La Batalla pel Megawatt Digital

L'expansió dels centres de dades planteja un dilema aparent entre digitalització i energia, però el futur dependrà de la capacitat d'integrar ambdues transformacions.

Quan sento parlar de les desenes de nous centres de dades que es volen connectar a les xarxes elèctriques europees durant els pròxims anys, sovint tinc la sensació que el debat s'està plantejant de manera equivocada. Es parla dels centres de dades com si fossin una amenaça per al sistema energètic o, a l'inrevés, com si representessin inevitablement el futur de la prosperitat digital europea. La realitat, al meu entendre, és molt més matisada. La qüestió no és si són bons o dolents, sinó si serem capaços d'integrar-los dins d'una estratègia energètica coherent.

No hi ha dubte que,la revolució de la intel·ligència artificial ha convertit la capacitat de càlcul en un recurs estratègic. De la mateixa manera que durant el segle XX les economies industrials competien per l'accés a l'acer, al petroli o a l'electricitat, avui competeixen per l'accés a la computació. Europa ho ha entès. La necessitat de disposar de capacitats pròpies d'intel·ligència artificial, computació al núvol, serveis digitals i sobirania tecnològica està impulsant una autèntica cursa per atraure inversions en centres de dades.

Les xifres són reveladores. Segons l'Agència Internacional de l'Energia (IEA), els centres de dades representaran aproximadament el 10% del creixement de la demanda elèctrica de la Unió Europea fins al 2030. Paral·lelament, McKinsey estima que la potència informàtica instal·lada als centres de dades europeus podria passar d'uns 10 GW el 2023 a prop de 35 GW el 2030. Altres projeccions indiquen que la demanda energètica dels centres de dades europeus podria gairebé duplicar-se abans de final de dècada.

Davant d'aquestes magnituds és comprensible que apareguin preocupacions. Les xarxes elèctriques europees ja afronten el repte d'integrar grans volums de renovables, electrificar la mobilitat i electxrificar al demanda. Afegir-hi desenes de GW de nova demanda digital pot semblar una càrrega excessiva. Però això, és només una part de la història.

La pregunta que em faig és si els centres de dades són realment una amenaça o si, per contra, poden convertir-se en un complement de la transició energètica. La resposta depèn molt més del model de desplegament que no pas de la tecnologia en si mateixa.

És cert que existeixen riscos. L'experiència d'Irlanda és especialment il·lustrativa. En alguns moments, els centres de dades han arribat a representar una proporció tan elevada de la demanda nacional que el gestor de la xarxa ha advertit sobre possibles problemes de seguretat de subministrament. Aquesta situació ha obligat a limitar noves connexions en determinades zones. El mateix debat comença a aparèixer a Alemanya, els Països Baixos, Espanya o el Regne Unit, on els operadors de xarxa principalemtn xarxa desubtransport i transport, reben cada vegada més sol·licituds de connexió associades a projectes vinculats a la intel·ligència artificial.

Però li veig una altra lectura possible. Els centres de dades poden actuar com a motors d'inversió energètica. Poques activitats econòmiques necessiten tanta electricitat fiable durant les vint-i-quatre hores del dia amb un perfils de demadna molt variables. Aquesta necessitat està impulsant contractes de compra d'energia renovable a llarg termini, noves inversions en emmagatzematge i reforços de les xarxes de transport. En certa manera, els centres de dades poden esdevenir els nous consumidors que ajudin a finançar infraestructures energètiques que també beneficiaran la resta de l'economia.

A més, sovint oblidem que els centres de dades no són simplement consumidors passius. Un informe publicat recentment per ENTSO-E destaca que aquestes instal·lacions poden evolucionar cap a recursos flexibles capaços d'ajudar a estabilitzar el sistema elèctric. Determinades càrregues informàtiques poden desplaçar-se temporalment, reduir-se o augmentar-se segons la disponibilitat d'energia renovable. Si aquesta flexibilitat es desenvolupa adequadament, els centres de dades podrien passar de ser percebuts com un problema a formar part de la solució. Si be és cert, la capacitat de flexibiltia ve doanda per els sitèmes de generació o bateries d'emergència o font renovables aosicaides al centres de dades.

En aquest context, resulta especialment interessant observar les propostes que intenten escapar de les limitacions terrestres. Durant els darrers mesos han aparegut iniciatives que plantegen la construcció de centres de dades orbitals alimentats per energia solar. Sobre el paper sembla una idea fascinant: energia abundant, absència de conflictes d'ús del sòl i una infraestructura distribuïda a l'espai. Tanmateix, quan s'analitzen els condicionants físics, la realitat és molt menys optimista.

