هوش مصنوعی، کلید موفقیت در بهره برداری از انرژی های تجدیدپذیر

جام جم آنلاین اصفهان؛ دیجیتال‌سازی و گذار انرژی موضوع محوری هفته نوآوری آژانس بین المللی انرژی های تجدیدپذیر (IRENA) در سال ۲۰۲۵ بود که از ۲۱ تا ۲۴ خرداد ماه در شهر بن کشور آلمان با حضور ذی‌نفعان گوناگونی از جمله رهبران حوزه انرژی، کارشناسان، نهادهای مالی، نوآوران صنعتی و دانشگاهیان برگزار شد تا در مورد نقش نوآوری در دستیابی به رشد پایدار در اقتصادهای نوظهور و در حال توسعه به بحث بنشینند و اقدامات لازم برای دستیابی به هدف سه‌برابر کردن ظرفیت تولید برق تجدیدپذیرها تا سال ۲۰۳۰ را بررسی کنند.

محور بحث‌ها این بود که «دیجیتال‌ سازی بدون انرژی ممکن نیست و گذار انرژی بدون دیجیتال‌سازی تحقق نمی‌یابد» و با همه‌گیر شدن تلفن‌های هوشمند و اینترنت در سراسر جهان، تقاضا برای تامین برق مراکز داده با هدف ارائه خدمات پردازش و ذخیره سازی اطلاعات در فضای مجازی به شدت افزایش یافته است و برای اطمینان از تأمین این تقاضای فزاینده از منابع انرژی های پاک، فراهم کردن امکان یکپارچه سازی مقادیر زیادی از نیروگاه های تجدیدپذیر در شبکه‌های برق ضرورت دارد.

از سوی دیگر فناوری‌های دیجیتال به منابع متغیر انرژی تجدیدپذیر (VRE) مانند خورشید و باد که به میزان تولید متغیر شهره هستند، کمک می‌کنند تا برق را به‌صورت پایدارتر و قابل‌اطمینان‌تری تأمین کنند به‌ویژه در مورد انرژی خورشیدی (فتوولتائیک) و نیروگاه های بادی نصب شده در خشکی که دیجیتال‌سازی عملکردشان را بهینه کرده و رقابت‌پذیری آنها را در بازار برق افزایش می‌دهد.

از پیش‌بینی تقاضا و قیمت‌گذاری گرفته تا مدیریت انعطاف‌پذیر شبکه‌های برق هوشمند همچنین تعمیر و نگهداری پیش‌بینانه زیرساخت‌های انرژی، فناوری‌های دیجیتال به ابزاری ضروری برای گذار انرژی جهانی تبدیل شده‌اند. این فناوری‌ها با مدیریت هوشمند مصرف برق، ذخیره‌سازی انرژی و تعادل عرضه و تقاضا در مناطق مختلف به‌صورت بلادرنگ، خدمات شبکه را بهبود بخشیده و عملکرد مناسب آن را تضمین می‌کنند تا برق پاک به‌صورت پیوسته تأمین شود.

هوش مصنوعی (AI) با امکان پایش عملکرد لحظه‌ای و نگهداری هوشمند مبتنی بر پیش‌بینی و تحلیل شرایط آب‌وهوایی، به اپراتورها کمک می‌کند تا الگوهای تولید و نیازهای شبکه را با دقت پیش‌بینی کنند. این امر به نوبه خود هزینه‌های عملیاتی و نگهداری را کاهش می‌دهد. در بخش تقاضا نیز مصرف‌کنندگان از صرفه‌جویی هزینه‌ها بهره می‌برند. کنتورهای هوشمند، سیستم‌های قیمت‌گذاری پویا و دستگاه‌های مجهز به اینترنت اشیا (IoT) از برنامه‌های پاسخگویی بار پشتیبانی می‌کنند و به مشترکین برق این امکان را می دهد که مصرفشان را در واکنش به سیگنال‌های قیمتی کاهش دهند یا به زمان دیگی موکول کنند.

با تکیه بر این نوآوری‌های سمت تقاضا، سیستم‌های پیشرفته مدیریت شبکه می‌توانند از دوقلوهای دیجیتال و الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای پیش‌بینی تراکم شبکه، هماهنگی منابع انرژی توزیع‌شده و بهینه‌سازی توزیع برق در زمان نزدیک به حالت واقعی استفاده کنند. این هم افزایی، الگوی فکری سنتی در مورد منابع تجدیدپذیر به‌عنوان تأمین‌کنندگان غیرقابل‌پیش‌بینی برق را تغییر داده و آن‌ها را به عاملان فعال در ارائه خدمات پایدار و حیاتی شبکه تبدیل می‌کند.

