Princípio: conscientização sobre carbono
O conteúdo deste vídeo ainda é válido, mas os números de princípio podem ser diferentes devido à renumeração de princípio da Green Software Foundation.
Conscientização sobre carbono
Nem toda eletricidade é produzida da mesma maneira. Em locais e em momentos diferentes, a eletricidade é criada por meio de várias fontes com emissões variáveis de carbono. Algumas fontes, como eólica, solar ou hidrelétrica, são fontes limpas e renováveis que não emitem nenhum carbono. Outras fontes de combustíveis fósseis emitem quantidades variadas de carbono para produzir eletricidade. Por exemplo, usinas de combustão de gás emitem menos carbono do que usinas de combustão de carvão.
Intensidade de carbono
A intensidade de carbono da eletricidade é uma medida de quantas emissões de carbono (CO₂eq) são produzidas por quilowatt-hora de eletricidade consumida.
A unidade padrão da intensidade de carbono é gCO₂eq/kWh, ou gramas de carbono por quilowatt-hora.
Se o computador for conectado diretamente a uma usina hidrelétrica, a eletricidade consumida terá uma intensidade de carbono igual a zero gCO₂eq/kWh. Uma usina hidrelétrica não emite nenhum carbono para produzir essa eletricidade. A maioria das pessoas não pode se conectar diretamente a usinas hidrelétricas. Em vez disso, elas se conectam a redes de energia abastecidas com eletricidade de uma mistura de fontes que produzem quantidades variadas de carbono. Portanto, quando ele é conectado a uma rede, a intensidade de carbono costuma ser um número maior que zero.
Variabilidade de intensidade de carbono
A intensidade de carbono varia por local, pois algumas regiões têm uma mistura energética que contém mais fontes de energia limpas do que outras.
A intensidade de carbono também muda ao longo do tempo devido à natureza variável da energia renovável. Por exemplo, quando está nublado ou não há vento, a intensidade de carbono aumenta, porque uma parte maior da eletricidade em sua mistura provém de fontes que emitem carbono.
A demanda de eletricidade varia durante o dia e a oferta precisa atender a essa demanda. Parte desse abastecimento pode controlar facilmente a energia produzida; por exemplo, uma usina de carvão pode queimar menos carvão. Parte desse abastecimento não pode controlar facilmente a energia produzida. Por exemplo, uma fazenda eólica não pode controlar a intensidade do vento e ela só pode descartar (limitar) a eletricidade que foi produzida essencialmente de graça.
Como um subproduto da forma como os mercados de energia funcionam conforme a demanda de eletricidade diminui, normalmente, as fontes de energia oriundas de combustíveis fósseis de alta emissão são reduzidas primeiro e as fontes renováveis são reduzidas por último.
Reduzir a eletricidade consumida por seus aplicativos pode diminuir a intensidade de carbono da mistura energética das redes locais.
Intensidade de carbono marginal
Normalmente, uma usina marginal é um sistema que pode reagir rapidamente às mudanças na demanda de eletricidade, como uma turbina a gás.
Se você consumir mais energia, essa energia virá da usina marginal. No entanto, não pode ser uma turbina eólica nem células solares, pois você não poderá comandá-las para produzir mais.
Essa usina pode controlar a energia produzida. As energias renováveis não podem controlar o sol nem o vento, ou seja, as usinas marginais costumam ser alimentadas por combustíveis fósseis.
A usina marginal emite carbono e, a qualquer momento, temos a intensidade de carbono da mistura de energia na rede e a intensidade de carbono da energia que precisará ser colocada em operação para atender à nova demanda. Isso é chamado de intensidade marginal de carbono.
As usinas alimentadas por combustíveis fósseis raramente alcançam zero: elas têm um limite de funcionamento mínimo. Algumas não são escaladas e são consideradas uma carga base sempre ativa consistente. Por isso, às vezes, podemos ter um cenário nem um pouco razoável em que descartamos (limitamos) a energia renovável criada gratuitamente para consumir energia das usinas alimentadas por combustíveis fósseis produzida por um combustível que custa dinheiro.
Se uma nova carga for atendida com o abastecimento de uma fonte renovável que, de outra forma, teria sido limitada, a intensidade de carbono marginal será zero gCO₂eq/kWh.
Há momentos em que a intensidade de carbono marginal da eletricidade é de zero gCO₂eq/kWh. A execução da computação durante esses períodos não resulta na emissão de carbono do consumo de eletricidade.
Mudança na demanda
No momento, não há muito armazenamento nem buffer nos sistemas de rede elétrica. Normalmente, a eletricidade é produzida para que o abastecimento sempre atenda à demanda. Se mais energia for gerada de fontes renováveis do que o necessário para dar suporte à demanda, e todas as nossas opções de armazenamento estiverem cheias, nós limitaremos (descartaremos) essa energia limpa. Uma solução é mudar as cargas de trabalho para horários e locais em que haja mais abastecimento de energia renovável. Isso é chamado de mudança de demanda.
