ЦОДы под угрозой энергетического голода

Аналитики в один голос говорят о небывалом росте спроса на электроэнергию со стороны ЦОДов. По оценкам Goldman Sachs Research, глобальный спрос дата-центров на электроэнергию к 2027 г. увеличится на 50% по сравнению с 2023 г., а к концу десятилетия – на 165%. Согласно прогнозам Deloitte, к 2030 г. мировое потребление электроэнергии ЦОДами может почти удвоиться по сравнению с уровнем 2025 г. – с 536 ТВтꞏч до примерно 1065 ТВтꞏч. Gartner, в свою очередь, прогнозирует, что в 2027 г. мощность, необходимая для работы постоянно возрастающего числа ИИ-серверов, достигнет 500 ТВтꞏч в год, что в 2,6 раза превышает уровень 2023 г.

Несмотря на разброс оценок, тренд очевиден: потребление электро­энергии дата-центрами растет и будет расти, причем небывалыми темпами. Обусловлен этот рост в первую очередь расширяющимся и углубляющимся внедрением энергоемких технологий искусственного интеллекта, что приводит к массовому повышению энергопотребления ЦОДов. 

Впрочем, энергопотребление растет не только в ЦОДах, хотя Международное энергетическое агентство (МЭА) относит их к ключевым факторам резкого роста спроса на ресурс. Свой вклад вносят промышленность, активное использование кондиционеров и ускорение электрификации, в частности, в транспортной отрасли. Количество потребителей и их запросы увеличиваются, инфраструктура за спросом не успевает. Такая ситуация уже в ближайшие годы может привести к серьезным проблемам.

Во-первых, может возникнуть дефицит энергии для ЦОДов, что затормозит рост отрасли. По прогнозам Gartner, уже к 2027 г. 40% ЦОДов, предназначенных для систем искусственного интеллекта, будут испытывать нехватку электроэнергии. А с 2026 г. запуск новых ЦОДов для генеративного ИИ может оказаться под угрозой – не во всех регионах для них найдется достаточно ресурсов. 

Отметим, что проблема нехватки энергии носит глобальный характер. В частности, в России в 2024 г. наблюдался локальный дефицит мощностей в южной части страны и на юго-востоке Сибири. В ряде регионов был введен запрет на майнинг. И, по словам Александра Ведяхина, первого заместителя председателя правления Сбербанка, при существующей динамике потребления к 2042 г. без колоссальных инвестиций в инфраструктуру заметный энергодефицит возникнет практически на всей территории страны. Закономерным следствием нехватки энергии становится рост ее цены для всех потребителей, включая дата-центры. 

Вторая проблема – потенциальное увеличение выбросов CO2 и замедление движения к декарбонизации. Быстрый рост спроса на электроэнергию опережает развитие инфраструктуры возобновляемых источников энергии (ВИЭ), поэтому в ближайшее время ЦОДам, вероятно, придется пользоваться энергией, полученной за счет ископаемого топлива. 

Хотя трудности с выбросами углекислого газа, как отмечают в S&P Global, вряд ли станут серьезным препятствием для роста технологического сектора в ближайшей перспективе, долгосрочное использование ЦОДами энергии ископаемого топлива может привести к проблемам. Например, к более пристальному вниманию со стороны регулирующих органов или к репутационным рискам, если будут нарушены обязательства по уменьшению выбросов. 

Между тем скорость и масштабы роста энергопотребления в ЦОДах делают поиск источников энергии, удовлетворяющих ранее поставленным целям декарбонизации, непростой задачей. «Реальность такова, что в краткосрочной перспективе увеличение использования ЦОДов приведет к увеличению выбросов CO2 для производства необходимой им энергии. Это, в свою очередь, затруднит операторам дата-центров и их клиентам достижение намеченных целей устойчивого развития, связанных с выбросами CO2», – констатирует Боб Джонсон, вице-президент Gartner. Для решения обозначенных проблем рынок ищет разные пути.

Энергетические компании США еще осенью 2024 г. зафиксировали рост числа дата-центров, стремящихся получить прямое подключение к газопроводу для выработки электроэнергии на месте. Например, американская компания TC Energy сообщила, что почти 60% из 300 строящихся ЦОДов находятся в пределах 15 миль от ее газопровода, т.е. между расположением объектов и инфраструктурой газоснабжения явно видна корреляция.

К 2030 г., по оценкам S&P Global, около 60% нового спроса на электроэнергию в США может удовлетворяться за счет природного газа. В результате американским ЦОДам к 2030 г. будет требоваться от 3 до 6 млрд кубических футов газа в день в зависимости от структуры энергопотребления. 

 

В России громких заявлений о совместных проектах поставщиков газа и дата-центров не делалось. Но объекты, получающие энергию от локальных газогенераторных станций, есть – например, ЦОД Linx в Санкт-Петербурге. Кроме того, в СМИ сообщали об идее «Газпрома» размещать ЦОДы в непосредственной близости от газораспределительных станций, чтобы, с одной стороны, задействовать особенности их технологических процессов для охлаждения ЦОДов (на ГРС в момент снижения давления значительно падает температура), а с другой – обеспечивать ЦОДы недорогим электричеством от генераторных агрегатов ГРС. На существенно более низкую стоимость электричества, выработанного газопоршневыми установками, указывают как производители таких агрегатов, среди которых есть российские компании, так и проектировщики ЦОДов.

