet krok s revolucí v oblasti umělé inteligence.
Když společnost OpenAI 30. listopadu 2022 spustila ChatGPT, odstartovala tím celosvětový závod v oblasti umělé inteligence (AI). Schopnost tohoto chatbota generovat lidsky znějící odpovědi a zvládat složité úkoly znamenala velký skok vpřed v oblasti AI. To přimělo konkurenty jako Google, Meta a Anthropic k urychlení vývoje vlastních velkých jazykových modelů (LLM).
Rozmach umělé inteligence však vyvíjí značný tlak na fyzickou infrastrukturu. Umělá inteligence způsobuje nárůst spotřeby elektřiny, protože firmy budují nová datová centra, aby zvládly stále náročnější výpočetní zátěž.
Tento článek se zaměřuje na Spojené státy a zabývá se předpokládaným nárůstem spotřeby elektřiny v datových centrech využívajících umělou inteligenci, jeho dopady na elektrickou síť a tím, proč musí energetické společnosti a regulační orgány síť naléhavě modernizovat, aby s touto transformací udržely krok.
Jak umělá inteligence mění poptávku po elektřině v USA
KI 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 míry přijetí ve výši 40 procent. Toto tempo převyšuje počáteční růst jak internetu, tak osobních počítačů (obrázek 1).
Obrázek 1: Zavádění generativní umělé inteligence předčí dřívější technologie v oblasti pracovních míst
Během dvou let od uvedení na trh dosáhla generativní umělá inteligence v USA míry přijetí 40 procent
Tento rychlý výpočet je spojen se značnými náklady na energii. Trénování a provoz těchto modelů vyžadují enormní výpočetní výkon, což zvyšuje tlak na datová centra a žene spotřebu elektřiny na rekordní hodnoty. Důležitým faktorem tohoto trendu je přechod od konvenčních serverů založených na CPU k systémům poháněným GPU. GPU jsou sice méně energeticky účinná než specializované čipy, ale díky své síle v paralelním zpracování dnes dominují v úlohách umělé inteligence.
Podle jednoho odhadu spotřebuje jeden dotaz v ChatGPT téměř desetkrát více elektřiny než běžné vyhledávání na Googlu. To odpovídá přibližně hodinovému provozu LED žárovky s nízkým příkonem (graf 2).
Obrázek 2: Systém využívající umělou inteligenci spotřebovává více energie než běžné vyhledávání na Googlu
S rozšiřováním infrastruktury grafických procesorů (GPU) výrazně vzrostla spotřeba energie datových center ve Spojených státech. Z 176 terawatthodin v roce 2018, což představovalo přibližně 1,9 procenta celostátní spotřeby elektřiny, vzrostla na více než 4,4 procenta v roce 2023. Ministerstvo energetiky předpokládá, že tento podíl by mohl výrazně vzrůst a v příštích letech dokonce dosáhnout 12 procent (obrázek 3).
Obrázek 3: Spotřeba elektřiny v datových centrech v USA roste s rozvojem umělé inteligence
Spotřeba elektřiny datových center by do roku 2028 mohla dosáhnout až 12 procent celkové spotřeby elektřiny v USA
Abychom tento nárůst zasadili do kontextu: Předpokládaný nárůst spotřeby elektřiny datovými centry v USA v letech 2023 až 2028 převýší celkovou spotřebu elektřiny ve Spojeném království v roce 2023, což odpovídá přibližně 28 milionům domácností.
Vzhledem k tomu, že poptávka po elektřině roste stále rychlejším tempem, stává se stabilita americké rozvodné sítě klíčovou otázkou pro energetické společnosti, regulační orgány i odvětví datových center.
Síť pod tlakem
Většina Američanů používá své spotřebiče, aniž by příliš přemýšlela o tom, jak funguje dodávka elektřiny. V některých částech země je však tato dodávka stále méně spolehlivá.
