Principio: Concienciación del carbono
El contenido de este vídeo sigue siendo válido, pero los números de los principios pueden diferir debido a la nueva numeración de principios de la Green Software Foundation.
Concienciación del carbono
No toda la electricidad se genera de la misma manera. En diferentes lugares y épocas, la electricidad se genera utilizando diversas fuentes con diferentes emisiones de carbono. Algunas fuentes, como las eólicas, las solares o las hidroeléctricas, son limpias y renovables, y no emiten carbono. Otras fuentes de combustible fósil emiten diferentes cantidades de carbono para generar electricidad. Por ejemplo, las centrales eléctricas alimentadas por gas emiten menos carbono que las alimentadas por carbón.
intensidad del carbono
La intensidad del carbono de la electricidad es una medida de la cantidad de emisiones de carbono (CO₂eq) que son generadas por kilovatio/hora de consumo eléctrico.
La unidad estándar de la intensidad del carbono es gCO₂eq/kWh, o gramos de carbono por kilovatio/hora.
Si conectara el equipo directamente a una central hidroeléctrica, la electricidad que consumiría tendría una intensidad de carbono de zero gCO₂eq/kWh. Una central hidroeléctrica no emite carbono para generar esa electricidad. La mayoría de los usuarios no se pueden conectar directamente a centrales hidroeléctricas. En su lugar, se conectan a redes eléctricas a las que se les proporciona electricidad por medio de una combinación de fuentes que generan cantidades de carbono variables. Por tanto, cuando se conecta a una red, la intensidad del carbono suele ser superior a cero.
Variabilidad de la intensidad del carbono
La intensidad del carbono cambia por ubicación, ya que algunas regiones tienen una combinación energética que contiene más fuentes de energías limpias que otras.
La intensidad del carbono también cambia con el tiempo debido a la naturaleza variable de la energía renovable. Por ejemplo, cuando está nublado o no sopla el viento, la intensidad del carbono aumenta porque la electricidad de la combinación proviene de orígenes que emiten carbono.
La demanda de electricidad varía durante el día y es el suministro el que debe satisfacer dicha demanda. Parte de ese suministro puede controlar con facilidad la potencia que genera; por ejemplo, una central eléctrica alimentada con carbón puede consumir menos carbón. Parte de ese suministro no puede controlar fácilmente la potencia que genera; por ejemplo, una granja eólica no puede controlar la velocidad del viento, y solo puede descartar (reducir) electricidad que, básicamente, se ha generado de manera gratuita.
Como efecto secundario del funcionamiento de los mercados energéticos cuando se reduce la demanda de electricidad, por lo general, primero se escalan horizontalmente las fuentes de energía alimentadas mediante combustibles fósiles que más emiten y, luego, las fuentes renovables.
Si se reduce la cantidad de electricidad que consumen las aplicaciones, se puede reducir la intensidad del carbono de la combinación energética de las redes locales.
Intensidad marginal del carbono
Normalmente, una central eléctrica marginal es un sistema que puede reaccionar rápidamente a los cambios en la demanda de electricidad, como una turbina de gas.
Si consume más energía, esa energía proviene de la central eléctrica marginal. Sin embargo, no puede ser una turbina eólica ni celdas solares, ya que no puede ordenarles que produzcan más.
Esa central eléctrica puede controlar la energía que genera. Las fuentes renovables no pueden controlar el sol o el viento, por lo que las centrales eléctricas marginales se suelen alimentar con combustibles fósiles.
La central marginal emite carbono y en cualquier momento dado se cuenta con la intensidad del carbono de la combinación de energía de la red, y con la de la energía que se tendría que haber generado para satisfacer la demanda nueva. Esto se denomina "intensidad del carbono marginal".
Las centrales eléctricas alimentadas mediante combustibles fósiles rara vez llegan a cero; tienen un umbral de funcionamiento mínimo. Algunas no se escalan y se consideran una carga básica coherente siempre activada. Por este motivo, a veces podemos llegar a la sinrazón de descartar (reducir) la energía renovable que se ha generado de forma gratuita para consumir la energía de centrales eléctricas generada mediante un combustible sólido que cuesta dinero.
Si una carga nueva se completara con el suministro de una fuente renovable que de otro modo se habría reducido, la intensidad del carbono marginal sería zero gCO₂eq/kWh.
Hay momentos en los que la intensidad del carbono marginal de la electricidad es zero gCO₂eq/kWh. Si en ese momento se realizan cálculos, el resultado es que el consumo eléctrico no emite carbono.
Desplazamiento de la demanda
Los sistemas de redes eléctricas actuales apenas cuentan con almacenamiento o almacenamiento en búfer. Normalmente, se genera electricidad para que el suministro siempre satisfaga la demanda. Si se genera más energía de la necesaria de fuentes renovables para admitir la demanda y todas las opciones de almacenamiento están llenas, esa energía limpia se reduce (se descarta). Una solución consiste en desplazar las cargas de trabajo a horas y ubicaciones con más suministro de energía renovable, lo que se denomina desplazamiento de la demanda.
