Как заявило Международное энергетическое агентство (IEA) в ежегодном отчёте «Перспективы мировой энергетики» (World Energy Outlook), глобальный спрос на электроэнергию стремительно растёт. По данным агентства, в следующие 10 лет ежегодный прирост будет сравним с энергопотреблением целой Японии. Это повлияет на показатели сокращения выбросов, а спрос в 2035 году будет на 6 % выше, чем прогнозировалось ранее.

Что касается ЦОД, потребление будет стремительно расти из-за роста рынка ИИ и цифровизации в целом, однако на этот сектор по-прежнему будет приходиться лишь небольшая часть от общемировых энергетических затрат. Впрочем, пока прогнозы носят очень приблизительный характер, с учётом непредсказуемости проблем в цепочках поставок, увеличения энергоэффективности, политических факторов и т.п.

Долгое время рост энергопотребления сдерживался переносом нагрузок со старых корпоративных площадок в гораздо более эффективные облака. Однако этот козырь уже использован, а рост ИИ-нагрузок приведёт к взлёту энергопотребления на невиданный ранее уровень. Так, по оценкам IEA, энергопотребление дата-центров в 2022 году составило 230–340 ТВт∙ч, т.е. около 1 %–1,3 % от общемирового без учёта расходов на сети передачи данных и майнинг.

Источник изображений: IEA

Впрочем, в любом случае на долю ЦОД не будет приходиться основная доля потребления. Например, базовый сценарий предполагает, что на ЦОД будет приходиться менее 10 %% от общего роста спроса. Примерно такой же рост покажет индустрия опреснения воды, а у электромобилей запросы будут минимум втрое выше. Агентство упомянуло об агрессивных инвестициях операторов ЦОД в возобновляемые источники энергии. Другими словами, устойчивое развитие сектора вполне осуществимо.

Однако ограниченные возможности генерации и лимиты энергосетей могут оказать более серьёзное влияние «на местах», поскольку подходящих площадок для ЦОД всё меньше. Как правило, дата-центры концентрируются в одном регионе. В результате в Вирджинии (США) или Ирландии энергии недостаточно, а в Сингапуре и Амстердаме даже введены временные моратории. Дальше будет сложнее, поскольку ЦОД ёмкостью от 1 ГВт скоро станут вполне распространённым явлением.

В случае с США, по оценкам IEA, ситуация с размещением ЦОД хуже, чем с заводами, электростанциями и складами. Чтобы корректно оценить перспективы роста спроса на ЦОД, политикам, бизнесу и другим структурам следует теснее сотрудничать. В частности, в IEA отмечают участившиеся случаи аномальной жары, которые негативно влияют на энергопотребление систем охлаждения и энергоэффективность объектов в целом. Всего, по оценкам IEA, в мире насчитывается около 11 тыс. дата-центров.

По данным пресс-службы Amazon (AWS), компания готовится к инвестициям в атомную энергетику. Она анонсировала три новых энергетических проекта, предполагающих постройку нескольких малых модульных реакторов (SMR). Компания уже заявила о переходе на 100 % возобновляемую электроэнергию — на семь лет раньше, чем планировалось. Атомные проекты — часть плана по переходу на полностью безуглеродную энергетику.

AWS объявила о подписании как минимум трёх соглашений для поддержки развития атомных проектов, включая помощь в строительстве новых SMR. Гиперскейлер утверждает, что такие решения помогут удовлетворить спрос клиентов и добиться нулевого выброса CO₂ в ходе всех операций к 2040 году. Кроме того, инвестиции помогут и в разработке новых атомных технологий, которые обеспечат генерацию энергии в ближайшие десятилетия.

AWS делает ставку на решения компании X-energy. IT-гигант является одним из ключевых инвесторов раунда финансирования серии C, в ходе которого планируется привлечь $500 млн. Благодаря поддержке AWS консорциумом Energy Northwest (шт. Вашингтон) получит четыре малых модульных реактора X-energy Xe-100 мощностью 80 МВт каждый, которые используют топливо TRISO-X, разработанное совместно с Министерством энергетики США (DoE). В дальнейшем мощность планируется довести до 960 МВт, но не факт, что вся она достанется AWS. Всего к 2039 году X-energy рассчитывает построить 5 ГВт мощностей.

