Princípio: Consciência do carbono
O conteúdo deste vídeo ainda é válido, mas os números principais podem diferir devido à renumeração do princípio da Green Software Foundation.
Consciência do carbono
Nem toda a eletricidade é produzida da mesma forma. Em diferentes locais e horários, a eletricidade é produzida utilizando várias fontes com emissões de carbono variáveis. Algumas fontes, como eólica, solar ou hidrelétrica, são fontes limpas e renováveis que não emitem carbono. Outras fontes de combustíveis fósseis emitem quantidades variáveis de carbono para produzir eletricidade. Por exemplo, as centrais elétricas a gás emitem menos carbono do que as centrais elétricas a 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 de intensidade de carbono é gCO₂eq/kWh, ou gramas de carbono por quilowatt-hora.
Se o seu computador fosse ligado diretamente a uma central hidroelétrica, a eletricidade que consumia teria uma intensidade de carbono de zero gCO₂eq/kWh. Uma usina hidrelétrica não emite carbono para produzir essa eletricidade. A maioria das pessoas não consegue se conectar diretamente às usinas hidrelétricas. Em vez disso, ligam-se a redes elétricas abastecidas com eletricidade proveniente de uma mistura de fontes que produzem quantidades variáveis de carbono. Portanto, quando conectado a uma rede, sua intensidade de carbono geralmente é maior que zero.
Variabilidade da intensidade de carbono
A intensidade do carbono muda de acordo com a localização, porque algumas regiões têm um cabaz energético que contém mais fontes de energia limpa do que outras.
A intensidade de carbono também muda ao longo do tempo devido à natureza variável das energias renováveis. Por exemplo, quando está nublado ou o vento não sopra, a intensidade de carbono aumenta porque mais eletricidade na sua mistura vem de fontes que emitem carbono.
A demanda de eletricidade varia durante o dia, e a oferta precisa atender a essa demanda. Parte dessa fonte pode facilmente controlar a energia que produz; Por exemplo, uma central elétrica a carvão pode queimar menos carvão. Parte dessa fonte não consegue controlar facilmente a energia que produz; Por exemplo, um parque eólico não pode controlar o quanto o vento sopra e só pode deitar fora (reduzir) a eletricidade que foi feita essencialmente de graça.
Como subproduto da forma como os mercados de energia funcionam, à medida que a procura de eletricidade diminui, normalmente, as fontes de energia de combustíveis fósseis com emissões elevadas são reduzidas primeiro, com as energias renováveis reduzidas em último lugar.
Reduzir a quantidade de eletricidade consumida em suas aplicações pode diminuir a intensidade de carbono na matriz energética da rede local.
Intensidade marginal de carbono
Normalmente, uma usina marginal é um sistema que pode reagir rapidamente a mudanças na demanda de eletricidade, como uma turbina a gás.
Se você consome mais energia, essa energia vem da usina marginal. No entanto, não pode ser uma turbina eólica ou células solares, pois você não pode comandá-las a produzir mais.
Essa central pode controlar a energia que produz. As energias renováveis não conseguem controlar o sol ou o vento, pelo que as centrais elétricas marginais são frequentemente alimentadas por combustíveis fósseis.
A central marginal emite carbono e, a qualquer momento, temos a intensidade de carbono do cabaz energético na rede e a intensidade carbónica da energia que teria de ser colocada online para responder à nova procura. Isso é chamado de intensidade marginal de carbono.
As centrais elétricas alimentadas a combustíveis fósseis raramente chegam a zero; têm um limiar mínimo de funcionamento. Alguns não são dimensionados e são considerados uma carga base consistente e sempre ativa. Por causa disso, às vezes podemos chegar ao cenário irracional em que jogamos fora (restringimos) a energia renovável criada gratuitamente para consumir energia de usinas de energia movidas a combustíveis fósseis feitas com um combustível que custa dinheiro.
Se uma nova carga for satisfeita com o fornecimento de uma fonte renovável que, de outra forma, teria sido reduzida, então a intensidade marginal de carbono é zero gCO₂eq/kWh.
Há momentos em que a intensidade marginal de carbono da eletricidade é zero gCO₂eq/kWh. A execução da computação durante esses períodos resulta em nenhuma emissão de carbono do consumo de eletricidade.
Mudança da procura
Atualmente, há pouco armazenamento ou buffering nos sistemas de rede elétrica. Normalmente, a eletricidade é produzida de modo a que a oferta satisfaça sempre a procura. Se for gerada mais energia a partir de fontes renováveis do que a necessária para suportar a procura e todas as nossas opções de armazenamento estiverem cheias, reduzimos (deitamos fora) essa energia limpa. Uma solução é transferir as cargas de trabalho para horários e locais com mais oferta de energia renovável, um conceito chamado deslocamento da demanda.
