Cómo afrontar el reto energético de los centros de datos… con baterías.

Las crecientes exigencias computacionales de las cargas de trabajo de entrenamiento e inferencia de la IA están generando una demanda de energía sin precedentes y ejerciendo presión sobre las redes eléctricas que no fueron diseñadas para hacer frente a esta rápida expansión.

En este contexto, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) están emergiendo como un componente fundamental de la infraestructura energética moderna.

Anteriormente consideradas principalmente como fuentes de alimentación de respaldo, las instalaciones de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) se están integrando cada vez más en arquitecturas de sistemas de energía sofisticados.

Comprender BESS

Un sistema de almacenamiento de energía en baterías combina básicamente celdas de baterías electroquímicas, equipos de conversión de energía, sistemas de gestión térmica, sistemas de seguridad y software de control avanzado.

Soluciones de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) de Cummins Power Generation

Si bien el hardware de la batería almacena y suministra energía, la capa de software es cada vez más donde se crea el valor.

Los sistemas modernos de gestión de energía (EMS, por sus siglas en inglés) supervisan continuamente los perfiles de carga, las condiciones de la red, los precios de la electricidad y, en algunos casos, las previsiones de generación de energía renovable.

Esto permite a los operadores optimizar cómo y cuándo se almacena, descarga o intercambia la energía con otros activos energéticos.

Según Dinesh Balaji Ramaraj, gerente de desarrollo comercial y marketing de Cummins, “El EMS es el cerebro: es lo que convierte un conjunto de activos desconectados en una planta de energía optimizada.

“Pronostica la carga, los precios y las condiciones meteorológicas, y funciona en paralelo con la red eléctrica, coordinando los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) in situ y la energía primaria para minimizar los costes y las emisiones, al tiempo que garantiza la fiabilidad operativa y gestiona las limitaciones de la red.”

Dinesh Balaji Ramaraj, Gerente de Desarrollo Comercial y Marketing de Cummins Power Generation.

Este nivel de coordinación está adquiriendo cada vez más importancia a medida que los operadores de centros de datos buscan equilibrar los requisitos de fiabilidad y los objetivos de sostenibilidad.

La necesidad de más y más energía

Para muchos operadores, obtener suficiente energía se ha convertido en uno de los mayores obstáculos para la expansión.

El rápido crecimiento de la infraestructura de IA, sumado a los problemas con las conexiones de servicios públicos, crea un cuello de botella para los desarrolladores, quienes también están bajo presión para reducir las emisiones y mejorar la eficiencia energética.

Además, en muchas regiones, las mejoras en la red eléctrica pueden tardar años en completarse, lo que agrava el problema.

“La relación velocidad-potencia es la principal limitación”, afirma Dinesh. “Las colas de interconexión de servicios públicos se extienden ahora durante años, mientras que la demanda de computación no puede esperar”.

Como resultado, los operadores están recurriendo cada vez más a estrategias energéticas más diversificadas que van más allá de las conexiones tradicionales a la red, incluyendo el almacenamiento, la generación in situ y el control de microrredes.

Por qué las cargas de trabajo de IA cambian la ecuación

Los centros de datos tradicionales suelen presentar patrones de consumo de energía relativamente predecibles.

Las plataformas de IA, en particular las dedicadas al entrenamiento de modelos, se comportan de manera diferente.

“Los centros de datos tradicionales soportan cargas relativamente constantes; el entrenamiento de IA es lo opuesto: los clústeres de GPU [unidades de procesamiento gráfico] sincronizados pasan de estar inactivos al 100 % de carga en milisegundos, lo que crea fuertes fluctuaciones de energía”, dice Dinesh.

Estas rápidas fluctuaciones crean dificultades para los transformadores, los interruptores, los generadores y las conexiones de servicios públicos.

Adobe Stock

Las instalaciones de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) se están implementando cada vez más como un amortiguador entre las cargas informáticas volátiles y el sistema eléctrico en general.