Si puede ser flexible con respecto a cuándo y dónde se ejecutan las cargas de trabajo, puede consumir electricidad cuando la intensidad de carbono sea menor y detenerse cuando sea alta. Por ejemplo, entrenar un modelo de Machine Learning a una hora o en una región distintas donde la intensidad del carbono es mucho menor.
En estudios como Incluir una cifra de CO2 en un cálculo se ha demostrado que estas acciones pueden dar lugar a una reducción del carbono de entre el 45 % y el 99 %, según el número de renovables que alimenten la red.
Examine la aplicación de manera global, identifique las oportunidades para ser flexible con respecto a las cargas de trabajo y use la intensidad del carbono de la electricidad para indicar cuándo o si se deben ejecutar esas cargas de trabajo.
Cálculo de la intensidad del carbono
Hay varios servicios que permiten obtener datos en tiempo real con respecto a la intensidad del carbono actual de distintas redes eléctricas. Algunos proporcionan estimaciones futuras de la intensidad del carbono y otros, la intensidad del carbono marginal.
Carbon Intensity API: recurso gratuito para datos de la intensidad del carbono en el Reino Unido
ElectricityMap: gratuito para uso no comercial en un solo país o región; soluciones prémium para acceso comercial y en varios países o regiones.
WattTime: gratuito para una región con una sola red, soluciones prémium para varias redes y emisiones marginales en tiempo real
El desplazamiento de la demanda es la estrategia de mover el proceso a horas o regiones en las que la intensidad del carbono es menor; dicho de otro modo, cuando el suministro de electricidad renovable es elevado.
El modelado de la demanda es una estrategia similar, pero, en lugar de trasladar la demanda a otra región u hora diferente, la demanda se modela para que coincida con el suministro existente.
Si el suministro de energía renovable es elevado, aumente la demanda (haga más en las aplicaciones); si el suministro es bajo, reduzca la demanda (haga menos en las aplicaciones).
Un buen ejemplo de este concepto es el software de videoconferencia. En lugar de transmitir a la máxima calidad posible, a menudo la demanda se moldea mediante la reducción de la calidad del vídeo para priorizar el audio.
Otro ejemplo es TCP/IP. La velocidad de transferencia aumenta en respuesta a la cantidad de datos que se pueden retransmitir a través de la conexión.
Un tercer ejemplo es la mejora progresiva con la Web. La experiencia web mejora en función de los recursos y el ancho de banda del dispositivo del usuario final.
Diferencias entre tener en cuenta el carbono y la eficiencia del carbono
La eficiencia del carbono puede ser transparente para el usuario final. Puede ser más eficiente en cada nivel de la conversión de carbono en una funcionalidad útil y, al mismo tiempo, mantener la misma experiencia del usuario.
Pero llegará un momento en el que la transparencia de la eficiencia de carbono no sea suficiente. Si el costo de carbono de ejecutar una aplicación ahora es demasiado alto, se puede cambiar la experiencia del usuario para reducir todavía más las emisiones de carbono. Cuando el usuario es consciente de que la aplicación se ejecuta de otra manera, se convierte en una aplicación que tiene en cuenta el carbono.
El modelado de la demanda de las aplicaciones que tienen en cuenta el carbono se reduce al suministro. Cuando el costo de carbono de ejecutar la aplicación sea elevado, modifique la demanda para que coincida con el suministro de carbono. Esto puede ocurrir de forma automática, o bien el usuario puede elegir la opción que más le convenga.
El modelado de la demanda está relacionado con un concepto de sostenibilidad más amplio: la reducción del consumo. Se puede conseguir mucho más si los recursos se usan de forma eficiente, pero llegará un momento en el que también haya que consumir menos. Como ingenieros de software sostenible, la eficiencia del carbono significa que, cuando la intensidad del carbono sea alta, en lugar de calcular el desplazamiento de la demanda, se considerará la posibilidad de cancelarla, disminuyendo así las demandas de la aplicación y las expectativas de los usuarios finales.
Modos de ahorro
Los modos de ahorro se suelen usar a diario, por ejemplo, en automóviles o lavadoras. Cuando se activan, el rendimiento cambia a medida que se consumen menos recursos (gas o electricidad) para realizar la misma tarea. Como no carecen de costos (de lo contrario, siempre se elegirían los modos de ahorro), se producen contrapartidas. Al tratarse de contrapartidas, los modos de ahorro casi siempre se presentan al usuario como una opción, y el usuario decide si quiere seguir adelante y aceptar los compromisos.
Las aplicaciones de software también pueden tener modos de ahorro que, al activarlos, cambien el comportamiento de la aplicación de dos maneras posibles:
Inteligencia: se trata de ofrecer información a los usuarios para que puedan tomar decisiones fundamentadas.
Automática: la aplicación toma decisiones más agresivas para reducir las emisiones de carbono.