Se você puder ser flexível com relação a quando e onde executa as cargas de trabalho, poderá consumir eletricidade quando a intensidade de carbono for menor e pausá-la quando a intensidade for maior. Por exemplo, treinar um modelo de machine learning em um horário ou em uma região diferente com uma intensidade de carbono muito menor.
Estudos como Colocação de uma figura de CO₂ em uma peça da computação mostraram que essas ações podem reduzir as emissões de carbono em até 45% a 99%, dependendo do número de fontes renováveis que ativam a rede.
Examine seu aplicativo de ponta a ponta, identifique oportunidades para ter flexibilidade em relação a cargas de trabalho e use a intensidade de carbono da eletricidade para sinalizar quando ou se essas cargas de trabalho serão executadas.
Calcular a intensidade de carbono
Vários serviços permitem que você obtenha dados em tempo real com relação à intensidade de carbono atual de diferentes redes de eletricidade. Alguns deles fornecem estimativas da intensidade de carbono futura e alguns oferecem a intensidade de carbono marginal.
Carbon Intensity API: Recurso gratuito para dados de intensidade de carbono no Reino Unido
ElectricityMap: Gratuito para uso não comercial por país/região, soluções Premium para acesso comercial e de vários países/regiões
WattTime: Gratuito para uma região da rede, soluções Premium para emissões marginais de várias redes e em tempo real
A mudança de demanda é a estratégia de mover a computação para regiões ou horários em que a intensidade de carbono é menor ou, em outras palavras, quando o abastecimento de eletricidade renovável é alto.
A modelagem de demanda é uma estratégia semelhante, mas, em vez de mover a demanda para uma região ou horário diferente, modelamos nossa demanda para corresponder ao abastecimento existente.
Se o fornecimento de energia renovável for alto, aumente a demanda (use mais seus aplicativos); se o fornecimento for baixo, diminua a demanda (use menos seus aplicativos).
Um ótimo exemplo desse conceito é o software de videoconferência. Em vez de fazer a transmissão na qualidade mais alta possível constantemente, em geral, a demanda é moldada, reduzindo a qualidade do vídeo para priorizar o áudio.
Outro exemplo é o TCP/IP. A velocidade de transferência aumenta em resposta ao volume de dados que podem ser transmitidos pelo fio.
Um terceiro exemplo é a melhoria progressiva com a Web. A experiência da Web é aprimorada dependendo dos recursos e da largura de banda do dispositivo do usuário final.
Com reconhecimento de carbono versus com eficiência de carbono
A eficiência de carbono pode ser transparente para o usuário final. Você pode ter mais eficiência em todos os níveis quando converte o carbono em funcionalidades úteis, mantendo a experiência do usuário igual.
Mas, em algum momento, ter mais eficiência de carbono de modo transparente não será o bastante. Se o custo de carbono da execução de um aplicativo no momento for muito alto, poderemos alterar a experiência do usuário para reduzir ainda mais as emissões de carbono. No momento em que o usuário sabe que o aplicativo está sendo executado de modo diferente, ele se torna um aplicativo com reconhecimento de carbono.
A modelagem de demanda para aplicativos com reconhecimento de carbono tem a ver com o fornecimento de carbono. Quando o custo de carbono da execução de seu aplicativo se tornar alto, modele a demanda para corresponder ao fornecimento de carbono. Isso pode acontecer automaticamente ou o usuário pode fazer uma escolha.
A modelagem de demanda está relacionada a um conceito mais amplo em sustentabilidade, que é a redução do consumo. Podemos fazer muito nos tornando mais eficientes com os recursos, mas, em algum momento, precisamos consumir menos. Como Engenheiros de Software Sustentáveis, ser eficiente em carbono significa que quando a intensidade de carbono for alta, em vez de mudar a demanda da computação, consideramos cancelá-la, reduzindo assim as demandas de nosso aplicativo e as expectativas dos usuários finais.
Modos ecológicos
Os modos ecológicos geralmente são usados cotidianamente: por exemplo, em carros ou máquinas de lavagem. Quando ativado, o desempenho muda à medida que eles consomem menos recursos (gás/eletricidade) para executar a mesma tarefa. Isso não é gratuito (caso contrário, sempre escolheríamos modos ecológicos), portanto, fazemos compensações. Como é uma compensação, os modos ecológicos quase sempre são apresentados a um usuário como uma opção, e o usuário decide se deseja usá-los e aceitar os compromissos.
Os aplicativos de software também podem ter modos ecológicos que, quando ativados, mudam o comportamento do aplicativo potencialmente de duas maneiras:
Inteligência: fornece informações aos usuários para a tomada de decisões informadas.
Automático: o aplicativo automaticamente toma decisões mais agressivas para reduzir as emissões de carbono.