BESS como amortiguador

Una de las funciones más importantes de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) en los centros de datos modernos es la mitigación de oscilaciones (o estabilización de carga).

En lugar de permitir que los cambios repentinos de carga impulsados por la IA se propaguen por todo el sistema eléctrico, las baterías pueden suavizar las fluctuaciones antes de que afecten a la infraestructura anterior.

Dinesh describe el papel de la tecnología diciendo: “El BESS se está convirtiendo en el amortiguador de la arquitectura eléctrica. Su función principal es desacoplar el impacto de las cargas de computación volátiles en la red y los activos de generación”.

El tiempo de respuesta es una ventaja clave. Mientras que los generadores convencionales requieren tiempo para aumentar la potencia de salida, los modernos sistemas de baterías con inversor pueden responder en milisegundos. Esto los hace especialmente eficaces para gestionar eventos transitorios, perturbaciones de voltaje y cambios repentinos en la demanda.

Integración de la red eléctrica, los generadores y el almacenamiento.

En la mayoría de las instalaciones de gran carga, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) forman parte de un ecosistema energético más amplio que puede incluir el suministro de la red eléctrica, generadores de reserva, activos de energía renovable y sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS).

En este sistema, la batería proporciona la energía de reserva crítica durante períodos prolongados, para respaldar el funcionamiento estable tanto de los activos principales en el sitio como la resiliencia general de la red.

Las conexiones a la red eléctrica suministran energía a granel, los generadores proporcionan capacidad in situ a largo plazo y la batería gestiona las fluctuaciones a corto plazo.

El resultado es un sistema eficiente y resistente. En lugar de responder continuamente a los cambios transitorios de carga, los generadores pueden operar más cerca de sus puntos de eficiencia óptima, lo que reduce el desgaste y mejora el consumo de combustible.

Cada vez más, los sistemas de almacenamiento también se utilizan para garantizar la continuidad del suministro eléctrico en caso de interrupción de la red.

Sistema de energía totalmente integrado de Cummins

Acelerar el despliegue de centros de datos

Otro beneficio potencial de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) reside en la aceleración de la ejecución de los proyectos.

Dado que los sistemas de baterías pueden suministrar energía temporalmente durante los períodos de máxima demanda, las instalaciones podrían funcionar con una conexión a la red eléctrica menor de la que se necesitaría de otro modo.

En estos casos, el desarrollo podría continuar mientras las empresas de servicios públicos abordan las mejoras de red a largo plazo.

Dinesh afirma: "Hemos visto cómo los sistemas BESS pueden ayudar a que las instalaciones entren en funcionamiento años antes de una actualización de la subestación, y luego dimensionar correctamente la conexión a la red una vez que la compañía eléctrica se pone al día".

Para los operadores que se enfrentan a una intensa presión para poner en marcha su capacidad rápidamente, esta flexibilidad puede resultar de gran valor.

Apoyar la integración de las energías renovables

Cada vez más, las energías renovables desempeñan un papel importante en las estrategias de sostenibilidad de los centros de datos. Sin embargo, la generación de energía solar y eólica es inherentemente variable, lo que plantea desafíos para las instalaciones que requieren un suministro eléctrico continuo y fiable.

El almacenamiento en baterías ayuda a cerrar esta brecha al capturar la energía renovable cuando está disponible y suministrarla cuando la demanda supera la generación.

Esta capacidad permite a los operadores aprovechar mejor las instalaciones solares in situ o la energía renovable adquirida mediante acuerdos energéticos específicos. Asimismo, respalda los enfoques emergentes para la reducción de emisiones de carbono, que se centran en igualar el consumo eléctrico con una generación más limpia cada hora, en lugar de simplemente adquirir certificados anuales de energía renovable.

Como dice Dinesh, “los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) son un factor clave para la reducción de la contaminación de Alcance 2, ya que permiten que una instalación utilice realmente la energía renovable que adquiere, almacenando la generación limpia y descargándola cuando la red está más contaminada”.

Sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) integrado con fuentes de energía renovables como la eólica y la solar.

Reducción de picos de demanda y gestión de costes energéticos

Si bien la resiliencia sigue siendo un factor clave, la economía cobra cada vez más importancia en el análisis de viabilidad del almacenamiento de energía. Muchas tarifas eléctricas industriales y comerciales incluyen cargos por demanda significativos, basados en el consumo máximo de energía a corto plazo de una instalación. Los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) pueden reducir estos cargos al suministrar energía durante los períodos de máxima demanda, disminuyendo así la necesidad total de la instalación en la red eléctrica.

El almacenamiento también puede utilizarse para el arbitraje energético, cargando cuando los precios de la electricidad son bajos y descargando durante los períodos más caros. En regiones con mercados eléctricos volátiles, estas capacidades pueden mejorar sustancialmente la rentabilidad operativa y, al mismo tiempo, reducir la presión sobre la red eléctrica.

Adaptación a aplicaciones de varios megavatios

Gracias a su modularidad, los sistemas de baterías modernos permiten a los operadores ampliar la capacidad gradualmente a medida que aumentan las necesidades informáticas. Esta escalabilidad se ajusta perfectamente al enfoque de desarrollo por fases que se suele utilizar en la construcción de centros de datos. Dicho esto, crear instalaciones de almacenamiento de varios megavatios implica mucho más que simplemente añadir baterías.

Dinesh afirma: "Si se configuran correctamente los controles del sistema, la conexión a tierra y la protección, el escalado se vuelve prácticamente repetible".

Este enfoque modular también crea oportunidades para una futura expansión sin necesidad de rediseñar por completo la infraestructura eléctrica subyacente.

Más allá de las baterías

De cara al futuro, muchos observadores del sector prevén la aparición de sistemas híbridos cada vez más sofisticados que combinen almacenamiento, generación convencional, energías renovables y tecnologías emergentes bajas en carbono, como motores de hidrógeno y pilas de combustible.

En estos entornos, los sistemas de control inteligentes determinarán qué fuente de energía debe funcionar en cada momento en función del coste, la disponibilidad, las emisiones y los requisitos de fiabilidad.

“Prevemos que las fronteras entre generación, almacenamiento y respaldo se irán difuminando progresivamente hacia microrredes integradas que se autooptimicen en tiempo real”, explica Dinesh.

Para fabricantes como Cummins, que están desarrollando tecnologías en múltiples ámbitos energéticos, esta tendencia refuerza la importancia de las soluciones energéticas integradas en lugar de los productos aislados.

Mantenimiento, seguimiento y ciclo de vida

Como ocurre con cualquier infraestructura crítica, el mantenimiento continuo sigue siendo importante. Sin embargo, gran parte de la gestión de activos actual se puede realizar de forma remota mediante plataformas de monitorización avanzadas que analizan continuamente el estado de la batería, el rendimiento térmico y los datos operativos.

Este enfoque predictivo permite a los operadores identificar posibles problemas antes de que afecten a la disponibilidad, mejorando la fiabilidad y reduciendo los costes de mantenimiento.

De cara al futuro, el sector también se centra cada vez más en la sostenibilidad del ciclo de vida.

Las aplicaciones de baterías de segunda vida, la recuperación de materiales y los programas de reciclaje están adquiriendo mayor importancia a medida que crece el mercado de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS).

Al evaluar el costo total de propiedad, estos factores deben considerarse junto con los costos de capital, los ahorros operativos y otros beneficios.

Para muchas aplicaciones, la solución más eficaz no consiste en elegir entre baterías y generadores, sino en una combinación de tecnologías cuidadosamente diseñada.

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Este artículo fue producido por KHL Content Studio, en colaboración con expertos de Cummins.

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Todas las imágenes sin acreditar son cortesía de Cummins.

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