La notícia recent sobre aquests projectes posa de manifest que els centres de dades espacials s'enfronten a obstacles enormes. A l'espai no existeix la refrigeració per convecció ni per conducció. La calor només es pot eliminar mitjançant radiació, fet que obliga a desplegar superfícies radiadores gegantines. A això s'hi afegeixen els efectes de la radiació còsmica sobre els xips, la degradació dels panells solars i els costos de llançament. Segons l'anàlisi presentada, operar una GPU a l'espai continua sent almenys un ordre de magnitud més car que fer-ho en un centre de dades terrestre.

Aquest fet em reforça una conclusió important sobre els centres de dades orbitals el quals, poden tenir aplicacions molt específiques en observació terrestre, defensa o gestió del trànsit espacial, però no substituiran els grans centres de dades connectats a les xarxes europees durant les pròximes dècades.

Per això crec que plantejar el debat en termes de substitució ara mateix, és un error. No estem davant d'una alternativa entre infraestructures digitals i infraestructures energètiques. Tampoc entre centres de dades terrestres i espacials. El que realment està succeint és una convergència cada vegada més estreta entre el món digital i el món energètic.

La intel·ligència artificial necessitarà més electricitat, però també ajudarà a gestionar millor les xarxes, optimitzar la producció renovable, reduir pèrdues i millorar l'eficiència dels sistemes energètics. La transició energètica i la transformació digital avancen juntes. Separar-les és cada vegada més difícil.

Des de la meva perspectiva, els centres de dades que es desplegaran a Europa són principalment un complement de la transició energètica i de la competitivitat industrial. Ara bé, aquest potencial només es materialitzarà si la seva expansió va acompanyada d'inversions en xarxes, emmagatzematge, flexibilitat i generació renovable. Sense aquesta planificació, poden convertir-se fàcilment en una font de tensions, colls d'ampolla i conflictes territorials.

Per acabar, no crec que siguin un substitut de res. Tampoc una amenaça inevitable. Són una nova infraestructura estratègica que obligarà Europa a replantejar la manera com planifica simultàniament l'energia i la digitalització. I probablement aquesta serà una de les grans decisions industrials de la pròxima dècada: no decidir si volem més centres de dades, sinó determinar com volem que interactuïn amb el sistema energètic que els ha de fer possibles.

Ramon Gallart

Per què Tantes Xarxes Elèctriques Utilitzen Tensions Múltiples de 3, 5 i 11 kV?

Si alguna vegada has observat els nivells de tensió de les xarxes elèctriques de distribució, probablement t'haurà cridat l'atenció una curiositat i és que molts d'ells són múltiples d'11 kV.

És habitual trobar xarxes de 11 kV, 22 kV, 33 kV, 66 kV o 132 kV, especialment en països amb una llarga tradició en sistemes elèctrics britànics. D'on prové aquesta seqüència? És una llei física o simplement una convenció?

La resposta és menys misteriosa del que sembla. No hi ha cap propietat especial del nombre 11. La seva presència és fruit de l'evolució històrica dels sistemes elèctrics, de la necessitat d'estandarditzar els equips i de criteris d'enginyeria orientats a l'eficiència i a l'economia.

Als inicis de l'electrificació, a finals del segle XIX, les centrals elèctriques subministraven energia a pocs quilòmetres de distància, de manera que les tensions eren relativament baixes. Era habitual trobar xarxes de distribució que funcionaven entre 3 kV i 5 kV, suficients per alimentar les primeres zones urbanes i industrials.

A mesura que el consum elèctric va augmentar i les centrals es van allunyar dels punts de consum, es va fer evident la necessitat d'elevar la tensió per reduir les pèrdues durant el transport. Durant les primeres dècades del segle XX van començar a aparèixer xarxes de 10 kV, 11 kV, 13,2 kV i 15 kV, segons el país i el fabricant dels equips. Poc després es van desenvolupar nivells superiors, com 20 kV, 22 kV, 30 kV, 33 kV i 40 kV, que permetien transportar potències més elevades amb una eficiència molt superior.

Aquest increment progressiu de la tensió responia a una necessitat física molt simple. Per a una mateixa potència transportada,

Si augmenta la tensió, disminueix el corrent, i com que les pèrdues en les línies són proporcionals a (I^2R), el rendiment del transport millora de manera considerable.

Durant aquest procés d'expansió, diversos fabricants europeus, especialment al Regne Unit, van adoptar 11 kV com un nivell estàndard de distribució primària. No va ser una decisió basada en cap propietat matemàtica especial, sinó en una combinació de factors i aquest eren que, les limitacions dels materials aïllants de l'època, la tecnologia dels transformadors, la facilitat de fabricació i la necessitat que els equips fossin compatibles entre diferents companyies elèctriques.

