La flexibilidad de los centros de datos —la capacidad de trasladar las cargas de trabajo a diferentes horas del día cuando la generación de energía renovable es alta o los precios son bajos— es una forma de abordar el aumento del consumo energético. Un nuevo estudio revela que la flexibilidad siempre reduce los costos. Sin embargo, los efectos ambientales dependen de la red eléctrica local, y la flexibilidad a veces incluso aumenta las emisiones. 

Los centros de datos en EE. UU. consumieron alrededor del  4,4% de toda la electricidad doméstica en 2023. El Departamento de Energía espera que esta cifra  aumente a entre el 7% y el 12% para 2030 .

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Cristóbal Knittel

Gran parte de este crecimiento en la demanda de electricidad de los centros de datos está siendo impulsado por la inteligencia artificial y la computación en la nube, segúnCristóbal Knittel,Profesor de Economía Aplicada en el MIT Sloan. «Estas tecnologías son transformadoras, pero también suponen una enorme presión sobre la red eléctrica», afirmó. «Esto plantea importantes interrogantes sobre cómo gestionamos la demanda y si nuestros sistemas eléctricos pueden mantener el ritmo de forma fiable y sostenible».

Junto con  Juan Senga y  Shen Wang , investigadores postdoctorales del Centro de Investigación de Políticas Energéticas y Ambientales del MIT, Knittel analizó cómo la flexibilidad operativa en los centros de datos afecta los costos y las emisiones . Descubrieron que la flexibilidad para trasladar la carga de trabajo a diferentes horas del día, cuando la generación de energía renovable es alta o los precios son bajos, siempre reduce los costos. Sin embargo, los efectos ambientales dependen de la combinación generacional de la red local, y en ocasiones la flexibilidad incluso aumenta las emisiones.

La flexibilidad reduce costes pero no necesariamente emisiones

Los investigadores ejecutaron un modelo que comparó tres redes energéticas regionales (la red de Texas, la red del Atlántico Medio y la Interconexión Occidental), que juntas se proyecta que gestionarán más del 80% de la demanda de los centros de datos para 2030. Midieron los efectos económicos y ambientales de dos factores: hasta qué punto un centro puede trasladar la carga de trabajo en un período de 24 horas y qué fracción del trabajo se puede trasladar.

Descubrieron que las cargas de trabajo flexibles generan ahorros de costos universalmente en comparación con las redes que no las admiten , con reducciones que van desde aproximadamente el 2 % en la Interconexión Occidental hasta el 5 % en la red de Texas. El ahorro de costos puede aumentar a medida que aumenta la proporción de trabajo flexible, aunque este enfoque tiene rendimientos decrecientes.

“Al principio, es muy fácil trasladar la carga a horarios con la generación de energía más barata, así que hay mucho dinero en juego”, dijo Senga. “Pero a medida que se agotan esas opciones iniciales y económicas, se hace más difícil obtener beneficios”.

En el ámbito medioambiental, la flexibilidad puede impulsar la inversión en infraestructura renovable: cuando la demanda se desplaza hacia las horas del día en que las energías renovables están activas, el valor de dicha infraestructura aumenta. En concreto, los investigadores demostraron que la flexibilidad puede impulsar la inversión en energía solar en la región del Atlántico Medio y la Interconexión Occidental, a la vez que impulsa la inversión en energía eólica en Texas. (Estas diferencias dependen de la abundancia relativa de viento y sol en cada región).

Sin embargo, la flexibilidad no siempre genera reducciones de emisiones . En Texas, donde la energía eólica y solar constituyen aproximadamente la mitad de la matriz energética proyectada de la red, los investigadores descubrieron que las cargas de trabajo flexibles generaron reducciones de emisiones de hasta un 40 %. En las otras dos regiones, donde el carbón y el gas representan una mayor proporción de la red, las operaciones flexibles generaron un aumento de las emisiones de hasta un 3 %.

“Esto se debe a que nuestro modelo optimiza los costos, es decir, la cantidad de inversiones realizadas y el costo de operar diferentes tipos de generadores, ya sean renovables, plantas de gas natural, plantas de carbón, plantas nucleares, etc.”, explicó Senga. “Por lo tanto, si bien en algunos casos resulta rentable trasladar la demanda de los centros de datos a las renovables, en ocasiones este cambio de demanda recurre a plantas de combustibles fósiles de carga base más estables. Esto depende simplemente de la economía subyacente de la generación renovable y fósil”.

Incorpore flexibilidad desde el primer día

Esta investigación implica que las empresas que se dedican a la construcción de centros de datos deberían diseñar con flexibilidad desde el principio, ya que es un camino garantizado hacia el ahorro. 

Algunos tipos de trabajo son inherentemente más flexibles que otros; por ejemplo, el entrenamiento de modelos de IA se puede adaptar con mayor facilidad que la gestión de consultas de IA. Por ello, el diseño flexible de centros de datos puede implicar un equilibrio coordinado de los procesos entre ellos para maximizar la flexibilidad en cada ubicación, considerando el tipo de trabajo que realiza.

Para las empresas que también persiguen objetivos de reducción de emisiones, la flexibilidad es esencial, pero insuficiente por sí sola. La combinación de fuentes regionales de generación de electricidad y sus factores económicos subyacentes determinarán en última instancia si la flexibilidad genera beneficios ambientales.

“No tenemos una cifra exacta, pero según nuestros resultados numéricos simulados, necesitábamos alrededor del 50 % de penetración de energías renovables para ver estas emisiones más bajas”, afirmó Wang. “Si se está por debajo de ese valor, la generación fósil es el sistema dominante y las emisiones podrían aumentar, incluso con mayor flexibilidad”.

Dado que se proyecta que los centros de datos consumirán un porcentaje creciente de electricidad en los próximos años, las empresas y los estados podrían beneficiarse de la colaboración para gestionar la demanda, escriben los investigadores. Si se coordina adecuadamente, la flexibilidad puede fomentar el uso y la inversión en energías renovables, reduciendo las emisiones y ofreciendo ahorros significativos a los operadores de centros de datos. Sin embargo, este resultado no se conseguirá por sí solo.

“La lección aquí es que la flexibilidad debe integrarse en las operaciones de los centros de datos desde el principio, y debe ir acompañada de un sólido apoyo político a las energías limpias”, afirmó Knittel. “Si las empresas y los legisladores trabajan juntos, la flexibilidad puede reducir costos y también acelerar la inversión en energías renovables. Pero sin esa coordinación, corremos el riesgo de inmovilizar más generación de combustibles fósiles en lugar de avanzar hacia una infraestructura más ecológica”.

Lea el documento: Centros de datos flexibles y la red: ¿menores costos, mayores emisiones?

Este artículo se basa en la investigación de Christopher Knittel, Juan Senga y Shen Wang. Christopher Knittel  es decano asociado de clima y sostenibilidad y profesor George P. Shultz de Economía Energética en MIT Sloan. También es director del Centro de Política Climática del MIT y del Centro de Investigación de Políticas Energéticas y Ambientales. Su investigación se centra en la organización industrial, la economía ambiental y la econometría aplicada. Juan Senga  es investigador postdoctoral asociado en MIT CEEPR y en el Centro de Política Climática del MIT. Su trabajo se centra en la modelización cuantitativa y el análisis económico de proyectos relacionados con la transición energética. Shen Wang es investigador postdoctoral asociado en MIT CEEPR. Su trabajo se centra en la planificación de recursos energéticos, el diseño del mercado eléctrico y las políticas ambientales y energéticas asociadas con la transición energética.