يؤثر قطاع الذكاء الاصطناعي (AI) بشكل متزايد على استهلاك الطاقة العالمي. مع تقدم تقنيات الذكاء الاصطناعي، تزداد الطلبات على قدرات توليد الطاقة والشبكات. المفتاح لتنفيذ الذكاء الاصطناعي هو توفير كهرباء ثابتة منخفضة الكربون، أو، من الناحية المثالية، كهرباء خالية تمامًا من الكربون، وهو ما يمكن أن توفره الطاقة النووية. يعد هذا محور تقرير وكالة الطاقة الدولية حول الطاقة والذكاء الاصطناعي.
في المشهد التكنولوجي الحالي، يتطلب معالجة المعلومات استخدام الطاقة. جسديًا، يمثل الرقم 1 أو 0 وجود أو غياب للطاقة. تعتمد تقنيات التعلم الآلي أيضًا على استهلاك الطاقة. على سبيل المثال، في الشبكة العصبية المسماة هوبفيلد، التي سميت على اسم الحائز على جائزة نوبل الذي حصل عليها لاكتشافاته الأساسية في التعلم الآلي، تُبرمج قيم مرجعية لتحقيق أقل حالة طاقة، أو “الوادي”، الذي يسعى النظام لتحقيقه أثناء التدريب.
حتى الآن، دفعت الإنجازات التكنولوجية، جنبًا إلى جنب مع انخفاض تكاليف الحوسبة والوصول إلى كميات هائلة من البيانات، نمو الذكاء الاصطناعي بشكل دراماتيكي، مما أدى إلى تحوله من مسعى علمي إلى صناعة تؤثر على عمليات الإنتاج والحياة اليومية والسياسة والفن – وكذلك على صناعة الطاقة.
415 تيراوات ساعة
الاستهلاك العالمي للكهرباء بواسطة مراكز البيانات في عام 2024.
يشير التقرير إلى أن تحديد النسبة الدقيقة لاستهلاك الذكاء الاصطناعي من إجمالي أحمال مراكز البيانات يمثل تحديًا، حيث تتعامل مراكز البيانات مع أكثر من مجرد مهام الذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، لا يقتصر الذكاء الاصطناعي فقط على مراكز البيانات، ولكن المؤلفين يستخدمون مصطلح “مراكز البيانات”.
وفقًا لوكالة الطاقة الدولية، تمثل مراكز البيانات حوالي 1.5% من الاستهلاك العالمي للكهرباء في عام 2024، بمعدل يصل إلى 415 تيراوات ساعة. تصدرت الولايات المتحدة قطاع مراكز البيانات بنسبة 45%، تلتها الصين بنسبة 25% وأوروبا بنسبة 15%.
زاد متوسط نمو استهلاك الكهرباء لمراكز البيانات من 3% سنويًا بين عامي 2005 و2015 إلى 10% بين عامي 2015 و2024. منذ عام 2017، نما الاستهلاك العالمي للكهرباء من قبل مراكز البيانات بمعدل يبلغ حوالي 12% سنويًا.
يتجاوز معدل نمو الطلب على الكهرباء في مراكز البيانات أربعة أضعاف معدل النمو العام للطلب على الكهرباء. ففي الصين، بلغ متوسط الزيادة السنوية 15% خلال الفترة من عام 2015 إلى عام 2024، بينما حققت الولايات المتحدة نمواً بنسبة 12%.
في الاقتصادات النامية حيث يزداد استخدام الطاقة عبر مختلف القطاعات، تُسهم مراكز البيانات بنحو 5% من إجمالي النمو. أما في الدول التي ظل فيها استهلاك الطاقة ثابتاً لفترة طويلة، فتُمثل مراكز البيانات حوالي 20% من النمو.
