افزایش بهره وری انرژی تجدیدپذیر محبوس: راهکاری نوین برای پایداری مراکز داده

آزادسازی ظرفیت انرژی تجدیدپذیر محبوس

در سراسر جهان، منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی بادی و خورشیدی با سرعت بی‌سابقه‌ای در حال گسترش هستند و برق پاک بیشتری را به شبکه‌های برق تزریق می‌کنند. با این حال، بخش قابل‌توجهی از این انرژی سبز هرگز به دست مصرف‌کنندگان نمی‌رسد. این انرژی تحت عنوان «انرژی تجدیدپذیر محبوس» باقی می‌ماند—یعنی تولید شده اما به دلیل محدودیت‌های انتقال یا عدم توازن میان تولید و تقاضای محلی، استفاده نمی‌شود. اکنون، با افزایش تقاضا برای مراکز داده، به‌ویژه با توجه به رشد هوش مصنوعی و رایانش ابری، شرکت‌های نوآورانه این منبع هدررفته را به محرکی برای رشد پایدار تبدیل کرده‌اند.

انرژی تجدیدپذیر محبوس چیست؟

انرژی تجدیدپذیر محبوس به برق تولیدشده توسط منابعی مانند توربین‌های بادی یا پنل‌های خورشیدی اطلاق می‌شود که به دلیل محدودیت‌های عملیاتی، زیرساخت ناکافی یا نبود تقاضا در نزدیکی محل تولید، توانایی تزریق به شبکه را ندارد. در بازه‌هایی که منابع تجدیدپذیر فراوان هستند—مثلاً در روزهای آفتابی یا بادخیز—شبکه‌های برق اشباع می‌شوند. خطوط انتقال، که برخی از آن‌ها چند دهه قدمت دارند، قادر به انتقال این حجم از برق تولیدی به مصرف‌کنندگان نیستند، به ویژه در مناطق دورافتاده که نیروگاه‌های تجدیدپذیر احداث شده‌اند. در نتیجه، اپراتورهای شبکه اغلب ناچار می‌شوند از نیروگاه‌ها بخواهند تولید خود را کاهش دهند که این موضوع منجر به هدررفت گسترده انرژی پاک می‌شود.

بر اساس گزارش شرکت سولونا (Soluna)، توسعه‌دهنده پیشرو مراکز داده سبز، در برخی نقاط تا ۳۰ تا ۴۰ درصد برق تجدیدپذیر تولیدی قابل استفاده نمی‌شود. فقط در ایالات متحده، بررسی سولونا نشان داده است که در سال ۲۰۲۱ نزدیک به ۱۵ تراوات‌ساعت برق بادی و خورشیدی کاهش مصرف یافته است که این میزان معادل برق مورد نیاز بیش از یک میلیون خانه در طول یک سال است.

افزایش تقاضا برای مراکز داده پایدار و قابل اتکا

رشد شتابان هوش مصنوعی، تحلیل کلان‌داده و استخراج رمزارزها، نیاز به محاسبات پیشرفته و ذخیره‌سازی داده را به شدت افزایش داده است. مراکز داده، به عنوان زیرساخت اصلی خدمات ابری و پلتفرم‌های آنلاین، اکنون جزء سریع‌ترین مصرف‌کنندگان برق در جهان هستند. تحقیقات صنعتی کمیسیون شده توسط بلوم انرژی (Bloom Energy) نشان می‌دهد که تا سال ۲۰۳۰، بیش از یک‌سوم مراکز داده جدید به دنبال تامین برق مستقل خواهند بود و به سمت خوداتکایی و پایداری انرژی حرکت می‌کنند. این میزان تا سال ۲۰۳۵ می‌تواند به حدود نیمی از تاسیسات جهان برسد.

دسترسی به برق؛ عامل کلیدی تصمیم‌گیری مراکز داده

آمان جوشی، مدیر بازرگانی ارشد بلوم انرژی، توضیح می‌دهد: «شبکه فعلی پاسخگوی رشد سریع فناوری‌های مبتنی بر هوش مصنوعی نیست. اکنون دسترسی به برق پایدار، نقش اصلی را در انتخاب محل استقرار مراکز داده ایفا می‌کند.» با توجه به فاصله یک تا دو ساله بین تقاضای توسعه‌دهندگان و ارتقاهای شبکه، بسیاری از اپراتورها با خرید مستقیم انرژی تجدیدپذیر مازاد از پروژه‌هایی که مجبور به کاهش تولید هستند، از اتصال سنتی به شبکه عبور می‌کنند.

