من المتوقع أن يتجاوز العجز في إمدادات الكهرباء لمراكز البيانات الأمريكية 50 جيجاواط بحلول عام 2030

أخبار ar.wedoany.com، يتجاوز معدل نمو استهلاك الكهرباء المرتبط بالذكاء الاصطناعي (AI) قدرة نظام الطاقة العالمي على تلبية هذا الطلب. ويرى فيتوريو بييرانجيلي، نائب الرئيس الأول لقطاع الطاقة في شركة رولز-رويس لأنظمة الطاقة (Rolls-Royce Power Systems)، أن الكهرباء في عصر الذكاء الاصطناعي أصبحت أكثر حسماً من الرقائق أو الخوارزميات (انظر الشكل 1). ومع تسارع انتشار الذكاء الاصطناعي عالمياً، فإنه يصطدم بنظام كهربائي لم يُصمَّم لمستوى الطلب الذي يتطلبه هذا الانتشار.

يمكن استيعاب سرعة توسع الذكاء الاصطناعي من خلال مقارنة زمنية. ففي عام 2018، بيعت الصورة المولّدة بالذكاء الاصطناعي "إدمون دو بيلامي" (Edmond de Belamy) في مزاد كريستيز بمبلغ 432,500 دولار أمريكي، وكانت بيانات تدريبها لا تتجاوز 5 إلى 7 جيجابايت تقريباً. أما اليوم، فيتم توليد حوالي 43 مليون صورة بالذكاء الاصطناعي يومياً، وتستند النماذج التي تدعم هذه الصور إلى تدريب على مليارات نقاط البيانات، ويبلغ الحمل الحاسوبي لها حوالي 100 ألف ضعف الحمل الحاسوبي لتلك التجربة الفنية آنذاك. ويُعد توليد الصور مجرد شريحة واحدة من اندماج الذكاء الاصطناعي في الحياة اليومية.

على صعيد استهلاك الكهرباء، يستهلك استعلام واحد عبر ChatGPT طاقة تتراوح بين 10 إلى 100 ضعف ما تستهلكه عملية بحث واحدة عادية عبر جوجل، وذلك اعتماداً على درجة تعقيد الصياغة. وقد ارتفع استهلاك الطاقة لرفوف خوادم الذكاء الاصطناعي في مراكز البيانات من حوالي 10 كيلوواط لكل رف قبل خمس سنوات إلى 100 إلى 120 كيلوواط لكل رف حالياً.

ويشير بييرانجيلي إلى أن الإغلاق التدريجي لمحطات الطاقة التي تعمل بالفحم التقليدي، والتقطع في إنتاج الطاقة المتجددة، وتصاعد التوترات الجيوسياسية التي تزيد الضغوط على أمن الطاقة، والتقلبات الحادة المتزايدة في منحنيات الأحمال لمراكز بيانات الذكاء الاصطناعي، كلها عوامل تؤدي إلى تفاقم الضغوط على موثوقية إمدادات الكهرباء مع تضافر الطلب المتصاعد مع القيود على جانب العرض.

وتشير التوقعات إلى أن سوق توليد الكهرباء بأكمله سيشهد نمواً يقترب من ثلاثة أضعاف حجمه الحالي بين عامي 2025 و2030، وتُعد مراكز البيانات المحرك الرئيسي لهذا النمو. فمن ناحية، يتوسع قطاع طاقة الاحتياط بنحو 22% سنوياً، كما ينمو الطلب على إمدادات الطاقة المستمرة بنسبة 24% سنوياً، غير أن قدرات العرض لا تواكب هذا النمو.

ويقدم بييرانجيلي مجموعة من البيانات المقارنة: فمن المتوقع أن يتجاوز العجز التراكمي في قدرة إمداد الشبكة الأمريكية لمراكز البيانات الطلب بأكثر من 50 جيجاواط بحلول عام 2030؛ وبينما يمكن إنشاء مركز بيانات في غضون 18 إلى 24 شهراً، يستغرق الحصول على ربط بالشبكة من ثلاث إلى سبع سنوات. وفي مطلع عام 2026، أعلن مشغلو مراكز البيانات فائقة الحجم عن قفزة تتجاوز 50% في إنفاقهم الرأسمالي على مراكز البيانات، في حين لم تواكب قطاعات المرافق العامة هذا الإيقاع.