Источник изображения: Amazon

В Вирджинии AWS подписала соглашение с Dominion Energy. Вместе компании изучат возможность строительства SMR рядом с принадлежащей Dominion атомной станцией North Anna, которые добавят не менее 300 МВт мощностей. Ранее AWS купила за $650 млн кампус Cumulus Data, запитанный напрямую от действующей АЭС Susquehanna. В рамках сделки будет обеспечен доступ к 480–960 МВт для питания 15 дата-центров. Инвестиции в атомные проекты, помимо сохранения прежних реакторов и создания новых, будут способствовать экономическому развитию местных сообществ, говорит AWS.

Источник изображения: Amazon

AWS не единственный гиперскейлер, желающий использовать атомную энергию. Microsoft наняла специалиста для контроля разработки SMR для своих ЦОД, до этого было подписано PPA с поддерживаемым Сэмом Альтманом (Sam Altman) энергетическим стартапом Helion. Дополнительно компания заключила PPA на 20 лет с Constellation Energy, которое позволит «оживить» реактор АЭС Three Mile Island, заглушенный в 2019 году из-за нехватки финансирования.

В сентябре Oracle анонсировала получение разрешений на строительство трёх SMR для питания ЦОД ёмкостью более 1 ГВт. Собственные амбиции в этой сфере имеются и у Google, которая объявила о намерении покупать энергию от SMR Kairos Power. Впрочем, рабочих реакторов у Kairos пока нет, а коммерческие модели, вероятно, не появятся до 2035 года.

Google и Kairos Power заключили соглашение о закупке энергии с малых модульных реакторов (SMR), разрабатываемых Kairos. Первый SMR должен заработать к 2030 году, а последующие реакторы — до 2035 года. Всего речь идёт о шести-семи реакторах суммарной мощностью до 500 МВт. Проект касается только Соединённых Штатов. Он обеспечит Google безуглеродной и относительно экобезопасной энергией.

Kairos разрабатывает SMR с охлаждением расплавами солей и гранулированным в керамические шарики топливом. Генерируемое тепло передаётся в паровую турбину для выработки электроэнергии. В июле Kairos Power уже начала строить демонстрационный реактор в Теннесси. Подробная информация о сделке, её стоимости и местоположении реактора не разглашается.

Похожие проекты реализуют и другие компании. В марте 2024 года AWS купила за $650 млн кампус ЦОД Talen Energy рядом с принадлежащей последней АЭС Susquehanna Steam Electric Station. Сообщалось, что АЭС обеспечит кампусу до 960 МВт. В мае AWS получила добро на перезонирование участка площадью около 650 га для строительства 15 зданий ЦОД. В минувшем сентябре Microsoft объявила о покупке возвращаемой к жизни атомной электростанции Three Mile Island мощностью 837 МВт.

Источник изображения: Kairos Power

Oracle также сообщила, что намерена построить кампус ЦОД на 1 ГВт с питанием от трёх SMR. Наконец, Equinix готова приобрести 500 МВт атомной энергии в виде PPA-соглашений у Oklo, у неё же Wyoming Hyperscale получит 100 МВт. При этом пока SMR остаются непроверенной технологией, внедрение которой неизбежно вызовет внимание и, возможно, противодействие регуляторов.

Недавнее исследование показало, что небольшие ветряные турбины при установке на системы охлаждения дата-центров могут генерировать достаточно электроэнергии, чтобы это было экономически выгодно. По информации Dcatacenter Dynamics, соответствующие эксперименты провели на действующем ЦОД в Колумбии.

Источник изображения: Tesup

Согласно публикации в журнале Scientific Reports, исследование, проведённое Дистанционным университетом Мадрида (Universidad a Distancia de Madrid) совместно с колумбийской компанией Grupo ZFB, показало эффективность подхода. Исследователи использовали «ветер» от систем охлаждения колумбийского ЦОД. Объект имеет три чиллера с восемью блоками вентиляторов в каждом. Вентиляторы вращаются со скоростью до 900 об./мин., а их номинальная мощность составляет 2,4 кВт. Поток воздуха от них является достаточно стабильным и мощным для попутной генерации электричества. Впрочем, обычный ветер тоже принимает участие в выработке энергии.

