Con il raddoppio delle esigenze di raffreddamento e alimentazione dei data center entro il 2030, qual è il percorso responsabile dal punto di vista ambientale per le infrastrutture AI?
Ogni watt utilizzato per l’elaborazione genera calore. Inoltre, i carichi di lavoro odierni di calcolo ad alte prestazioni (HPC) spingono le densità dei rack oltre i 140 kilowatt (kW) (vedere la Figura 1), con alcuni chip che superano i 1000 watt (W) nella potenza di progettazione termica (TDP). I sistemi di raffreddamento lavorano sempre più intensamente per gestire carichi termici in aumento, facendo crescere i consumi energetici. E con l’accelerazione dell’adozione dell’AI, si prevede che la domanda globale di alimentazione dei data center raddoppierà entro il 2030.
Figura 1. La densità di rack è in aumento, indicando una maggiore concentrazione di server o apparecchiature in uno spazio definito. Fonte – Omdia, dati densità rack
I risultati non costituiscono un’approvazione di Vertiv. Qualsiasi utilizzo di questi risultati avviene a rischio esclusivo di terzi.
Per affrontare questa sfida, tra vincoli di potenza e normative sulle emissioni in continua evoluzione, gli operatori si stanno orientando verso soluzioni energetiche ibride. Combinando l’energia alternativa, o le fonti non basate su fossili, con altre risorse energetiche distribuite (Distributed Energy Resources, DER), i data center possono ridurre la dipendenza da reti elettriche sotto pressione. L’integrazione energetica alternativa con i DER, come le celle a combustibile di idrogeno, i sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) e gli UPS (Uninterruptible Power Supply) interattivi in rete, può migliorare l’efficienza energetica e il profilo di carbonio.
Il raffreddamento del data center non può fallire
L’instabilità dell’alimentazione minaccia i sistemi di raffreddamento dei data center e anche brevi interruzioni possono innescare arresti termici che danneggiano l’hardware e causano costosi fermi operativi. Secondo l’Uptime Institute, un’interruzione su cinque costa ora oltre 1 milione di dollari, mentre molte altre superano i 100.000 dollari (vedere la Figura 2). Con l’intelligenza artificiale che supporta settori critici come finanza, governo e sanità, anche brevi guasti al raffreddamento comportano rischi significativi.
La domanda supera l’offerta
Tuttavia, anche con le soluzioni energetiche ibride, gli operatori devono ancora affrontare una compressione normativa globale. L’Europa impone limiti di capacità e approvazioni progressive (ad esempio in Irlanda) per gestire la stabilità della rete. Gli Stati Uniti puntano su incentivi fiscali e modernizzazione della rete, con requisiti di efficienza più stringenti. Nei mercati urbani ad alta densità come Singapore, standard energetici elevati influenzano la progettazione. Per gli operatori, la sfida è chiara: rispettare normative in evoluzione continuando a scalare la capacità di calcolo.
Figura 2. Oltre la metà (57%) dei partecipanti al sondaggio Uptime Institute 2025 ha dichiarato che l’ultima interruzione significativa è costata oltre 100.000 dollari, con il 20% che ha superato 1 milione di dollari, includendo costi diretti, opportunità perse e danni reputazionali. Fonte: Uptime Institute
Applicazioni delle energie alternative nei data center
L’integrazione delle energie alternative prevede il collegamento di fonti come solare, eolico e bioenergia alle reti elettriche esistenti. Questo approccio richiede la gestione della loro produzione variabile per garantire una fornitura elettrica stabile e affidabile.. L’integrazione utilizza tecnologie come sistemi di accumulo energetico e controlli intelligenti per migliorare l’efficienza e la resilienza della rete, riducendo al contempo l’impatto ambientale.
Contratti di acquisto di energia elettrica (PPA)
Gli accordi di acquisto di energia (PPA) consentono ai data center di acquistare direttamente energia solare o eolica dai produttori. Assicurando contratti a capacità fissa, gli operatori possono garantire un’alimentazione prevedibile e ambientalmente responsabile per il raffreddamento continuo dei data center. Inoltre, i PPA riducono la dipendenza da una rete elettrica volatile e proteggono dalle fluttuazioni dei prezzi.
Microreti sempre attive con BESS
Gli operatori possono implementare microgrid sempre attive integrando generazione solare o eolica con BESS per stabilizzare l’alimentazione dei sistemi critici, come il raffreddamento dei data center. Le batterie immagazzinano l’energia in eccesso e la rilasciano su richiesta, eliminando le interruzioni dovute alla produzione intermittente. Questo garantisce un raffreddamento continuo anche quando la generazione in tempo reale diminuisce. Al Vertiv Customer Experience Center di Delaware, Ohio, Vertiv ha implementato un array fotovoltaico solare (PV) AC da 1 megawatt (MW) e un BESS 1-MW in una microrete sempre attiva (vedere la Figura 3).
Figura 3. I Vertiv™ DynaFlex Battery Energy Storage System (BESS) utilizzano batterie al litio-ferro (LFP) per fornire un’alimentazione sempre attiva su scala di rete. Quando integrati con i sistemi di gestione dell’energia (EMS) Vertiv™ DynaFlex, questi sistemi consentono una gestione sofisticata dell’energia, compresa la gestione della domanda e il potenziale di monetizzare l’energia in eccesso nella rete. Questa integrazione garantisce transizioni senza interruzioni tra varie fonti di energia, tra cui l’energia solare o eolica, per massimizzare l’efficienza e l’affidabilità.