Rozšiřováním datových center využívajících umělou inteligenci nejen zvyšují spotřebu elektřiny, ale také narušují tok elektřiny v místních sítích. V oblastech s hustou koncentrací energeticky náročných serverů dochází stále častěji k výkyvům napětí.
Podle analýzy agentury Bloomberg ukazují údaje ze senzorů z více než 700 000 domácností jasný trend zhoršování kvality elektřiny v okolí rychle rostoucích center umělé inteligence. Nejvýraznější výkyvy byly zaznamenány v okruhu 20 mil od hlavních klastrů datových center (graf 4).
Obrázek 4: Uzly datových center s umělou inteligencí jsou spojeny s klesající kvalitou elektrické energie
Údaje ze senzorů ukazují závažné výkyvy ve výkonu v okruhu 20 mil od rychle se rozvíjející infrastruktury umělé inteligence v USA
Analýza dat ze senzorů provedená agenturou Bloomberg zjistila, že v průměrném okrese v USA zaznamenalo přibližně 1,7 procenta senzorů alespoň jednu měsíční hodnotu přesahující prahovou hodnotu 8 procent pro špatné harmonické. V okrese Loudoun, kde se nachází většina datových center v severní Virginii, bylo toto číslo více než čtyřikrát vyšší.
V sousedním okrese Prince William, kde nedávno došlo k výraznému rozšíření kapacit datových center, vykazovalo přibližně 6 procent z 1 100 senzorů v obytných budovách nadměrné harmonické zkreslení. Téměř všechny tyto naměřené hodnoty pocházely z domů, které se nacházely v okruhu 11 kilometrů od hlavních lokalit datových center. Dvě desítky senzorů zaznamenaly dvouciferné hodnoty, některé dokonce dosáhly 12,9 procenta.
Obrázek 6: Kvalita elektrické energie zůstává stabilní i ve větší vzdálenosti od datových center s umělou inteligencí
Okres York ve státě Virginie vykazuje trvale nízké harmonické zkreslení, které je výrazně pod hranicí 3 %, a to i přesto, že v jeho blízkosti není v provozu žádné datové centrum.
Kromě obav ohledně kvality elektrické energie představují datová centra také rostoucí riziko pro stabilitu sítě. Standardním bezpečnostním opatřením v odvětví datových center je odpojení od elektrické sítě a přepnutí na vlastní generátory, pokud hodnoty napětí nebo frekvence překročí povolené prahové hodnoty. To chrání citlivá zařízení před poškozením. Pokud se však odpojí více zařízení současně, dojde k náhlému poklesu poptávky, čímž se do systému dostane nadměrné množství přebytečné elektřiny. Tato nerovnováha může destabilizovat síť a zvýšit riziko výpadků.
S rostoucím tempem rozvoje datových center se zvyšuje i naléhavost zajištění toho, aby se síť dokázala přizpůsobit. Energetické společnosti začínají vydávat varování. Mnohé regiony dnes čelí dvojí výzvě: musí pokrýt historický nárůst poptávky po elektřině a zároveň stabilizovat infrastrukturu, která tuto elektřinu dodává.
Modernizace sítě
Abychom mohli čelit výzvě v podobě rostoucí spotřeby elektřiny datových center a klesající spolehlivosti rozvodné sítě, je zapotřebí inteligentnější a odolnější rozvodná síť, která dokáže lépe začlenit obnovitelné zdroje energie. Musí být schopna zvládat rychlé změny zatížení, rozpoznávat přetížení v reálném čase a reagovat na ně dříve, než se poruchy rozšíří.
Přesto však velká část amerického systému, zejména na úrovni distribuce, stále funguje na zastaralé infrastruktuře. Zatímco investice do obnovitelných zdrojů energie prudce vzrostly, výdaje na rozšiřování sítí zaostávají. Ve zprávě z roku 2023 s názvem „Elektrické sítě a bezpečná energetická transformace“Mezinárodní energetická agentura uvádí, že více než 90 procent výpadků dodávek elektřiny ve Spojených státech je způsobeno distribuční sítí.
