Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han analizado cómo los centros de datos en Estados Unidos pueden gestionar su consumo eléctrico para reducir costes del sistema sin agravar los picos de demanda, en un contexto de expansión impulsada por la inteligencia artificial. El estudio concluye que desplazar una parte relevante de la carga a horas valle puede rebajar el coste medio de la electricidad, aunque sus efectos sobre las emisiones dependen de la región y de la composición de la red.
El trabajo compara escenarios de consumo flexible e inflexible en Texas, la región del Atlántico Medio y el oeste de Estados Unidos. Según la modelización, la flexibilidad permitiría ahorros de hasta el 5% en Texas, el 4% en el Atlántico Medio y el 2% en los estados occidentales. Para alcanzar esos resultados, los centros de datos tendrían que trasladar más del 20% de su consumo, y en algunos casos cerca del 50%, a periodos de menor demanda.
Flexibilidad eléctrica en centros de datos y costes de red
La investigación, publicada en la revista iScience con el título ‘Flexible Data Centers Reduce Power System Costs But Can Increase Emissions’, ha sido elaborada por Juan Ramon L. Senga y Shen Wang, posdoctorales del Center for Energy and Environmental Policy Research del MIT, junto con Knittel, George P. Schultz Professor en MIT Sloan y decano asociado de clima y sostenibilidad del instituto.
Para llevar a cabo el análisis, los autores simularon durante un año distintos escenarios de expansión de centros de datos mediante el modelo Gen X de la red eléctrica estadounidense. Las tres áreas seleccionadas concentran la mayor parte de estas instalaciones en el país y, según una estimación citada en el estudio, podrían albergar alrededor del 82% de los centros de datos de Estados Unidos en 2030.
El estudio plantea un resultado aparentemente contraintuitivo: en determinados casos, sumar centros de datos a la red puede reducir el coste medio de la electricidad. La explicación reside en que cerca del 60% de los costes de red son fijos, como las líneas eléctricas, mientras que alrededor del 40% corresponde a costes de energía. Un mayor volumen de consumo puede repartir esos costes fijos entre más electricidad utilizada.
Ese efecto, sin embargo, solo aparece si el crecimiento del consumo medio supera al aumento del consumo en horas punta, cuando la electricidad es más cara. Los investigadores señalan que muchos centros de datos disponen de cierto margen operativo porque suelen funcionar en torno al 80% de su capacidad.
Impacto regional sobre renovables y emisiones
En los escenarios modelizados, la flexibilidad consiste con frecuencia en desplazar cargas desde los picos de primera hora de la mañana y primeras horas de la tarde hacia el mediodía, cuando la demanda total es menor y la generación solar se encuentra en niveles elevados. La capacidad de ajuste depende de dos variables: qué proporción de la carga puede moverse en cada periodo y cuántas horas puede adelantarse o retrasarse el procesamiento.
El tipo de computación asociada a la inteligencia artificial también influye. Los centros dedicados al entrenamiento de modelos tienden a consumir energía de forma más estable y, por ello, pueden ofrecer más margen para trasladar cargas. En cambio, los centros orientados a inferencia, más vinculados a consultas en línea y hábitos de los usuarios de internet, presentan un patrón de consumo menos controlable. En general, la magnitud del ahorro de costes que sugiere el estudio, que oscila entre el 2% y el 7%, es significativa.
El impacto ambiental es más heterogéneo. Frente a un escenario sin crecimiento de centros de datos, la expansión prevista para 2030 elevaría las emisiones de dióxido de carbono un 58% en Texas, un 20% en el Atlántico Medio y un 24% en el oeste de Estados Unidos. En Texas, donde el 54% de la electricidad de la red procede de la eólica, patrones flexibles de consumo podrían reducir las emisiones al aumentar la demanda de energía eólica; el modelo estima en ese caso un 40% menos de emisiones de CO₂.
En el Atlántico Medio, con una presencia razonable de solar pero menos eólica, la flexibilidad puede tener un efecto distinto. Las simulaciones indican que el desplazamiento de cargas podría coincidir con horas en las que la producción solar y eólica disminuye, lo que permitiría mantener en operación centrales de carbón. En ese escenario, las emisiones de CO₂ del sistema aumentarían un 3%.
Conexión a la red y posibles incentivos regulatorios
El estudio subraya que estos resultados dependen de que los operadores de centros de datos adopten esquemas de consumo flexible. Uno de los investigadores apunta a una posible herramienta regulatoria: acelerar la conexión inicial a la red a cambio de compromisos de flexibilidad horaria, un enfoque conocido como connect and manage.
Según el investigador, las empresas tecnológicas podrían aceptar conectarse antes si eso implica reducir o desplazar computación durante algunas horas al día, en lugar de esperar más tiempo para acceder a la red. También señala que las compañías pueden ser reticentes a ofrecer flexibilidad de forma individual, pero el incentivo cambia si la exigencia se aplica al conjunto del sector.
Los autores presentan el trabajo como el primer análisis de extremo a extremo sobre los efectos de los centros de datos en costes y emisiones. La investigación ha recibido apoyo del Future Energy Systems Center de la MIT Energy Initiative.