O segmento de inteligência artificial (IA) está influenciando cada vez mais o consumo de energia. Com o desenvolvimento da IA, a necessidade tanto de capacidade de geração quanto de infraestrutura de rede elétrica está aumentando. Um componente fundamental para a implementação da IA é o fornecimento estável de eletricidade de baixo carbono, idealmente zero carbono, algo que a energia nuclear proporciona. Isso é observado no relatório da Agência Internacional de Energia (AIE) intitulado “Energia e Inteligência Artificial”.
No modelo tecnológico atual, o processamento de informações por máquinas está diretamente relacionado ao consumo de energia. Assim, fisicamente, 1 ou 0 representam o fluxo ou a ausência de energia. Os princípios do aprendizado de máquina também estão ligados à energia. Por exemplo, no sistema de Hopfield, ganhador do Prêmio Nobel por descobertas e invenções fundamentais no campo do aprendizado de máquina, os valores de referência são programados para obter o menor indicador de energia – o “vale”. O sistema busca atingir esse valor durante o aprendizado.
Até o momento, os avanços técnicos, combinados com a redução dos custos de computação e a disponibilidade de grandes quantidades de dados, impulsionaram o desenvolvimento da IA a tal ponto que ela evoluiu de uma atividade científica para uma indústria que influencia os processos de produção, a vida cotidiana, a política, a arte e até mesmo o setor energético.
O relatório observa que é difícil determinar com precisão a proporção de IA na carga total do data center, visto que os data centers não são exclusivamente dedicados à IA. Além disso, a IA não opera exclusivamente em data centers. De qualquer forma, o termo “data center” é usado no relatório.
De acordo com dados da AIE, os data centers serão responsáveis por aproximadamente 1,5% do consumo global de eletricidade, ou 415 TWh, em 2024. A maior participação nesse segmento foi nos Estados Unidos (45%), seguido pela China (25%) e Europa (15%).
Em média, o crescimento do consumo de eletricidade em data centers acelerou de 3% ao ano entre 2005 e 2015 para 10% ao ano entre 2015 e 2024. Desde 2017, o consumo global de eletricidade em data centers aumentou em média cerca de 12% ao ano, mais de quatro vezes mais rápido do que o crescimento do consumo total de eletricidade. Na China, o crescimento médio anual entre 2015 e 2024 foi de 15%, e nos EUA, de 12%.
Em países em desenvolvimento, onde o consumo de energia está crescendo em vários setores da economia, os data centers representam aproximadamente 5% do crescimento total. Em países onde o consumo de eletricidade se manteve praticamente estável por um longo período, os data centers representam aproximadamente 20% do crescimento.
No entanto, é importante destacar que, globalmente, o segmento de data centers não é o consumidor de eletricidade com crescimento mais rápido. Segundo a AIE, esse segmento está atrás da indústria pesada e de outras indústrias, bem como dos setores de eletrodomésticos, ar-condicionado, aquecimento de ambientes e água e transporte elétrico. No entanto, em nível local, a conexão de data centers pode gerar problemas relacionados à capacidade de geração disponível e à capacidade de transmissão das redes elétricas.
A AIE apresentou quatro cenários para o consumo de energia de data centers até 2030. No cenário base, o consumo de eletricidade mais que dobrará em relação ao nível atual, atingindo 945 TWh. Conforme observado no relatório, esse valor é ligeiramente superior ao consumo atual de energia do Japão.
No cenário de decolagem, o consumo de eletricidade será superior a 1.260 TWh até 2030. No cenário de alta eficiência, graças à economia de energia, o consumo será de cerca de 800 TWh até 2030. No cenário de vento contrário, será de cerca de 670 TWh. Especialistas da AIE também fizeram uma previsão até 2035, mas a incerteza é tão grande que as estimativas, dependendo do cenário, variam de 700 TWh a 1.720 TWh.
Os setores que utilizam IA reduzem seu consumo de energia por meio da melhoria dos processos de produção. “A digitalização e a automação da indústria do futuro continuarão a crescer de forma constante; países e empresas que liderarem a integração da IA nos processos de produção assumirão a liderança. O uso da IA pode acelerar o desenvolvimento de produtos, reduzir custos e melhorar a qualidade. A adoção generalizada da IA para otimizar processos industriais pode gerar uma economia de energia superior ao consumo total de energia atual do México”, afirma o relatório. Isso representa um nível de aproximadamente 8 EJ (exajoules) até 2035, ou mais de 222 TWh.
Assim, a economia de energia por meio do uso de IA pode reduzir parcialmente o crescimento geral da demanda por energia. Melhorias na eficiência energética de servidores e sistemas de refrigeração em data centers também contribuem para essa redução.
30% das necessidades energéticas dos data centers em todo o mundo são atendidas por usinas de energia a carvão.
Em termos de consumo de energia, os data centers são comparáveis a usinas metalúrgicas, incluindo aquelas com alto consumo de energia, como as de alumínio. Além disso, os data centers representam um segmento de consumo de eletricidade em rápido crescimento e cada vez mais importante. Isso levanta a questão de como garantir seu fornecimento de energia de forma confiável. Os principais fatores para a localização de um data center são fontes de energia confiáveis, preços de eletricidade competitivos e capacidade de transmissão de rede suficiente.