راهکار سولونا: تبدیل انرژی هدررفته به محاسبات پایدار

سولونا با محوریت آلبانی نیویورک، پیشگام بهره‌برداری از انرژی سبز محبوس است. مدیرعامل سولونا، جان بلیزایر، به این تناقض اشاره دارد که حتی در شرایط بادخیز، همه توربین‌ها فعال نیستند. «دلیل این موضوع نقص فنی نیست، بلکه به خاطر عدم ظرفیت شبکه برای انتقال این انرژی است.» راهکار سولونا، هم‌مکانی مراکز داده در کنار نیروگاه‌های بادی، خورشیدی و آبی است و از طریق قراردادهای خرید برق (PPA)، برق مازاد یا محبوس شده را مستقیماً خریداری می‌کند؛ انرژی‌ای که شبکه قادر به جذب آن نیست یا نیروگاه‌های تولیدکننده راهی برای فروش آن ندارند.

عملیات منعطف و مقاوم

در حالی که مراکز داده معمولاً نیازمند تامین برق پیوسته و قوی هستند، تاسیسات سولونا به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که مصرف «بار منعطف» داشته باشند: می‌توانند حجم محاسبات را هنگام وفور انرژی تجدیدپذیر افزایش دهند و در زمان اوج تقاضای شبکه کاهش دهند، در نتیجه مانند یک بافر نقش ثبات‌دهنده را در عرضه و تقاضای برق ایفا می‌کنند. به گفته بلیزایر: «ما تقریباً تبدیل به یک باتری شده‌ایم؛ پردازش داده‌ها گاه حتی از ذخیره‌سازهای فیزیکی موثرتر عمل می‌کند.»

نمونه‌های عملی و تاثیرات واقعی

پورتفوی سولونا شامل مراکزی در کنتاکی و تگزاس با ظرفیت بالای ۱۲۰ مگاوات است و برنامه‌های توسعه تا ۸۰۰ مگاوات دیگر نیز وجود دارد. در غرب تگزاس، جایی که حجم بالایی از انرژی بادی به‌علت ضعف خطوط انتقال استفاده نمی‌شود، مراکز داده سولونا در نزدیکی نیروگاه‌های تولید واقع شده‌اند تا مستقیماً از این برق استفاده کنند. شرکت‌هایی مانند IREN نیز با رویکرد مشابهی وارد عمل شده‌اند. IREN مرکز بسیار بزرگی با ظرفیت ۷.۵ گیگاوات در چیلدرس تگزاس و سایت ۱.۴ گیگاواتی در سوئیت‌واتر ساخته که برای استخراج رمزارز و هوش مصنوعی بهینه‌سازی شده‌اند. کنت درپر، مدیر اجرایی IREN، می‌گوید این شرکت از دوره‌های مازاد انرژی شبکه ایالتی استفاده می‌کند و هنگام اوج قیمت، کامپیوترهای پرمصرف را خاموش و در زمان وفور انرژی تجدیدپذیر فعالیت‌ها را به حداکثر می‌رساند.

چالش جهانی کاهش تولید انرژی تجدیدپذیر

این معضل محدود به ایالات متحده نیست. پدیده کاهش تولید نیروگاه‌های بادی و خورشیدی در نقاطی مانند کالیفرنیا، اوکلاهما، ایرلند شمالی، آلمان، پرتغال و استرالیا نیز رو به افزایش است. تنها در کالیفرنیا، اپراتور شبکه در سال ۲۰۲۴ بالغ بر ۳.۴ میلیون مگاوات ساعت انرژی تجدیدپذیر را کاهش داده است که ۲۹ درصد نسبت به سال قبل رشد داشته است. در سراسر جهان، هر جا پروژه‌های بزرگ انرژی پاک بدون زیرساخت انتقال کافی یا بار منعطف همراه باشد، پدیده برق محبوس اجتناب‌ناپذیر است.