Una vegada consolidat aquest estàndard, resultava natural obtenir nous nivells simplement duplicant o triplicant la tensió base. Així van popularitzar-se les xarxes de 22 kV, 33 kV, 66 kV i 132 kV, que permetien reutilitzar criteris de disseny similars tant en transformadors com en aparellatge i aïllaments.

Els transformadors, autèntic cor de qualsevol sistema elèctric, també es beneficiaven enormement d'aquesta estandardització. Treballar amb una família reduïda de tensions simplificava les relacions de transformació, reduïa el nombre de models necessaris, abaratia la fabricació, facilitava el manteniment i assegurava una millor disponibilitat de recanvis.

De vegades s'afirma que l'11 kV deriva del factor de forma de l'ona sinusoïdal, aproximadament 1,11, corresponent a la relació entre el valor eficaç i el valor mitjà rectificat d'una tensió alterna. Tot i que aquest factor és real i molt important en electrotècnia, no existeixen evidències històriques que relacionin l'origen dels 11 kV amb aquesta magnitud. Es tracta simplement d'una coincidència numèrica que ha alimentat un mite força estès.

També és habitual sentir que aquests nivells de tensió es van escollir per compensar una caiguda aproximada del 10 % durant el transport de l'energia. En realitat, aquesta explicació tampoc és correcta. Les caigudes de tensió es controlen mitjançant transformadors amb regulació sota càrrega, compensació de potència reactiva i una correcta planificació de la xarxa. El valor nominal de la tensió respon a criteris globals de disseny, no a la caiguda prevista en una línia determinada.

A partir de mitjan segle XX, amb la interconnexió de grans xarxes nacionals, es van introduir nivells de transport molt més elevats, com 110 kV, 132 kV, 220 kV, 275 kV, 380 kV, 400 kV, 500 kV i 765 kV. En aquests casos, la seqüència basada en múltiples d'11 kV ja deixa de ser predominant i els criteris de selecció responen principalment a la coordinació internacional, les característiques dels aïllaments i l'optimització econòmica del transport d'energia.

Malgrat aquesta evolució, els tradicionals 11 kV, 22 kV, 33 kV i 66 kV continuen presents en nombroses xarxes de distribució arreu del món. No perquè el nombre 11 tingui cap propietat especial, sinó perquè les infraestructures elèctriques evolucionen lentament i les solucions que han demostrat la seva eficàcia acostumen a mantenir-se durant moltes dècades.

L'enginyeria rarament comença de zero. Cada nova generació de xarxes es construeix sobre les anteriors, aprofitant allò que encara funciona. Potser és per això que, més d'un segle després de la seva implantació, aquell aparentment modest 11 kV continua deixant una empremta discreta però persistent en milers de quilòmetres de línies elèctriques que, cada dia, transporten l'energia que fa funcionar la nostra societat.

Ramon Gallart.

525 kV Com l'Autopista Elèctrica Europea.

La nova generació de cables HVDC impulsarà tant les renovables com les interconnexions, però el veritable repte serà adaptar les xarxes de distribució a l'electrificació massiva de l'economia.

La decisió de fer la consulta d'ENTSO-E d'impulsar un marc harmonitzat per als cables d'alta tensió en corrent continu (HVDC) de fins a 525 kV sense dubte, la veig cvom una de les iniciatives més de valor per al futur energètic europeu. Si be és cert que la teòria de la proposta sembla indiscutible dont què, Europa necessita més xarxa, més interconnexions i més capacitat per transportar l'electricitat renovable que haurà d'alimentar una economia cada vegada més electrificada. Tanmateix, darrere dels grans titulars sobre els 584.000 milions d'euros d'inversió necessaris i l'augment previst del 60% de la demanda elèctrica abans del 2030, hi ha preguntes que mereixen una reflexió més profunda.

La tecnologia HVDC de 525 kV ofereix avantatges tècnics evidents. Permet transportar grans quantitats d'energia a llargues distàncies amb menys pèrdues que les línies convencionals de corrent altern, especialment en connexions submarines i corredors transfronterers. Sense aquesta tecnologia seria pràcticament impossible desplegar a gran escala l'eòlica marina del Mar del Nord, del Bàltic o de l'Atlàntic, ni tampoc construir una autèntica xarxa elèctrica europea capaç de compartir excedents renovables entre països.

Des d'una perspectiva industrial, la normalització dels estàndards també és una bona notícia. Europa ha patit en els darrers anys retards importants en projectes energètics a causa de colls d'ampolla en la fabricació d'equips, transformadors i cables. Disposar d'uns criteris comuns i homologació pot reduir terminis, facilitar economies d'escala i donar més seguretat als fabricants i als operadors de xarxa.