ومع ذلك، يجب الإشارة إلى أن مراكز البيانات ليست أسرع مستهلكي الكهرباء نمواً على مستوى العالم. وفقًا لتقديرات وكالة الطاقة الدولية، فإنها تتخلف عن الصناعة الثقيلة وقطاعات التصنيع الأخرى، بالإضافة إلى الأجهزة المنزلية وتبريد الفضاء والتدفئة والنقل الكهربائي. ومع ذلك، على المستوى المحلي، قد تسبب اتصالات مراكز البيانات مشكلات تتعلق بقدرات توليد الطاقة ونقل الشبكة.
تستعرض وكالة الطاقة الدولية أربع سيناريوهات لاستهلاك الكهرباء من قبل مراكز البيانات بحلول عام 2030. في السيناريو الأساسي، من المتوقع أن يتضاعف استهلاك الكهرباء أكثر من مرتين مقارنة بالمستويات الحالية، ليصل إلى 945 تيراواط ساعة. كما ذُكر في التقرير، فإن هذا الرقم أعلى قليلاً من الاستهلاك الحالي للكهرباء في اليابان.
في سيناريو “الانطلاق”، سيزيد استهلاك الطاقة عن 1,260 تيراواط ساعة بحلول عام 2030. بينما يتوقع سيناريو الكفاءة العالية أن يصل الاستهلاك إلى نحو 800 تيراواط ساعة في نفس العام بفضل جهود توفير الطاقة. أما سيناريو “الرياح المعاكسة”، فيتنبأ باستهلاك يبلغ حوالي 670 تيراواط ساعة. وقد مددت الوكالة توقعاتها حتى عام 2035، لكن عدم اليقين كان مرتفعًا لدرجة أن التقديرات تراوحت بين 700 تيراواط ساعة و1,720 تيراواط ساعة حسب السيناريو.
تقلل الصناعات التي تعتمد على الذكاء الاصطناعي من استهلاك الطاقة من خلال تحسين عمليات الإنتاج. يشير التقرير إلى أنه “ستكون صناعة المستقبل أكثر رقمنة وأتمتة؛ وستتفوق البلدان والشركات التي تأخذ زمام المبادرة في دمج الذكاء الاصطناعي في التصنيع. يمكن أن تسرع تطبيقات الذكاء الاصطناعي من تطوير المنتجات، وتخفض التكاليف، وتزيد الجودة. إن الاعتماد الواسع على تطبيقات الذكاء الاصطناعي لتحسين العمليات في الصناعة يمكن أن يؤدي إلى توفير طاقة يعادل أكثر من إجمالي استهلاك الطاقة في المكسيك اليوم.” وهذا يُترجم إلى حوالي 8 إكسا جول بحلول عام 2035، أي ما يزيد عن 222 تيراواط ساعة.
وبذلك، قد تؤدي مكاسب الكفاءة الناتجة عن الذكاء الاصطناعي إلى الحد من النمو العام في الطلب على الكهرباء، ولكن جزئيًا فقط. كما تحقق بعض التأثيرات السلبية على استهلاك الكهرباء لدى مراكز البيانات من خلال تحسين كفاءة استهلاك الطاقة للأجهزة والخدمات المرتبطة بالتبريد.
تشكل محطات الطاقة التي تعمل بالفحم مصدرًا لحوالي 30% من احتياجات الكهرباء العالمية لمراكز البيانات.
تزويد مراكز البيانات بالطاقة
تُعتبر مراكز البيانات، من حيث استهلاك الكهرباء، مشابهة لمصانع المعادن بما في ذلك تلك التي تستهلك طاقة كثيفة مثل مصانع صهر الألمنيوم. وعلاوة على ذلك، تُعد مراكز البيانات مستهلكًا متزايدًا ومهمًا للكهرباء. وهذا يثير السؤال: كيف يمكن ضمان توفير الطاقة لها بشكل موثوق؟ يعتمد موقع مركز البيانات بشكل كبير على توفر مصدر طاقة موثوق، وأسعار كهرباء تنافسية، وقدرة شبكة كافية.