Americké energetické společnosti začaly s novým pocitem naléhavosti investovat do elektrické sítě. Mezi oznámeními pro rok 2025 jsou:
Distribuční soustavy, které dodávají elektřinu přímo konečným spotřebitelům, byly v posledních dvou desetiletích hlavním důvodem investičních výdajů energetických společností. V letech 2003 až 2023 vzrostly investice do distribuční infrastruktury o 31,4 miliardy amerických dolarů, což představuje nárůst o 160 procent. Více než pětina tohoto růstu byla zaznamenána v jediném roce. Mezi lety 2022 a 2023 vzrostly výdaje o 6,5 miliardy amerických dolarů na celkových 50,9 miliardy amerických dolarů, což bylo způsobeno především výměnou a modernizací zastaralých zařízení (obrázek 7).
Graf 7: Roční kapitálové vklady v USA podle odvětví
Do hry vstupují také technologické společnosti. Firmy jako Corinex, které se zabývají technologiemi pro vylepšení elektrické sítě, spolupracují s energetickými společnostmi na digitalizaci nízkonapěťové distribuční sítě pomocí technologie přenosu širokopásmového připojení po elektrickém vedení. Tyto systémy poskytují data o napětí, harmonických a toku energie v reálném čase, což operátorům pomáhá včas rozpoznat přetížení a efektivněji na něj reagovat. Naše nástroje zlepšují přehlednost a flexibilitu na místní úrovni a pomáhají dodavatelům energie zvládat širší dopady velkých zátěží na přední straně sítě, jako jsou například datová centra.
Modernizace infrastruktury je však pouze částí řešení. Projektanti sítí a regulační orgány v současné době zkoumají nové standardy pro připojení velkých odběratelů, přičemž se zaměřují zejména na lokalizaci, koordinaci při poruchách a lepší komunikaci mezi datovými centry a dodavateli energie.
Závěr
Umělá inteligence již není pouhým technologickým průlomem. Její rozmach klade na americkou elektrickou síť reálné a stále rostoucí nároky. Datová centra, která byla kdysi považována pouze za zařízení sloužící ke zpracování informací, jsou dnes velkými odběrateli elektřiny, kteří mění způsob, jakým se elektřina vyrábí, distribuuje a spravuje.
Energetické společnosti, regulační orgány a dodavatelé technologií začínají reagovat, avšak tempo zavádění umělé inteligence roste rychleji, než jak se síť dokáže přizpůsobit. Bez koordinovaného plánování a udržitelných investic se zátěž energetických systémů bude jen dále zvyšovat.
Budoucnost umělé inteligence závisí na spolehlivosti systémů, které ji podporují. Vybudování této budoucnosti vyžaduje síť, která bude stejně pokročilá a přizpůsobivá jako technologie, kterou bude pravděpodobně napájet.
O autorovi
Colin Tang je vedoucím investičním manažerem ve společnosti Corinex, kde využívá své rozsáhlé zkušenosti z finančního sektoru k rozvoji investiční strategie a zlepšování výkonnosti portfolia společnosti. Díky svým prokázaným úspěchům v oblasti vyhledávání a využívání investičních příležitostí hraje Colin klíčovou roli při podpoře finančních cílů a růstu společnosti Corinex.
Kontaktujte nás a požádejte o přístup k údajům a analýzám uvedeným v našem článku, nebo se dozvíte, jak řešení společnosti Corinex umožňují digitalizaci sítí a řeší problémy s omezením kapacity sítí.
Udržte si náskok v energetickém sektoru! Přihlaste se k odběru našeho zpravodaje CorinExt a získejte nejnovější informace o trendech v oblasti viditelnosti v síti a flexibility, aktuální směrnice, rady odborníků a nabídky workshopů – přímo do vaší e-mailové schránky.
Přihlaste se k odběru novinek od Corinextu a získejte nejnovější informace o viditelnosti sítí, flexibilitě, odborných znalostech, workshopech a budoucnosti modernizace sítí.