Источник изображения: Isabel C. Gil-García, Ana Fernández-Guillamón, Álvaro H. Montes-Torres / Scientific Reports

Для эксперимента выбрали вертикальные ветряные турбины Tesup V7 — за их компактность и лёгкую конструкцию. Шесть малых турбин установили над вентиляторами. Два из трёх чиллеров работают постоянно, что, согласно подсчётам, позволяет генерировать 513,82 МВт∙ч в год. С учётом запланированных и незапланированных простоев получается 467,6 МВт∙ч ежегодно, что само по себе позволяет избежать выбросов 300 т CO₂ в год. Сами вентиляторы при номинальной мощности потребляют 336,39 МВт∙ч, так что в чистом остатке получается 131,2 МВт∙ч, которые можно направить на нужды другого инженерного оборудования ЦОД.

Источник изображения: Isabel C. Gil-García, Ana Fernández-Guillamón, Álvaro H. Montes-Torres / Scientific Reports

Данное исследование — часть более масштабных изменений в секторе ЦОД. Операторы пытаются нарастить эффективность дата-центров. Так, многие из них начали активно инвестировать в системы использования «мусорного» тепла, передавая, его, например, в районные системы отопления или для обогрева бассейнов. Использование малых ветряных турбин может стать ещё одним способом оптимизации работы дата-центров для улучшения общей эффективности и достижения целей по обеспечению нулевых выбросов. Экономическая выгода будет зависеть от стоимости турбин и затрат на их обслуживание, а также срока эксплуатации. Но предварительные расчёты показывают, что данный подход оправдан.

Американская криптомайнинговая компания MARA (Marathon Digital Holdings) объединила усилия с компанией NGON. По данным Datacenter Dynamics, партнёры запустили микро-ЦОД на 25 МВт с питанием от попутного (факельного) газа с нефтяных скважин в Техасе и Северной Дакоте. Объекты планируется окончательно ввести в эксплуатацию к январю 2025 года.

ЦОД будут питаться только за счёт излишков газа, сопутствующего нефти на месторождениях. В противном случае они были бы просто сожжены. Это поможет местным энергокомпаниям более эффективно снизить выбросы метана. Эффективность утилизации метана при сжигании в факелах составляет 92 %, а в газовых генераторах — до 99 %. Всё это позволит значительно снизить операционные расходы, в то же время повысив экоустойчивость нефтедобычи. Дополнительно появится возможность генерации углеродных кредитов в реестре Verra.

Источник изображения: MARA

MARA располагет 760 МВт майнинговых мощностей. Часть работает на возобновляемых источниках энергии, но в основном электричество поступает из американских магистральных электросетей, на 80 % зависящих от ископаемого топлива. Компания намерена перейти на более экологичные меотды работы. В 2023 году был запущен пилотный проект с переработкой метана со свалок в Юте с установкой по добыче биткоинов на 280 кВт. В Финляндии MARA подключила свой ЦОД к районной системе центрального отопления.

Источник изображения: MARA

Операторы ЦОД, использующие электричество, получаемое в ходе сжигания попутного газа, подчёркивают, что процесс полезен окружающей среде, поскольку применяется «мусорная» энергия, которая тратилась бы впустую. При этом энергетические установки позволяют утилизировать больше метана, являющегося одним из самых опасных парниковых газов. При сгорании метана выделяется CO₂ — тоже парниковый газ, причём значительно более устойчивый. Тем не менее, для окружающей среды он считается намного менее опасным. Аналогичные проекты уже активно реализуются по всему миру. Такие решения есть, например, у Crusoe, CryptoBlox, White Rock и др.

Американский поставщик энергии Talen Energy выкупил у компании TeraWulf долю в совместном предприятии Nautilus Cryptomine. По данным Datacenter Dynamics, теперь 200-МВт кампус для майнинга биткоинов в Пенсильвании полностью принадлежит энергетической компании. Nautilus Cryptomine — первый криптомайнинговый объект, запитанный напрямую от АЭС и расположенный в непосредственной близости от неё.