BESS con UPS (Uninterruptible Power Supply, gruppi di continuità) interattivi alla rete
Quando la generazione di energia solare o eolica dei data center scende, un UPS con rete interattiva passa senza problemi a BESS per scaricare l’energia immagazzinata. Allo stesso tempo, questi UPS stabilizzano la frequenza della rete regolando rapidamente i cicli di carica/scarica per compensare l’intermittenza energetica. Questa doppia funzione di storage e bilanciamento della rete consente ai data center di massimizzare il consumo energetico alternativo mantenendo al contempo i tempi di attività, anche con una produzione di energia variabile.
Celle a combustibile idrogeno come fonte di alimentazione di backup e di rete
Le celle a combustibile a membrana polimerica elettrolitica (PEM) ad avvio rapido installate sull'UPS riducono la dipendenza dal generatore diesel e mantengono il raffreddamento durante le interruzioni. Le celle a combustibile a ossido solido (SOFC) possono sostituire l’ingresso della rete, fornendo una potenza base stabile per ambienti di raffreddamento ad alta efficienza (vedere la Figura 4). Al Vertiv Customer Experience Center, i sistemi di celle a combustibile sono stati integrati con successo con UPS per dimostrare questa applicazione in condizioni operative reali.
Figura 4. Se integrato con celle a combustibile, Vertiv™ Liebert® EXL S1 può mantenere la continuità durante improvvise fluttuazioni di potenza e supporta carichi critici. Gli operatori possono collegare queste unità alla rete utilizzando la modalità Vertiv Dynamic Grid Support, fornendo energia dalla cella a combustibile e offrendo servizi di rete come regolazione della frequenza e peak shaving.
Vantaggi dell’integrazione delle energie alternative per il raffreddamento dei data center
Stabilità della rete
L’integrazione delle energie alternative con altre DER contribuisce a ridurre i picchi di domanda sulle utility e ad assorbire le fluttuazioni locali, migliorando l’affidabilità dell’alimentazione per i sistemi di raffreddamento. Secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, l’integrazione dell’energia solare dei data center con BESS può ridurre il carico di picco della rete fino al 20% nelle zone ad alta domanda. Quando la generazione in loco supera le esigenze di raffreddamento e IT, i sistemi possono esportare l’energia in eccesso verso la rete, supportando la regolazione di frequenza e tensione.
Riduzione delle emissioni di carbonio
I data center possono sostituire l’uso di generatori diesel con celle a combustibile a idrogeno per ridurre le emissioni Scope 1. Le celle a combustibile PEM generano elettricità attraverso la conversione elettrochimica, emettendo solo acqua. A differenza dei generatori diesel, possono operare in continuo con un impatto di carbonio quasi nullo quando alimentate da idrogeno proveniente da fonti alternative. L’integrazione dell’energia solare o eolica dei data center per produrre idrogeno tramite elettrolisi a livello di generazione e backup è più efficiente in termini di emissioni di carbonio (vedere la Figura 5).
Figura 5. Le fasi 2 e 3 rappresentano obiettivi a breve e medio termine: ridurre l’avviamento dei generatori diesel tramite microgrid e sostituirli con celle PEM e SOFC come fonti di backup e di potenza primaria.
Efficienza energetica
Le celle a combustibile e i BESS offrono un’efficienza di conversione superiore rispetto ai sistemi di backup tradizionali. Anche se i generatori diesel in genere funzionano con un’efficienza del 30-35%, le celle a combustibile PEM e SOFC possono raggiungere un’efficienza del 50-60% in condizioni ottimali. Inoltre, i DER consentono agli operatori di immagazzinare alimentazione alternativa fuori picco o in loco e di assegnarla direttamente ai carichi di raffreddamento del data center. Ciò riduce le perdite di conversione non necessarie e ottimizza la distribuzione dell’energia tra i data center HPC.
Efficienza dei costi
Il raffreddamento dei data center consuma circa il 40% dell’energia di una struttura, con carichi di lavoro IA che aumentano questo valore. Dal 2018, i prezzi dell’elettricità sono aumentati del 17,2% negli Stati Uniti, del 35,1% in Germania e del 10,5% in Giappone, rendendo la gestione termica una sfida economica crescente. I sistemi a energia alternativa riducono il tempo di funzionamento dei generatori, il consumo di carburante e le esigenze di manutenzione, generando efficienze di costo nel lungo periodo e supportando operazioni continue.
Affidabilità operativa
I DER possono migliorare i tempi di attività consentendo l’indipendenza dalla rete e riducendo gli avviamenti dei generatori diesel. Le microgrid con pannelli fotovoltaici, celle a combustibile e BESS possono operare in modalità isola, fornendo alimentazione costante ai sistemi di raffreddamento anche in caso di blackout. Gli UPS agiscono come hub energetici, passando senza interruzioni tra le fonti, gestendo le fluttuazioni di frequenza e garantendo tempi di commutazione nell’ordine dei millisecondi per le infrastrutture critiche di raffreddamento (vedere la Figura 6).
Figura 6. Un ecosistema energetico dinamico o ibrido può ridurre la vulnerabilità di un data center a una rete instabile combinando più fonti di energia e semplificando i meccanismi di stoccaggio, distribuzione e contingenza.
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