Os supercondensadores estão a surgir como uma das tecnologias capazes de resolver este problema, graças à sua capacidade de fornecer e absorver grandes quantidades de energia em períodos muito curtos. De acordo com as previsões da IDTechEx, o mercado dos supercondensadores destinados a data centers poderá ultrapassar os 950 milhões de dólares até 2037.
A consultora analisa esta evolução no seu relatório "Supercondensadores para Data Centers 2027-2037: Tecnologias, Aplicações, Empresas e Previsões", no qual estuda tanto as tecnologias disponíveis como um dos aspetos fundamentais para a sua adoção: em que ponto da infraestrutura elétrica do data center é mais conveniente instalar estes dispositivos.
A IA introduz um novo perfil de consumo de eletricidade
Os centros de dados dedicados à inteligência artificial têm perfis de procura diferentes das instalações tradicionais. Grandes clusters de aceleradores podem gerar cargas transitórias e variações de energia muito rápidas quando determinadas operações de computação começam ou terminam.
Os picos mais extremos podem produzir quebras momentâneas de tensão que, se não forem geridas corretamente, podem afetar o funcionamento dos servidores e de outros equipamentos, bem como transmitir perturbações à infraestrutura elétrica.
Esta situação exige a adaptação tanto da distribuição de energia como dos sistemas de backup. O armazenamento utilizado para compensar estas variações deve responder em escalas de tempo muito curtas — que podem atingir a ordem dos milissegundos — e suportar um grande número de ciclos de carga e descarga.
São também importantes a elevada densidade de potência, para limitar o espaço ocupado quando se lida com grandes cargas, e a possibilidade de integrar a solução em arquiteturas elétricas existentes.
Estas características explicam o crescente interesse pelos supercondensadores. Ao contrário dos sistemas de armazenamento de energia concebidos principalmente para fornecer energia durante longos períodos, os supercondensadores destacam-se pela sua capacidade de fornecer ou absorver energia muito rapidamente e de suportar um grande número de ciclos.
Onde instalar os supercondensadores?
A arquitetura específica varia entre centros de dados, mas existem diversos níveis nos quais estes sistemas de armazenamento podem ser incorporados.
Os servidores, switches, routers e sistemas de armazenamento são normalmente agrupados em bastidores, que podem incorporar as suas próprias unidades de bateria de reserva (BBUs). Vários bastidores formam corredores de computação, alimentados por unidades de distribuição de energia (PDUs).
Num nível superior encontra-se a infraestrutura elétrica central do edifício, responsável pela distribuição de energia da rede e que alberga os sistemas de alimentação ininterrupta (UPS). Estes sistemas mantêm o fornecimento de energia durante as interrupções e cobrem, entre outras funções, o tempo necessário até que os geradores de reserva entrem em funcionamento.
De acordo com a análise da IDTechEx, os supercondensadores podem ser instalados em três níveis principais: dentro do próprio bastidor, no corredor ou junto aos sistemas UPS centrais. Cada opção oferece diferentes vantagens em termos de proteção, densidade, custo e facilidade de implementação.
Supercondensadores dentro do rack
A integração em bastidores, por exemplo, como parte da BBU (Band Backup Unit), pode ser particularmente adequada para centros de dados de IA recentemente construídos.
A proximidade entre o sistema de armazenamento e a carga permite a estabilização direta do fornecimento de energia aos equipamentos de baixa tensão e a resposta local às variações do consumo de servidores e aceleradores.
Esta arquitetura também permite que os supercondensadores sejam implantados apenas onde necessário. Em instalações onde apenas determinados bastidores são dedicados ao treino ou inferência de IA, o armazenamento de alta potência pode ser concentrado nestas áreas, em vez de ser dimensionado para toda a instalação.
A desvantagem é que a incorporação de mais componentes de energia dentro do rack reduz o espaço disponível para o equipamento de computação e pode aumentar a complexidade da infraestrutura.
Instalação de UPS em corredores e salas
As configurações ao nível do corredor oferecem vantagens na modernização de data centers existentes. Como não requerem necessariamente modificações em cada bastidor, podem facilitar a adaptação e manter uma maior densidade de servidores e aceleradores.
Por este motivo, a IDTechEx prevê que as instalações de UPS ao nível do corredor e ao nível da sala poderão ter uma maior presença a curto prazo, especialmente nos centros de dados de colocation.
A instalação junto ao sistema UPS oferece outra vantagem: permite a proteção de cargas que se encontram fora do alcance de um sistema instalado exclusivamente nos bastidores.
Isto inclui a infraestrutura elétrica de alta tensão e certos sistemas auxiliares, como o de refrigeração, cuja continuidade é fundamental para o funcionamento global de um centro de dados de alta densidade.
A IDTechEx acredita que, até 2037, as configurações ao nível de rack e em salas de UPS poderão tornar-se os dois locais predominantes para os supercondensadores em centros de dados.
Complementando as baterias para que respondam em milissegundos
A chegada dos supercondensadores não significa necessariamente a substituição das baterias atualmente utilizadas nos sistemas de alimentação ininterrupta. Ambas as tecnologias servem necessidades diferentes dentro da infraestrutura energética.
Embora as baterias sejam adequadas para armazenar grandes quantidades de energia e proporcionar autonomia durante períodos mais longos, os supercondensadores podem intervir em resposta a variações de energia extremamente rápidas e repetir estes ciclos de carga e descarga com uma frequência elevada.
Esta combinação torna-se especialmente relevante à medida que a capacidade dos bastidores dedicados à inteligência artificial aumenta. A infraestrutura energética já não precisa apenas de responder a possíveis falhas de energia, mas também de gerir mudanças repentinas na procura durante a operação normal do data center.
A localização ideal dependerá, em última análise, de fatores como o design das instalações, a percentagem de cargas destinadas à IA, a possibilidade de modificar os bastidores e a necessidade de proteger outros sistemas elétricos e de refrigeração.
Com um mercado que a IDTechEx prevê que ultrapasse os 950 milhões de dólares até 2037, os supercondensadores poderão, assim, tornar-se um novo elemento da arquitetura energética dos centros de dados, especialmente em instalações onde as cargas de IA exigem a gestão de variações de energia cada vez mais rápidas e intensas.
Autor: Daniel Parr, Analista de Tecnologia, IDTechEx