Talen не только приобрела объект Nautilus Cryptomine, но и получила контроль над прежним соглашением о покупке электроэнергии (PPA) на $85 млн. Кроме того, компании достались некоторые материальные активы, используемые для майнинга. Всего сделка обошлась компании в $92 млн. По словам Talen, сделка позволяет пересмотреть устаревшее PPA, предусматривавшее продажу энергии по ценам ниже рыночных, и оптимизировать его, обеспечив максимальную выгоду для принадлежащей компании АЭС Susquehanna мощностью 2,5 ГВт, питающей этот ЦОД.

Источник изображения: Nautilus Cryptomine

Впервые о строительстве ЦОД близ АЭС в Talen Energy объявили ещё летом 2021 года, а строительство объекта гиперскейл-уровня и, отдельно, ЦОД для добычи криптовалюты, стартовало в начале 2023 года. В марте 2024 года Talen продала AWS кампус ЦОД Cumulus на 960 МВт и прилегающий участок земли за $650 млн, параллельно заключив соглашение о поставке электричества с АЭС Susquehanna. Сделку заключили после заявления Talen о намерении отказаться от майнинга криптовалют в пользу работы с классическими ЦОД. Тогда же сообщалось о поиске покупателей для объекта Nautilus Cryptomine. Теперь, вероятно, находящийся в полной собственности объект можно будет выгоднее продать целиком.

TeraWulf строит инфраструктуру ЦОД и управляет соответствующими объектами в США — речь идёт о фермах для майнинга биткоинов и HPC-нагрузок. Полученные в ходе сделки средства будут потрачены на строительство объекта CB-1 на 20 МВт на площадке Lake Mariner, предназначенной для размещения ЦОД для ИИ- и HPC-задач. Как заявляют в TeraWulf, монетизация доли в Nautilus Cryptomine до истечения контракта на покупку энергии по $0,02/кВт∙ч до конца 2027 года, позволит с прибылью вернуть инвестиции и на выгодных условиях заняться другими майнинговыми проектами.

В современном мире электроэнергии не достаёт не только операторам дата-центров. По данным The Register, тайваньский производитель серверов Quanta Computer объявил о покупке трёх комплектов на топливных элементах Bloom Energy — от них будет питаться один из заводов компании в Калифорнии. Местная коммунальная компания фактически расписалась в своём бессилии, объявив, что сможет обеспечить электроснабжение предприятия только через несколько лет.

Ещё два комплекта производитель приобрёл в апреле этого года. Апрельская закупка обошлась компании в $50 млн, а нынешняя — в $80 млн. В предварительном заявлении производителя сообщается, что применение инновационных модульных решений для микросетей, предложенное Bloom Energy, позволит Quanta Computer избежать задержек с поставками электричества. В качестве топлива можгут применяться природный газ, водород или даже биогаз.

В заявлении Quanta не раскрываются спецификации элементов, но известно, что речь идёт о системах Bloom Energy, которые могут масштабироваться от 200 кВт до 20 МВт. Так, вариант Bloom Series 10 предлагает микросеть на 10 МВт, электроэнергия обойдётся в $0,099/кВт∙ч. Bloom Energy уже ведёт дела со многими операторами ЦОД, например AWS и CoreWeave, на объектах которых будут внедряться её топливные ячейки.

Источник изображения: Bloom Energy

Многие отрасли, в первую очередь операторы ЦОД, уже обеспокоены дефицитом электричества. Особенно это касается инфраструктуры, использующей ресурсоёмкие ИИ-ускорители. Не видя более подходящих вариантов, многие обращаются к атомной энергетике — так, недавно Microsoft заключила соглашение о возобновлении работы реактора для своих ЦОД на печальной известной АЭС Three Mile Island в США.

Техасский регулятор Public Utility Commission начал предупреждать операторов дата-центров о необходимости самостоятельно снабжать свои объекты электричеством, хотя бы частично. По данным The Register, бизнесу предлагается не пристраивать ЦОД к электростанциям, а возводить новую электростанцию одновременно с дата-центром.