تُعتبر قدرة التوليد الكافية العامل الأكثر أهمية عند اتخاذ قرار بناء مركز بيانات. وكما ذكر التقرير، فإن 30% من احتياجات الكهرباء العالمية لمراكز البيانات تُلبيها محطات الطاقة التي تعمل بالفحم، تليها الطاقة المتجددة (27%)، والغاز (26%)، والطاقة النووية (15%). بعد عام 2030، من المتوقع أن ينخفض نصيب الفحم في تزويد مراكز البيانات بالطاقة قليلًا، بينما سيظل الغاز ثابتًا، في حين ستزداد حصص الطاقة المتجددة والطاقة النووية.
يشير التقرير إلى أن الشبكات تمثل تحديًا في العديد من المناطق: “تكون قوائم الانتظار للربط بالشبكة لمشاريع التوريد والاستهلاك، بما في ذلك مراكز البيانات، طويلة ومعقدة. قد يستغرق بناء خطوط النقل الجديدة من أربع إلى ثماني سنوات في الاقتصادات المتقدمة، وقد تضاعفت أوقات الانتظار لمكونات الشبكة الأساسية مثل المحولات والأسلاك خلال السنوات الثلاث الماضية.”
لضمان توفير موثوق وقابل للإدارة للطاقة الكهربائية، تتعاون شركات التكنولوجيا والطاقة.
في الولايات المتحدة، تعاونت عدة شركات رئيسية تعمل في مجال مراكز البيانات مع شركات توليد وتوزيع الطاقة لبناء منشآت جديدة تعمل بالغاز الطبيعي.
وفي عام 2024، تم توقيع اتفاقيات مماثلة بين شركات التكنولوجيا الكبرى في أمريكا ومحطات الطاقة النووية. في سبتمبر، أعلنت شركة أوراكل عن خطط لاستخدام ثلاثة مفاعلات نووية صغيرة (SMRs) لتزويد مركز بياناتها بقدرة تصل إلى 1 جيجاوات. وفي منتصف أكتوبر، توصلت أمازون إلى اتفاق مع شركة Energy Northwest لبناء أربع وحدات طاقة متقدمة في ولاية واشنطن، حيث ستصل قدرة المحطة النووية إلى 320 ميغاوات، مع إمكانية توسيعها إلى 960 ميغاوات. سيتم توفير التكنولوجيا اللازمة للمحطة من قبل شركة X-energy، التي تستثمر فيها أمازون أيضًا. ومن المتوقع أن يكتمل المشروع في أوائل الثلاثينيات. بالإضافة إلى ذلك، تعمل أمازون مع شركة Dominion Energy على خطط لبناء وحدة بطاقة 300 ميغاوات. وقد وقعت جوجل اتفاقًا مع Kairos Power لشراء الكهرباء من مفاعلاتها الصغيرة المقبلة، مع خطة لإنشاء أسطول بقدرة 500 ميغاوات بحلول عام 2035. كما تقوم الشركة بتطوير مفاعل ملحي تجريبي يُدعى هيرمس في أوك ريدج بولاية تينيسي، والذي من المقرر أن يبدأ التشغيل في عام 2027. وتتمثل الخطوة التالية في بناء محطة تضم وحدتين. ويذكر التقرير أنه حتى الآن، تم الإعلان عن خطط لبناء ما يصل إلى 25 جيجاوات من قدرة المفاعلات النووية الصغيرة المرتبطة بتزويد قطاع مراكز البيانات على مستوى العالم، ومعظم هذه المشاريع تقع في الولايات المتحدة، على الرغم من أن مراحل نضوجها وتأكيدها تختلف. ومن المتوقع أن تبدأ المشاريع الأولى في الظهور فقط نحو نهاية هذا العقد.