Se você puder ser flexível com quando e onde executar cargas de trabalho, poderá consumir eletricidade quando a intensidade de carbono for menor e pausar quando a intensidade de carbono for alta. Por exemplo, treinar um modelo de aprendizado de máquina em um momento diferente ou em uma região com intensidade de carbono muito menor.
Estudos como o Putting a CO₂ figure on a piece of computation mostraram que estas ações podem reduzir as emissões de carbono entre 45% e 99%, dependendo do número de energias renováveis que alimentam a rede.
Analise seu aplicativo de ponta a ponta, identifique oportunidades de flexibilidade em relação às cargas de trabalho e use a intensidade de carbono da eletricidade para sinalizar quando ou se deve executar essas cargas de trabalho.
Cálculo da intensidade de carbono
Vários serviços permitem obter dados em tempo real sobre a intensidade de carbono atual de diferentes redes elétricas. Alguns fornecem estimativas da intensidade de carbono futura, e outros dão a intensidade marginal de carbono.
API de intensidade de carbono: recurso gratuito para dados de intensidade de carbono no Reino Unido
ElectricityMap: Gratuito para uso não comercial de um único país/região, soluções premium para acesso comercial e multi-país/região
WattTime: gratuito para uma única região de rede, soluções premium para várias redes e emissões marginais em tempo real
A mudança de demanda é a estratégia de mover a computação para regiões ou momentos em que a intensidade de carbono é menor, ou, dito de outra forma, quando a oferta de eletricidade renovável é alta.
A definição da procura é uma estratégia semelhante, mas em vez de deslocarmos a procura para uma região ou tempo diferente, moldamos a nossa procura para corresponder à oferta existente.
Se a oferta de energia renovável for alta, aumente a demanda (faça mais em suas aplicações); Se a oferta for baixa, diminua a procura (faça menos nas suas aplicações).
Um ótimo exemplo deste conceito é o software de videoconferência. Em vez de transmitir constantemente com a mais alta qualidade possível, eles geralmente moldam a demanda, reduzindo a qualidade do vídeo para priorizar o áudio.
Outro exemplo é o TCP/IP. A velocidade de transferência aumenta em resposta à quantidade de dados que podem ser transmitidos através do fio.
Um terceiro exemplo é o aprimoramento progressivo com a web. A experiência web melhora dependendo dos recursos e da largura de banda do dispositivo do usuário final.
Consciente do carbono vs. eficiente em carbono
A eficiência carbónica pode ser transparente para o utilizador final. Você pode ser mais eficiente em todos os níveis na conversão de carbono em funcionalidade útil, mantendo a mesma experiência do usuário.
Mas, em algum momento, ser transparentemente mais eficiente em carbono não é suficiente. Se o custo de carbono de executar um aplicativo agora for muito alto, podemos mudar a experiência do usuário para reduzir ainda mais as emissões de carbono. No ponto em que o usuário está ciente de que o aplicativo está sendo executado de forma diferente, ele se torna um aplicativo com reconhecimento de carbono.
As aplicações conscientes de carbono que moldam a procura têm tudo a ver com a oferta de carbono. Quando o custo de carbono da execução de seu aplicativo se tornar alto, molde a demanda para corresponder ao fornecimento de carbono. Isso pode acontecer automaticamente, ou o usuário pode fazer uma escolha.
A formação da demanda está relacionada a um conceito mais amplo de sustentabilidade, que é reduzir o consumo. Podemos conseguir muito tornando-nos mais eficientes com recursos, mas precisamos consumir menos em algum momento. Como Engenheiros de Software Sustentáveis, ser eficiente em carbono significa que, quando a intensidade de carbono é alta, em vez de computação que muda a demanda, consideramos cancelá-la, reduzindo assim as demandas de nossos aplicativos para as expectativas de nossos usuários finais.
Modos ecológicos
Os modos ecológicos são frequentemente utilizados na vida; por exemplo, em carros ou máquinas de lavar. Quando ligados, o desempenho muda à medida que consomem menos recursos (gás/eletricidade) para executar a mesma tarefa. Não é gratuito (caso contrário, escolheríamos sempre modos ecológicos), por isso fazemos compensações. Por ser uma compensação, os ecomodos são quase sempre apresentados ao usuário como uma escolha, e o usuário decide se quer seguir com ele e aceitar os compromissos.
Os aplicativos de software também podem ter modos ecológicos, que, quando ativados, alteram o comportamento do aplicativo de duas maneiras:
Inteligência: Dar aos usuários informações para tomar decisões informadas.
Automático: A aplicação toma automaticamente decisões mais agressivas para reduzir as emissões de carbono.