Представители комиссии считают, что выдача разрешений на строительство в текущей ситуации угрожает дефицитом энергии, поскольку операторы дата-центров готовы скупить всё. Техас и без того страдал от недостатка электричества в отдельные моменты новейшей истории, поэтому заявляется, что изъять ресурсы для дата-центров из общих сетей — непозволительная роскошь, особенно в долгосрочной перспективе.

Многие гиперскейлеры и без того активно участвуют в энергопроектах. Например, AWS в марте согласилась потратить $650 млн на кампус ЦОД в Пенсильвании, подключенный к АЭС Susquehanna. Constellation Energy намерена заново ввести в эксплуатацию АЭС Three Mile Island для продажи энергии Microsoft. Google и Oracle тоже изучают вопрос использования АЭС или SMR для питания будущих гигаваттных дата-центров.

Источник изображения: Casey Horner/unsplash.com

Представители техасских властей уже заявили, что желающие подключиться к местным энергосетям операторы в ближайшие 12–15 месяцев должны будут сами поставлять некоторое количество энергии. По их мнению, IT-гиганты могут позволить себе строительство новых электростанций. А излишки энергии, если таковые будут, от этих станций можно передавать в сети общего пользования.

Многие операторы рассматривают в качестве альтернативы обычным станциям малые модульные реакторы (SMR) вроде разработок NuScale. Но, хотя соответствующих проектов немало, некоторые эксперты допускают, что такие реакторы вообще не заработают — из-за высокой цены и массы технических недостатков, мешающих им заменить решения на ископаемом топливе даже в теории. Во всяком случае, в коммерческой эксплуатации их пока нет.

Источник изображения: Documerica / Unsplash

В то же время AWS, например, рассматривала использование природного газа для электроснабжения некоторых ЦОД в Орегоне. На ирландском рынке ЦОД, где энергии тоже не хватает, Microsoft использует природный газ для питания нескольких дата-центров. Правда, по информации самой Microsoft, электростанция мощностью 170 МВт будет использовать 22 газовых генератора только временами, когда не справляется национальная энергосеть.

В прошлый четверг Министерство энергетики США также анонсировало вложение $1,5 млрд в четыре проекта энергопередачи, которые увеличат ёмкость американских сетей на 7,1 ГВт, что повысит надёжность местных энергетических сетей и, в частности, позволит подключить пока что изолированную энергосеть Техаса (ERCOT) к национальным магистралям.

По словам генерального директора Google Сундара Пичаи (Sundar Pichai), компания рассматривает снабжение своих дата-центров энергией атомных электростанций, в том числе SMR. По информации Asian Nikkei Review, техногигант ищет возможности снижения углеродных выбросов на фоне резко растущего энергопотребления ИИ ЦОД. Увеличатся и инвестиции в солнечную и тепловую энергетику.

Пока же Google наращивает инвестиции в ЦОД для продвижения ИИ-проектов. Материнская компания Alphabet только за апрель-июнь увеличила год к году капитальные затраты на 90 % до $13,1 млрд. По словам Пичаи, впервые появилась новая базовая технология, «пронизывающая» все сферы деятельности — она станет основой бизнеса компании. В ответ на критику больших затрат на ИИ-разработки, Пичаи ответил, что при каждом крупном «сдвиге платформы» инвестиции на начальных этапах непропорционально высоки, но позже эффективность повышается.

Источник изображения: Viktor Kiryanov/unsplash.com

Компания стремится добиться нулевых выбросов как в своих собственных операциях, так и в «цепочке создания стоимости» уже к 2030 году. При этом в 2023 году общие выбросы её парниковых газов оказались на 48 % больше, чем в 2019 году. Правда, сама компания говорит, такой уж большой вины ИИ в этом нет. По словам Пичаи, сейчас рассматриваются дополнительные инвестиции в современные технологии, от солнечной энергетики до, возможно, малых модульных реакторов (SMR).