إن القيود المتزايدة على الشبكة، إلى جانب المعارضة العامة لاستهلاك مراكز البيانات للكهرباء، حوّلت توليد الكهرباء في الموقع من خيار إضافي إلى ضرورة ملحّة. ويقوم عدد متزايد من المطورين بإدراج محطات توليد مستقلة في تصاميم مراكز البيانات الجديدة، أي نهج "الطاقة الذاتية" (BYOP)، حيث يقوم المشروع بتوليد الطاقة التي يحتاجها بنفسه إلى حين توفر سعة الشبكة أو مصادر طاقة جديدة مثل الطاقة النووية.

وتفتح هذه الفجوة المجال أمام مجموعة من الحلول، بما في ذلك مجموعات مولدات الغاز من سلسلة mtu من رولز-رويس على المدى القصير (انظر الشكل 2)، والمفاعلات النمطية الصغيرة (SMR) على المدى الأبعد.

يمكن نشر مجموعات مولدات الغاز من سلسلة mtu خلف عدّاد مركز البيانات، أو كجزء من محطة توليد مخصصة، لتوفير إمدادات الطاقة المستمرة. وتتميز هذه الأنظمة بفترات نشر قصيرة، ومرونة تشغيلية، وتصميم نمطي، مما يمنحها مزايا في الكفاءة وسرعة الوصول إلى السوق، وهو ما يجعلها جذابة لمشاريع مراكز البيانات الجديدة. وتتعزز هذه المزايا التشغيلية والتكلفية بشكل أكبر في مناطق مثل الولايات المتحدة التي تتوفر فيها موارد غاز طبيعي وفيرة وبنية تحتية متطورة لخطوط الأنابيب.

ولعل التحدي الأصعب في عصر الذكاء الاصطناعي لا يكمن في حجم الطلب على الكهرباء، بل في تقلب هذا الطلب. فصعوبات إدارة الكهرباء الناجمة عن أحمال تدريب نماذج الذكاء الاصطناعي هي تحديات لم تواجهها مراكز البيانات التقليدية من قبل. فعند تشغيل وحدات معالجة الرسومات (GPU) بشكل متزامن، تنشأ تقلبات حادة ومنتظمة في القدرة الكهربائية. وتُظهر الدراسات أن القدرة الفعلية داخل كتلة واحدة بسعة 50 ميجاواط في مركز بيانات للذكاء الاصطناعي يمكن أن تتقلب بمقدار ±20 ميجاواط خلال ثوانٍ معدودة، وهذه التقلبات تُشكّل ضغطاً على المحولات وقد تؤدي إلى اضطراب في الشبكة الكهربائية الأوسع.

ولمعالجة هذه المشكلات، يمكن لأنظمة تخزين الطاقة الحركية من سلسلة mtu Kinetic PowerPacks أن تعمل كوسيط استجابة سريعة في نظام الطاقة، حيث تعمل على تثبيت الجهد والتردد وتنعيم قمم القدرة. ويمكن لهذه الأنظمة الاستجابة الفورية لتغيرات الأحمال، وتوفير وظيفة إمداد الطاقة غير المنقطعة (UPS)، دون الحاجة إلى تكوين بطاريات إضافية.

وحتى مع الحصول على مصدر الطاقة الرئيسي عبر نهج "الطاقة الذاتية" أو من الشبكة، لا تزال مراكز البيانات بحاجة إلى خطة احتياطية آمنة ضد الأعطال. فوفقاً لمتطلبات شهادة Tier IV من معهد Uptime، يجب أن تحقق مراكز البيانات الحديثة نسبة توافر تبلغ 99.99%. ويضم أكثر من 25% من مراكز البيانات حول العالم مجموعات مولدات من سلسلة mtu 4000 (انظر الشكل 3) كمصدر طاقة احتياطي.

تُوصف مراكز البيانات بأنها الركيزة الخفية للحياة العصرية، ومصانع العصر الرقمي، والأماكن التي يُنتَج فيها الذكاء ويُقدَّم. وتتميز محفظة منتجات mtu بالطابع النمطي وقابلية التوسع ومرونة الوقود، مما يمكنها من مواكبة احتياجات مشغلي مراكز البيانات الحالية والمستقبلية على حد سواء.