John Kohli

Energia nucleare e carbone metteranno il turbo all’intelligenza artificiale?

Le due fonti di alimentazione elettrica più adatte per soddisfare la domanda energetica dei centri dati per l'intelligenza artificiale sono il carbone e il nucleare: ecco perché. L'analisi di John Kohli, Portfolio Manager Franklin Equity Group.

22 Giugno 2024 06:15

John Kohli

La “transizione energetica” è stata un tema sul quale il settore delle utility per le forniture di elettricità negli Stati Uniti si è concentrato da più di un decennio. Questo tema è stato caratterizzato da un passaggio a un maggiore utilizzo di risorse per l’energia rinnovabile, ad esempio solare ed eolica, riducendo la dipendenza da forme di energia tradizionali, quali il carbone e l’energia nucleare. Tuttavia il recente rapido aumento delle previsioni di domanda dell’elettricità con l’adozione diffusa dei progressi tecnologici dell’IA e il fabbisogno di alimentazione elettrica per sostenere questa capacità di calcolo, stanno mettendo alla prova l’aspirazione del settore a liberarsi della sua dipendenza da combustibili con emissioni intensive di carbonio Mentre il settore tecnologico si prepara a spalancare le porte a una nuova era di capacità del supercomputing, quali “Stargate”, l’ambiziosa macchina da 100 miliardi di dollari di Microsoft, il settore dell’alimentazione elettrica si trova a un crocevia. L’eventuale entrata in funzione della macchina Stargate da sola potrebbe richiedere un’incredibile quantità di ben cinque gigawatt (GW) di alimentazione elettrica, che a nostro avviso rappresenta una sfida cruciale, superando decisamente i confini della capacità manifatturiera e le innovazioni algoritmiche: una domanda di alimentazione elettrica monumentale.

L’energia per l’intelligenza artificiale

L’evoluzione delle ipotesi di crescita per i requisiti della domanda di alimentazione elettrica dovuta al data computing legati all’IA e altri progressi tecnologici sono sconvolgenti per un settore nel quale negli ultimi due decenni la domanda è stata sostanzialmente piatta. In effetti dall’era delle dot.com alla fine degli anni Novanta/primi anni Duemila le utility non avevano dovuto preoccuparsi per i margini delle loro riserve di elettricità a fronte di una domanda in aumento. Con la stagnazione della domanda di elettricità negli Stati Uniti, il settore si è concentrato maggiormente sull’energia rinnovabile, eliminando dal sistema la capacità tradizionale. L’età media degli impianti per l’alimentazione elettrica è di 28 anni, per cui è comprensibile che fosse necessario eliminare una parte delle risorse per la generazione convenzionale. In aggiunta, le rigide legislazioni di molti stati mirate alla realizzazione degli obiettivi climatici hanno contribuito alla dismissione sistematica in molte regioni della generazione di energia da centrali a carbone.

Le utility per le forniture di elettricità avevano anticipato un certo aumento della domanda dovuta a svariati fattori, tra cui l’adozione di veicoli elettrici (EV) e il reshoring dell’attività manifatturiera americana, tuttavia secondo le previsioni la crescita di data center dovrebbe superare le attese.

Inoltre le nuove funzioni di IA computing stanno dando una spinta alla domanda, dal momento che la densità dell’alimentazione elettrica per i data center che lavorano con l’IA è fino a 10 volte maggiore rispetto a quelli tradizionali. Secondo un recente report di McKinsey & Company, la quota della domanda di alimentazione elettrica negli Stati Uniti per i consumi dei data center dovrebbe arrivare a 35 GW entro il 2030, più del doppio dei 17 GW consumati nel 2022.

La latenza è stata un problema storico con l’analisi computazionale e imponeva una vicinanza fisica dei data center alla fonte dei dati. I mercati di data center sono stati pertanto particolarmente prevalenti in regioni quali la Silicon Valley e l’area del District of Columbia, oltre ad altri grandi hub tecnologici quali Dallas e Chicago. L’IA computazionale è meno sensibile alla latenza, e pertanto le società tecnologiche stanno estendendo la loro presenza nello sviluppo di data center a regioni in base ad altri requisiti, ad esempio la diffusione delle energie rinnovabili, la facilità nell’ottenere permessi e interconnessioni, la possibilità di incentivi fiscali e il prezzo dell’elettricità in generale. Certe regioni hanno beneficiato della crescita di data center offrendo una serie di incentivi. Ad esempio, Georgia Power (una controllata di Southern Company) ha recentemente corretto la crescita delle vendite retail di elettricità dall’1%-2% nel 2024-2025 a circa il 9% annuale tra il 2025 e il 2028, in considerazione dell’aumento dei data center e di altri sviluppi industriali.

La domanda di data center, insieme alla crescita della domanda industriale generale generata dallo sviluppo del reshoring, presenta un’altra sfida notevole per il settore dell’alimentazione elettrica negli Stati Uniti. Gli IA data center richiedono un’alimentazione affidabile e costante 24/7. L’energia di base tradizionale è la più efficiente per questo requisito, e oggi i fornitori di energia rinnovabile non possono offrirla. I progressi tecnologici hanno reso più efficienti le energie rinnovabili, tuttavia le capacità degli impianti più produttivi sono del 30% per l’energia solare e 45% per quella eolica.

Inoltre anche le batterie più avanzate possono fornire una capacità di backup solo di circa quattro ore, a sostegno della generazione di energia eolica e solare. Gli impianti per l’alimentazione elettrica che sarebbero più idonei per gli IA data center sono esattamente le strutture che nel decennio scorso erano state dismesse per consentire la transizione all’energia elettrica pulita sulla quale si sono concentrati i responsabili delle politiche per l’energia statali e federali.