Però la qüestió que em faig és si les previsions que justifiquen aquest enorme esforç inversor són realment realistes. La Comissió Europea parla d'un increment del consum elèctric del 60% abans del 2030. Aquesta estimació es basa en l'electrificació del transport, la indústria, la climatització i els nous centres de dades associats a la intel·ligència artificial. És cert que totes aquestes tendències estan avançant, però també ho és que la seva implantació està sent desigual. El vehicle elèctric no creix al mateix ritme a Alemanya que a Espanya, la descarbonització industrial continua trobant obstacles econòmics importants i l'eficiència energètica segueix reduint part de la demanda potencial.

Històricament, les projeccions energètiques han tendit a equivocar-se tant per excés com per defecte. És perfectament possible que el consum europeu no augmenti un 60% abans del 2030. Tanmateix, això no invalida la necessitat de reforçar les xarxes. El veritable problema europeu no és únicament quanta electricitat es consumirà, sinó on es generarà i on s'haurà de consumir. Les grans instal·lacions renovables es desenvolupen sovint lluny dels centres industrials i urbans, fet que obliga a construir infraestructures de transport molt més potents independentment del creixement final de la demanda.

Ara bé, existeix un risc que sovint queda fora del debat públic. Europa està concentrant gran part de l'atenció en la xarxa de transport, però els problemes més immediats podrien aparèixer a la xarxa de distribució. Els grans cables HVDC actuaran com autèntiques autopistes energètiques capaços de moure gigawatts entre països i regions. Però una vegada aquesta electricitat arriba a les subestacions principals, ha de recórrer milers de quilòmetres addicionals per arribar a habitatges, empreses, polígons industrials, punts de recàrrega o centres de dades.

És precisament aquí on li veig una de les incògnites de la transició energètica. Moltes xarxes de distribució europees tenen dècades d'antiguitat i no van ser dissenyades per absorbir milions de vehicles elèctrics, sistemes d'autoconsum, bateries domèstiques o processos industrials electrificats. De fet, en nombrosos territoris els primers problemes de capacitat ja no apareixen a les línies de transport sinó en les xarxes de mitjana i baixa tensió.

Aquesta situació en fa pensar que Europa podria invertir centenars de milers de milions d'euros en construir una extraordinària infraestructura de transport d'energia entre països i, al mateix temps, trobar-se amb dificultats per fer arribar aquesta energia fins al consumidor final. Seria l'equivalent a construir una xarxa d'autopistes d'última generació mentre les carreteres locals continuen sent insuficients per absorbir el trànsit.

Des del punt de vista inversor, això significa que les oportunitats de negoci no es limitaran als grans fabricants de cables o convertidors HVDC. Una part molt significativa dels 584.000 milions previstos acabarà destinant-se a transformadors, centres de transformació, sistemes digitals de control, automatització de xarxes, emmagatzematge distribuït i reforços de les xarxes de distribució. En termes econòmics, la modernització de la distribució podria arribar a ser tan rellevant com la construcció dels grans corredors de transport.

També caldria tenir en compte els riscos financers. Els grans projectes d'infraestructura acostumen a acumular sobrecostos, retards administratius i dificultats d'execució. La demanda simultània de cables, transformadors i equips elèctrics a tota Europa pot tensionar la capacitat industrial i incrementar els preus. A més, la necessitat de mobilitzar una inversió tan elevada en un període relativament curt exigirà una coordinació molt estreta entre governs, reguladors, operadors de xarxa i capital privat.

Malgrat aquests reptes, la direcció estratègica la eig encertada. Europa necessita una xarxa més robusta, més interconnectada i més preparada per a una economia descarbonitzada. Els cables HVDC de 525 kV representen una tecnologia madura, eficient i imprescindible per integrar les grans fonts renovables del futur. Però seria un error pensar que la transició energètica es resoldrà només amb grans infraestructures de transport.

L'èxit dependrà de la capacitat d'avançar simultàniament en dues dimensions i, és que cal construir les grans autopistes energètiques europees i modernitzar les xarxes locals que han de portar aquesta energia fins a cada empresa i cada ciutadà. Si aquest equilibri s'aconsegueix, Europa disposarà de la columna vertebral energètica necessària per sostenir el creixement econòmic i la descarbonització. Si no, els colls d'ampolla simplement es desplaçaran dels corredors internacionals als carrers de les nostres ciutats i polígons industrials. I aleshores, els 525 kV seran una gran solució per a un problema que només haurà canviat de lloc.

Ramon Gallart