با این حال، این همگرایی هم فرصت‌ها و هم چالش‌ها را به همراه دارد. افزایش تقاضای انرژی از سوی مراکز داده پشتیبان هوش مصنوعی، برنامه‌ریزی و توسعه شبکه را پیچیده‌تر می‌کند و نیازمند هماهنگی دقیق بین نوآوری های دیجیتال و توسعه زیرساخت‌های انرژی است.

از سوی دیگر، استقرار راه‌کارهای دیجیتال در سطح جهانی ناهمگون است. بازارهای نوظهور به دلیل محدودیت در نصب کنتورهای هوشمند، سرمایه‌گذاری کم در زیرساخت‌ها و موانع قانونی که مانع مشارکت نیروگاه‌های مجازی و سامانه ها قبل از کنتور در بازار می‌شود، عقب‌مانده‌اند. علاوه بر این، عدم وجود استانداردهای فنی مشترک و افزایش ریسک‌های امنیت سایبری، موانع بزرگی در مسیر گسترش این فناوری‌ها ایجاد کرده‌اند. رفع این شکاف‌ها برای تضمین اینکه دیجیتالی‌سازی بتواند از گذار انرژی سریع، ایمن و عادلانه پشتیبانی کند، حیاتی است.

امروز دنیای دیجیتال با سرعتی باورنکردنی در حال گسترش است که عمده‌ترین محرک آن، استقبال گسترده از مدل‌های مختلف هوش مصنوعی (AI) از جمله هوش مصنوعی مولد و مدل‌های پیچیده یادگیری ماشین است. این فناوری‌ها به قدرت پردازشی عظیمی نیاز دارند و همین تقاضا، رشد سریع و چشمگیر تعداد و مقیاس مراکز داده مورد نیاز در سراسر جهان را به دنبال داشته است. از سوی دیگر، این مراکز داده هوش مصنوعی خود به مقدار زیادی انرژی برای عملکردشان نیاز دارند که همین امر تاکنون افزایش شدیدی در تقاضای انرژی ایجاد کرده و در آینده نیز بیشتر خواهد شد.

از سوی دیگر این موضوع، ردپای زیست‌محیطی مراکز داده را به یک نگرانی جدی و فوری تبدیل کرده است. سوال اینجاست چگونه می‌توانیم همزمان با پاسخگویی به این تقاضای فزاینده انرژی، گذار انرژی را نیز به خوبی دنبال کنیم به خصوص در مورد مراکز داده هوش مصنوعی که اغلب به عنوان موجوداتی عظیم و پر مصرف شناخته می‌شوند. برای درک کامل این چالش و راه‌حل‌های بالقوه، آدریان گونزالس، مسئول برنامه نوآوری در بخش‌ مصرف کنندگان نهایی انرژی در آژانس بین المللی انرژی های تجدیدپذیر ، به بررسی دقیق تأثیر مراکز داده هوش مصنوعی بر سیستم انرژی پرداخته است.

این مدیر ارشد آژانس در ابتدا مقایسه جالبی در خصوص مصرف برق گوشی هوشمند را ارائه کرده است به گونه ای که اگر فقط انرژی مورد نیاز برای شارژ سالانه آن را حساب کنیم، مصرف برق گوشی حدود ۲۰ برابر کمتر از یک یخچال فریزر بهینه است. اما اگر مصرف برق خدمات پردازشی گوشی‌های هوشمند هم لحاظ شود به طور تقریبی یک گوشی هوشمند به میزانی که یک یخچال با مصرف بهینه برق مصرف می‌کند که اگر در میلیاردها کاربر ضرب شود تقاضای عظیمی از انرژی را در پی دارد.

در مجموع در دهه گذشته، رشد مداومی در سرویس‌های پردازش داده و ابری به‌ویژه برای پخش ویدئو را شاهد بودیم ولی در ادامه استخراج ارزهای دیجیتال و حالا هم ظهور هوش مصنوعی، باعث شده پیش‌بینی‌ها نشان دهند که تقاضای جهانی برق مراکز داده تا سال ۲۰۳۰ میلادی به ۱۰۰۰ تراوات‌ساعت یا حتی بیشتر برسد که به معنای دو تا سه برابر شدن مقدار مصرف کنونی است.