نوآوری در تامین برق و قراردادهای انرژی

استراتژی سولونا در تامین مستقیم برق از پشت کنتور، امکان خرید برق تجدیدپذیر ارزان را فراهم کرده است. این شرکت برق را مستقیماً با نرخ ثابت و پایین از نیروگاه‌های تجدیدپذیر خریداری می‌کند—چراکه در غیر اینصورت این انرژی هدر می‌رود و قیمت‌ها رقابتی است. همچنین، سولونا می‌تواند برای برق قابل فروش به شبکه نیز هزینه پرداخت کند (انرژی «کاهشی»)، که به حفظ اقتصاد نیروگاه کمک خواهد کرد. در نهایت، خرید برق از خود شبکه نیز ممکن است، هرچند این کار موجب ترکیب برق تجدیدپذیر و فسیلی می‌گردد. امروزه قراردادهای ده‌ساله جای توافقات پنج‌ساله سابق را گرفته‌اند و ثبات بیشتری برای مراکز داده و تولیدکننده برق ایجاد می‌کنند.

ادغام فناوری؛ مراکز داده به عنوان تثبیت‌گر شبکه

ماهیت متناوب انرژی‌های تجدیدپذیر، مانند وابستگی به شرایط جوی، چالش‌هایی در پایداری شبکه ایجاد می‌کند. راه‌حل‌های سنتی چون توسعه خطوط انتقال یا ذخیره‌سازی عظیم باتری‌ها، همزمان پرهزینه و زمان‌بر هستند. مزیت مراکز داده منعطف در آن است که توان تعدیل بار بسیار بالایی دارند و می‌توانند به عنوان «باتری مجازی» عمل کنند؛ یعنی مازاد برق را جذب و در زمان تنگنای شبکه ظرفیت برق را آزاد کنند. این همکاری دو سویه، به توسعه انرژی‌های پاک و استحکام شبکه قدرت در مسیر گذار جهانی به انرژی پاک کمک خواهد کرد.

پیامدها و چشم‌انداز آینده

با تبدیل انرژی تجدیدپذیر بلااستفاده به پردازش دیجیتال مفید، صنعت مراکز داده الگویی قوی برای رشد صنعتی پایدار ارائه می‌دهد. بعضی مراکز داده مانند سولونا تا ۷۵ درصد برق خود را مستقیماً از منابع انرژی پاک تامین می‌کنند و در این زمینه پیشگام بهره‌وری و حفاظت زیست‌محیطی هستند. علاوه بر اینکه پیشرفت فناوری ذخیره‌ساز باتری و اصلاح سیاست‌های شبکه، راهکارهای تقاضای منعطف را حیاتی‌تر خواهد کرد تا بتوان با دو چالش «دی‌کربونیزاسیون» و تحول دیجیتال مقابله کرد.

فراتر از کاهش فوری کربن، این اقدامات ضامن استفاده کامل از سرمایه‌گذاری‌های تجدیدپذیر، منافع اقتصادی برای تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان و همچنین تقویت انرژی پاک به عنوان ستون فقرات اقتصاد دیجیتال آینده خواهد بود. بلیزایر می‌گوید: «در هر جایی که مقیاس انرژی تجدیدپذیر بزرگ شود، کاهش تولید و همچنین فرصت خلق ارزش از این طریق وجود خواهد داشت.»

جمع‌بندی

با تبدیل زیرساخت‌های داده به لازمه‌ای جدایی‌ناپذیر برای علم، کسب‌وکار و جامعه، مصرف انرژی آن‌ها باید به اندازه آرمان‌های فناورانه‌شان پایدار باشد. استفاده از برق بادی، خورشیدی و آبی محبوس، نه‌تنها هدررفت انرژی را می‌کاهد بلکه فاصله میان ظرفیت نظری انرژی تجدیدپذیر و کاربرد واقعی آن را پر می‌کند. راهبردهای نوآورانه نظیر اقدامات سولونا و شرکت‌های مشابه، مسیر معقولی را به سوی آینده‌ای دیجیتال مبتنی‌بر سامانه‌های انرژی پاک، منعطف و مقاوم ترسیم می‌کند و همزمان راهکار ارزشمندی برای یکی از مهم‌ترین چالش‌های گذار انرژی جهانی ارائه می‌نماید.