Capacidade de geração suficiente é um fator-chave na decisão de construir um data center. De acordo com o relatório, 30% das necessidades energéticas de data centers em todo o mundo são atendidas por usinas a carvão. Em seguida, vêm as fontes renováveis (27%), o gás (26%) e a energia nuclear (15%). Após 2030, a participação da geração a carvão no fornecimento de energia para data centers diminuirá ligeiramente, a do gás permanecerá inalterada, enquanto as participações da geração renovável e nuclear aumentarão.
As redes elétricas, observa o relatório, representam um desafio para muitas regiões: “A conexão às redes elétricas, tanto para geradoras quanto para consumidores, incluindo data centers, é demorada e envolve certos desafios. A construção de novas linhas de transmissão em economias desenvolvidas pode levar de quatro a oito anos, e o prazo de entrega de componentes essenciais da rede, como transformadores e cabos, dobrou nos últimos três anos.”
O objetivo de garantir o fornecimento de eletricidade mais confiável possível e poder gerenciá-lo de forma independente está levando à criação de alianças entre empresas de tecnologia e energia. Nos Estados Unidos, diversas grandes operadoras de data centers anunciaram parcerias com empresas de geração e comercialização de energia que estão construindo novas usinas de geração a gás.
Acordos semelhantes foram assinados em 2024 por grandes empresas de tecnologia dos EUA com usinas nucleares. Por exemplo, em setembro, a Oracle anunciou planos para usar três pequenos reatores modulares para um data center de 1 GW. Em meados de outubro, a Amazon assinou um acordo com a Energy Northwest para construir quatro unidades avançadas com capacidade de 320 MW no estado de Washington, com possibilidade de expansão para 960 MW. O fornecedor de tecnologia é a X-energy, uma empresa na qual a Amazon também está investindo. O comissionamento está planejado para o início da década de 2030. Além disso, a Amazon está trabalhando com a Dominion Energy em um projeto para construir uma unidade de 300 MW. Enquanto isso, a Google assinou um acordo durante o mesmo período para comprar energia de futuros pequenos reatores modulares da Kairos Power. A Kairos planeja construir uma usina de 500 MW até 2035. A empresa está desenvolvendo um reator de demonstração de sal fundido chamado Hermes em Oak Ridge, Tennessee, com comissionamento programado para 2027. O próximo passo será a construção de uma usina de duas unidades. “Os planos anunciados até o momento para a construção de geração nuclear de pequena escala para abastecer data centers incluem a instalação de até 25 GW de capacidade em todo o mundo, embora quase todos esses projetos estejam concentrados nos Estados Unidos e estejam em diferentes estágios de desenvolvimento e definição. Os primeiros projetos não devem entrar em operação antes do final desta década”, afirma o relatório.
Muitas empresas de tecnologia e grandes operadoras de data centers visam reduzir as emissões e usar energia limpa, por isso compram eletricidade de fontes renováveis, indica o relatório. No entanto, esses acordos geralmente são financeiros, o que significa que as necessidades físicas de eletricidade são efetivamente atendidas por outras fontes, como gás natural ou carvão. No entanto, algumas empresas de tecnologia buscam reduções reais de emissões. Por exemplo, Google e Microsoft assinam contratos de fornecimento de eletricidade com fontes de baixo carbono: hidrelétricas, nucleares, usinas geotérmicas e usinas a gás natural com sistemas de captura de CO2. Em setembro de 2024, a Microsoft e a Constellation Energy assinaram um contrato de 20 anos que inclui a reinicialização do Reator nº 1 da Usina Nuclear de Three Mile Island.
Ao avaliar as perspectivas de fornecimento de energia para data centers utilizando usinas nucleares, os autores do relatório da AIE dedicam especial atenção às pequenas usinas nucleares. No entanto, não apenas a reativação do reator de Three Mile Island deve ser mencionada, mas também o contrato entre a Amazon Web Services e a Talen Energy para o fornecimento de 960 MW de capacidade da Usina Nuclear de Susquehanna, consistindo em dois reatores de 1.257 MW cada. Além disso, em maio, a Google anunciou sua colaboração com a Elemental Power em três projetos de energia nuclear, impulsionados pelo forte aumento no consumo de energia de projetos de inteligência artificial. A Google fornecerá capital para a implementação desses projetos. Espera-se que cada um tenha uma capacidade de 600 MW, o que, de acordo com a classificação da AIE, corresponde a projetos de média potência. Esses exemplos mostram que usinas nucleares de diferentes níveis de potência podem ser usadas para conectar data centers dedicados à IA nos Estados Unidos — e ainda mais em outros países.
Na Rússia, a combinação “data center-usina nuclear” já está bem estabelecida. Em setembro de 2019, foi inaugurado o data center Kalininsky, localizado ao lado da usina nuclear de Kalinin, que a abastece com energia elétrica. Desde então, a Rosatom vem desenvolvendo sua própria rede de data centers geodistribuídos, que atualmente está entre as três maiores da Rússia em termos de capacidade instalada. Além disso, a estatal coopera com organizações que desenvolvem inteligência artificial no país.
Ao mesmo tempo, a Rosatom projeta, constrói e adapta usinas nucleares de pequeno, médio e grande porte para todos os tipos de projetos, todas elas podendo ser utilizadas para alimentar data centers. Graças à sua experiência acumulada, os especialistas nucleares russos podem oferecer a potenciais clientes, tanto na Rússia quanto no exterior, soluções abrangentes para a construção e fornecimento de energia para data centers utilizando usinas nucleares de diversas capacidades.
Na Rússia, a combinação “data center-usina nuclear” já está bem estabelecida: o data center Kalininsky, localizado próximo à usina nuclear de Kalinin, está em operação desde 2019.