تهدف العديد من شركات التكنولوجيا ومشغلي مراكز البيانات الرئيسيين إلى تقليل الانبعاثات واستخدام الطاقة النظيفة من خلال شراء الكهرباء من مصادر متجددة، كما يشير التقرير. وغالباً ما تكون هذه الاتفاقيات مالية، مما يعني أنه يتم استخدام مصادر أخرى — مثل الغاز الطبيعي أو الفحم — لتلبية الاحتياجات الفعلية من الكهرباء. ومع ذلك، تسعى بعض شركات التكنولوجيا جهدًا حقيقيًا لتحقيق تخفيضات في الانبعاثات. فقد أبرمت جوجل ومايكروسوفت اتفاقيات لتوفير الكهرباء من مصادر طاقة منخفضة الكربون، مثل الطاقة المائية والطاقة النووية ومحطات الطاقة الحرارية الجوفية ومحطات الغاز الطبيعي مع التقاط الكربون. على سبيل المثال، في سبتمبر 2024، وقعت مايكروسوفت وConstellation Energy عقدًا لمدة 20 عامًا يتضمن إعادة تشغيل الوحدة 1 في محطة توليد الطاقة النووية بجزيرة ثري مايل.
بينما يقيم مؤلفو تقرير الوكالة الدولية للطاقة الآفاق الخاصة بمحطات الطاقة النووية المزودة للكهرباء لمراكز البيانات، يركزون بشكل خاص على المفاعلات النووية الصغيرة، إلا أن المحطات الكبيرة تلعب دورًا أيضًا. بالإضافة إلى إعادة تشغيل وحدة في جزيرة ثري مايل، هناك أيضًا عقد بين Amazon Web Services وTalen Energy لتوفير قدرة تصل إلى 960 ميغاوات من محطة سسكهانا لتوليد الطاقة بالبخار وهي منشأة نووية في بنسلفانيا تتكون من وحدتين مصنفة كل منهما بقدرة 1,257 ميغاوات. علاوة على ذلك، أعلنت غوغل في مايو عن شراكة مع Elementl Power بشأن ثلاثة مشاريع نووية بسبب الزيادة الحادة في استهلاك الكهرباء المدفوع بالذكاء الاصطناعي. ستقوم جوجل بتوفير التمويل، حيث سيكون لكل مشروع من المشاريع الثلاثة قدرة 600 ميغاوات، وتصنف على أنها محطات نووية متوسطة الحجم وفقاً لمعايير الوكالة الدولية للطاقة الذرية. تظهر هذه الأمثلة أن محطات الطاقة النووية بمختلف أحجامها يمكن استخدامها لتزويد مراكز البيانات المرتبطة بالذكاء الاصطناعي في الولايات المتحدة وخارجها.
في روسيا، تم ريادة نموذج “مركز البيانات + محطة نووية” في سبتمبر 2019 عندما تم تشغيل مركز بيانات كالينين بالقرب من محطة كالينين للطاقة النووية، مما زود مركز البيانات بالكهرباء. منذ ذلك الحين، طورت روساتوم شبكتها الخاصة من مراكز البيانات المنتشرة جغرافيًا، والتي تحتل حاليًا أحد المراكز الثلاثة الأولى في روسيا من حيث القدرة المركبة. كما تتعاون الشركة النووية الروسية مع مطوري الذكاء الاصطناعي.
تصمم روساتوم وتبني وتكيف محطات الطاقة النووية الصغيرة والمتوسطة والكبيرة لأي مشاريع، وكلها يمكن استخدامها لتزويد مراكز البيانات بالكهرباء. بفضل هذه الخبرة، تتمكن صناعة الطاقة النووية الروسية من تقديم حلول متكاملة لتوليد الطاقة النووية، تشمل إنشاء وتشغيل مراكز البيانات في روسيا وحول العالم.
في روسيا، تم تأسيس نموذج “مركز البيانات + محطة نووية” في سبتمبر 2019، عندما تم تشغيل مركز بيانات كالينين بالقرب من محطة كالينين للطاقة النووية.