Правда, глава Google не упомянул, когда могут начаться закупки энергии АЭС. Предполагается, что часть может закупаться в США. На этом поле не исключена конкуренция с Amazon, которая уже приобрела кампус ЦОД, запитанный от АЭС Susquehanna. Также в сентябре было объявлено о намерении Microsoft закупать электричество у АЭС Three Mile Island, которая будет перезапущена именно для этой цели.

Администрация США намерена возобновить работу закрытой в 2022 году мичиганской АЭС, на восстановление которой Holtec International выделяется кредит $1,5 млрд, пишет The Register. Это свидетельство того, что в США всерьёз взялись за атомную энергетику, которая позволит достичь целей по декарбонизации к 2050 году, особенно с учётом значительного роста потребления энергии, вызванного развитием ИИ и ЦОД. Ранее Microsoft объявила о перезапуске АЭС Three Mile Island, но эта станция будет питать исключительно дата-центры компании.

800-МВт АЭС Holtec Palisades, расположенная на юго-западном побережье Мичигана в относительно малонаселенном регионе, должна быть снова запущена в эксплуатацию в IV квартале 2025 года. Министерство энергетики США (DoE) заявило, что это будет первый случай перезапуска выведенной из эксплуатации атомной электростанции в стране. После завершения работ по модернизации будет необходимо получить разрешение на получение лицензии, но, что примечательно, соглашения о покупке электроэнергии (PPA) уже подписаны с расчётом на то, что АЭС будет работать до 2051 года.

Источник изображения: holtecinternational.com

Вместе с выделением компании Holtec International кредита в $1,5 млрд на модернизацию и перезапуск АЭС Holtec Palisades Министерство сельского хозяйства США (USDA) выделяет гранты на общую сумму $1,3 млрд Wolverine Power Cooperative и Hoosier Energy, базирующимся в Мичигане и Индиане соответственно, для покупки электричества, вырабатываемой этой АЭС и другими источниками чистой энергии. Запуск АЭС также поможет «озеленить» энергосеть системного оператора Midcontinent Independent System Operator (MISO), снизив выбросы парниковых газов приблизительно на 4,47 млн т/год в течение 25 лет.

Wolverine Power Cooperative приобретёт 435 МВт у АЭС Holtec Palisades, воспользовавшись грантом в размере $650 млн, выделенным в рамках проекта Empowering Rural America Министерства сельского хозяйства США (USDA), в то время как Hoosier Energy купит 370 МВт, используя грант в размере $675 млн из того же источника. То есть правительство не только выделяет деньги на повторный запуск АЭС, но и предоставляет компаниям пособия на покупку вырабатываемой электроэнергии и поставку её потребителям. Это также поможет создать рабочие места и сократит расходы населения на электроэнергию.

Holtec International заявила, что намерена использовать повторный запуск Palisades в качестве основополагающей части своего плана по продвижению малых модульных реакторов (SMR), которые будут развёрнуты в Мичигане. На самой АЭС компания планирует установить два своих блока SMR-300 к 2030 году. Впрочем, Holtec International ещё необходимо получить одобрение регулирующих органов. Holtec также рассматривает возможность использования заброшенных угольных ТЭЦ в штате в качестве возможных мест для установки своих SMR.

Источник изображения: Nicolas HIPPERT / Unsplash

Это согласуется с обновлённой версией отчёта Министерство энергетики США Pathways to Commercial Liftoff, в котором указано, что ядерная энергетика обеспечивает около 20 % выработки электроэнергии в Соединённых Штатах и почти половину чистой электроэнергии. Ведомство прогнозирует, что США потребуется не менее 700–900 ГВт дополнительной чистой энергии для достижения своих целей по нулевому уровню выбросов.

Министерство заявило в отчёте, что существующие атомные электростанции в стране могут дать ещё 60–95 ГВт при дополнительном финансировании. Закрытые и действующие угольные электростанции при переоборудовании в ядерные (в том числе посредством SMR) могут предоставить дополнительные 128–174 ГВт. В докладе также содержится призыв к строительству современных реакторов, таких как SMR, которые более безопасны, чем традиционные. Хотя опасения по поводу отходов, которые производят современные реакторы, и возможности получить достаточно топлива, всё же остаются.