Il carbone e l’energia nucleare possono risolvere il problema?

A prescindere dai problemi ambientali, le due fonti tradizionali di alimentazione elettrica di base più adatte per soddisfare la domanda di IA data center sono il carbone e l’energia nucleare. La quota percentuale di entrambe queste fonti nella produzione generale di elettricità negli ultimi anni è andata diminuendo. Secondo l’Energy Information Administration degli Stati Uniti, la generazione da centrali a carbone è stata mediamente di 12 GW all’anno tra il 2015 e il 2023, e la dismissione degli impianti seguirà prevedibilmente una traiettoria analoga fino alla fine degli anni 2020.

Essendo altamente affidabile ed esente da emissioni di carbonio, l’energia nucleare è una fonte di alimentazione ambita per i fornitori di data center tecnologici. Nell’ultimo decennio tuttavia molte centrali nucleari sono stati dismessi a causa di proiezioni deboli per il prezzo dell’alimentazione elettrica e l’incapacità dei rispettivi operatori di generare un rendimento economico sufficiente. Solo recentemente, con l’aumento delle proiezioni di domanda per l’alimentazione elettrica, si sono cominciate a vedere maggiori opportunità di rendimento per le centrali nucleari. Sebbene sia troppo tardi per invertire le dismissioni della maggior parte delle centrali nucleari, il Governatore della California ha cercato di fermare la dismissione dell’ultima centrale nucleare dello stato a Diablo Canyon offrendo incentivi economici migliori a Pacific Gas & Electric, l’operatore della centrale. In aggiunta, i tentativi per la creazione di nuove fonti di energia nucleare con metodi tradizionali si sono dimostrati troppo costosi, come dimostra la centrale di alimentazione con due unità Vogtle della Southern Company, il cui recente completamento ha superato di almeno 17 miliardi di dollari il costo previsto per il progetto.⁸ Oggi negli Stati Uniti non è più prevista la costruzione di alcuna nuova centrale di energia nucleare, visto il costo complessivo che ha dovuto addossarsi Southern Company per il completamento della sua.

La pressante necessità di innovazione energetica

Con i requisiti imposti da nuove infrastrutture fisiche per il data computing, il settore dell’alimentazione elettrica dovrebbe passare a un’altra fase avanzata della sua transizione energetica. Non è più sufficiente che i fornitori di alimentazione elettrica accumulino altre risorse passibili di interruzioni e non disponibili su base 24/7. Inoltre i tipi di alimentazione elettrica che tradizionalmente sono stati i più affidabili non soddisfano gli obiettivi climatici, o sono troppo costosi per essere presi in considerazione. Pertanto bisogna passare a prendere in considerazione altre tecnologie che consentano di far fronte a questa sfida e che richiederanno un approccio multiforme. Vi è una necessità pressante di innovazioni nella produzione, lo stoccaggio e la distribuzione dell’energia. La ricerca di fonti di energia alternative e aumenti dell’efficienza energetica avranno un ruolo vitale, e anche i progressi nella tecnologia nucleare potrebbero aiutare a sopire in parte queste preoccupazioni. Varie società nell’ultimo paio di decenni hanno lavorato allo sviluppo di reattori nucleari modulari, di dimensioni più modeste, e certe utility hanno previsto l’adozione di questa tecnologia nella loro pianificazione di risorse a lungo termine.

Ricerca delle giuste soluzioni

Che si tratti di incendi spontanei, uragani, tornado o altre tempeste disastrose, le autorità statali e federali riconoscono quasi all’unanimità che il cambiamento climatico sta avendo un effetto profondo sugli Stati Uniti e le sue infrastrutture. Dovrebbe anche essere chiaro a questi responsabili delle decisioni politiche che gli obiettivi relativi al clima non dovrebbero essere modificati o sacrificati per soddisfare l’improvviso aumento della domanda di elettricità proveniente da IA data center e altri utilizzatori di alimentazione elettrica in rapida crescita. I recenti atti legislativi, tra cui l’Inflation Reduction Act del 2022, in effetti sono ideati per incoraggiare nuovi progressi tecnologici in vari canali del settore dell’alimentazione elettrica, comprese energie rinnovabili, stoccaggio, energia nucleare e idrogeno. Il settore delle utility elettriche ha constatato un aumento nella sua crescita, a fronte di questo sostegno legislativo, e siamo ottimisti sulla capacità del settore nel trovare le soluzioni giuste per affrontare le sfide che si prospettano. Nel complesso, le strutture normative e la politica pubblica dovranno evolversi in tandem a sostegno della crescita prevista per il settore dell’alimentazione elettrica. Guardando al futuro, le sfide costituire allo stesso tempo un ostacolo importante e una notevole opportunità. La ricerca di soluzioni spronerà indubbiamente l’innovazione in vari campi, dalle tecnologie per l’energia pulita a scoperte importanti nell’efficienza del computing. Sia per gli investitori che per i leader del settore il viaggio che si prospetta non consiste unicamente nel finanziamento della prossima generazione di supercomputing, bensì anche nel promuovere un ecosistema sostenibile che coniughi le ambizioni di crescita economica con gli imperativi di stewardship ambientale e responsabilità sociale. L’IA e l’infrastruttura per il computing nel quale opera ci fanno intravedere una strada non solo evoluta tecnologicamente ma anche sostenibile ed equa.