البته عوامل بسیاری از جمله سطح پذیرش و پیچیدگی آتی مدل‌های هوش مصنوعی، میزان پیشرفت‌ها در بهره وری سخت‌افزارها، اثرات بازگشتی احتمالی، روند های اجباری سازی گواهی‌های پایداری و الزامات استفاده از برق سبز و در نهایت در دسترس بودن زیرساختهای شبکه برق نقش کلیدی بر میزان تقاضای موثر انرژی ایفا می کنند.

تأمین پایدار انرژی برای مرکز داده‌های هوش مصنوعی یکی از چالش های روز است به گونه ای که برخی از مراکز داده جدید با استفاده از نیروگاه‌های گازی اختصاصی تأمین برق می‌شوند که این موضوع با روند جهانی حرکت به سوی برقی سازی با بهره گیری از تجدیدپذیرها در تضاد است چرا که هم اکنون صنعت حمل و نقل که یک مصرف کننده متحرک برق محسوب می شود به سوی استفاده از برق پاک در حال حرکت است و مصرف کنندگان ثابت سنتی هرگز نباید از قافله بهره گیری از برق پاک عقب بیفتند.

در حقیقت این ادعا که چون مراکز داده به برق پایدار و قابل اطمینان نیاز دارند سازگار با انرژی‌های تجدیدپذیر نیستند یک افسانه است و ترکیبی متنوع از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید، باد، زیست توده و زمین‌گرمایی با استفاده از راهکارهای انعطاف‌پذیری شبکه و ذخیره سازی می توانند برقی قابل اعتماد ارائه کنند.

شرکت‌های بزرگی مانند گوگل، آمازون و مایکروسافت در زمینه تامین برق از طریق قراردادهای خرید انرژی تجدیدپذیر (PPA) پیشرو هستند با این حال، روش‌های کنونی با مشکل عدم هماهنگی زمانی بین مصرف همیشگی و تولید متناوب انرژی‌های تجدیدپذیر روبه‌رو هستند. اخیرا راه حل هایی برای ایجاد تطابق ساعتی پیشنهاد شده که در آن اپراتورها، انرژی تجدیدپذیر را مطابق با الگوی مصرف هر ساعت خریداری می‌کنند که این امر از طریق استفاده از سبدهای متنوع انرژی‌های تجدیدپذیر و راهکارهای ذخیره‌سازی قابل محقق است.

در این راهکار که هم اکنون در چندین بورس در جهان اجرایی شده ترکیب متنوعی از منابع تجدیدپذیر و سیستم‌های ذخیره‌ساز چه در محل مرکز داده، چه در نقاط دیگر، برق را در قالب گواهی‌های ساعتی تولید برق سبز ارائه می‌دهند تا تضمین کنند برق مصرفی در هر لحظه واقعاً سبز است.

البته باید بین دو مرحله اصلی پردازش در چرخه هوش مصنوعی هم تفاوت تفاوت قائل شویم که رفتار مراکز داده را شکل می‌دهند. مرحله آموزش مدل که دربرگیرنده پردازش حجم عظیمی داده است نیازی نیست در نزدیکی شهرها انجام شود چون با کاربران تعامل ندارند و بهتر است در مناطقی با منابع تجدیدپذیر فراوان و شبکه‌های برق کم‌بار مستقر شوند. اما در مرحله استنتاج مدل که مربوط به تعامل بلادرنگ هوش مصنوعی با کاربران است (مثل پاسخ چت‌بات‌ها یا تولید تصاویر) این مراکز مجبورند نزدیک شهرها باشند تا تأخیر به حداقل برسد که راهکار آن استفاده از باتری‌های ذخیره‌سازی محلی برای کاهش تقاضا از شبکه در ساعات اوج مصرف و توزیع هوشمند بار پردازشی بین مراکز داده پر بار و کم بار است.

در نهایت اگر مقررات گذاران و اپراتورهای شبکه، تأمین انرژی تجدیدپذیر و انعطاف‌پذیری را معیار دسترسی به شبکه قرار دهند، مراکز داده می‌توانند هم رشد کنند، هم به آینده دیجیتال پایدار کمک نمایند. البته چالش هایی از جمله تکمیل شدن ظرفیت شبکه در برخی ساعات، عدم امکان پاسخ به تقاضای متمرکز در شبکه های برق شهری همچنین وجود دارد که برای رفع آنها نیاز است ظرفیت پست ها و خطوط انتقال برق به شکل قابل توجهی ارتقاء یابد.

هاجر مقضی خبرنگار جام جم آنلاین*/