Между тем увеличение использования ЦОДами природного газа может отсрочить декарбонизацию и не только продлить зависимость от ископаемого топлива, но и оказать негативное воздействие на окружающую среду. Так, согласно уже упоминавшемуся прогнозу S&P Global, к 2030 г. выбросы дата-центров могут почти удвоиться.

Тем не менее именно природный газ, доступный «здесь и сейчас», рассматривается как первый кандидат на роль мостика между невозобновляемой и «зеленой» энергетикой. С одной стороны, он способен обеспечить отрасль необходимыми объемами энергии, а с другой, значительно более экологичен, нежели иные невозобновляемые ресурсы.

Природный газ имеет более низкую углеродоемкость по сравнению с углем и нефтью (т.е. при производстве 1 кВтꞏч электроэнергии путем его сжигания выделяется меньше CO2). По данным МЭА, удельные выбросы CO2 для газа составляют 400 г/кВтꞏч, нефти – 600 г/кВтꞏч и для угля (в зависимости от типа) – 845–1020 г/кВтꞏч.

Кроме того, природный газ сгорает чище и эффективнее, чем уголь или нефть. По данным МЭА, тепловой КПД современных газовых электростанций может достигать 60%. Для сравнения: угольные станции обычно работают с КПД 33–40%. К тому же при сгорании газа выделяется меньше загрязняющих веществ. 

Но для того чтобы природный газ оставался сравнительно чистым ископаемым топливом, необходимо минимизировать вероятность утечки метана – мощного парникового газа, потенциал глобального потепления которого за 100-летний период примерно в 25 раз выше, чем у CO₂. Выбросы метана происходят в основном при добыче, переработке и транспортировке природного газа. Для снижения вероятности утечек метана на двух последних этапах перспективным считается внедрение систем обнаружения и устранения утечек, а также усовершенствование инфраструктуры трубопроводов.

Что касается сокращения утечек в местах добычи, то здесь все чаще задействуются технологии, позволяющие преобразовать метан в безопасные вещества уже в месте сгорания, например, пиролиз или паровая конверсия. Существенный плюс этих технологий в том, что их использование дает в итоге чистый водород, благодаря чему природный газ можно рассматривать как этап на пути к водородной энергетике. Тем более что газовая инфраструктура, включая трубопроводы и системы хранения, может быть адаптирована для транспортировки и хранения водорода. 

Первым шагом может стать замещение водородом части объема природного газа, что позволит сократить эмиссию CO₂. Согласно данным Национальной лаборатории по изучению возобновляемой энергии (США), на действующих газовых электростанциях можно заместить до 20% объема природного газа водородом, не внося значительных изменений в оборудование. В настоящее время исследуются возможности увеличения этой доли.

Природный газ также часто рассматривается как источник энергии, позволяющий в будущем без проблем перейти к энергогенерации за счет ВИЭ или уже сейчас использовать эти ресурсы как дополняющие друг друга. Газовые турбины могут быстро наращивать или снижать мощность, чтобы балансировать спрос на электроэнергию, уменьшая при этом зависимость от резервного питания на основе угля или нефти. 

Наконец, использование природного газа позволит рынку дождаться активного внедрения малой ядерной энергетики, в частности малых модульных реакторов (ММР) и микрореакторов. В руководстве по развертыванию газовых электростанций, подготовленном Управлением энергетической информации США, отмечается, что газовые электростанции могут быть построены относительно быстро (за 12–24 месяца), в то время как ММР и микрореакторам потребуется 5–20 лет из-за сложностей с лицензированием и строительством. Этот временной разрыв можно перекрыть, используя природный газ в качестве источника энергии.

В этом плане примечателен меморандум о взаимопонимании, который подписали производитель газовых генераторов RPower и разработчик ММР компания Oklo. Сотрудничество компаний нацелено на одновременное решение двух задач: на обеспечение ЦОДов достаточным и постоянным количеством энергии и на постепенный переход к «зеленой» энергетике. После этого перехода газовые генераторы могут оставаться частью инфраструктуры ЦОДов, выполняя функцию резервных источников питания.

В целом ситуация пока складывается в пользу природного газа (и он не замедлил отреагировать повышением цены). Но как будет развиваться этот сегмент в дальнейшем и насколько газовая генерация сможет решить задачи ЦОДов, покажет время.

2024 г. стал годом возрождения интереса к атомной энергетике, особенно со стороны дата-центров. Причем ЦОДы развивают сотрудничество как с крупными АЭС, так и с разработчиками малых реакторов.

Например, Amazon рассматривает инвестиции в атомные проекты как важную часть своей стратегии перехода на «зеленую» энергию. В связи с этим компания купила у Talen Energy дата-центр, расположенный в непосредственной близости от АЭС Саскуэханна (шт. Пенсильвания) мощностью 960 МВт. Часть энергии ЦОД будет получать от АЭС – компании уже заключили соответствующее соглашение.

 

Также AWS подписала несколько соглашений с производителями ММР. Так, в рамках проекта Energy Northwest был заключен договор с компанией X-energy, который предполагает, что при участии гиперскейлера будут построены четыре ММР (подробнее об использовании ММР читайте в статье "Малые реакторы - будущее для ЦОДов?").

Активно сотрудничает с ядерщиками и Microsoft, заключившая эксклюзивное соглашение с компанией Constellation Energy о перезапуске одного из энергоблоков АЭС «Три-Майл-Айленд» и поставке 835 МВт энергии для собственных ЦОДов. Этот проект станет первым в истории США перезапуском АЭС после полной остановки станции – в 1979 г. на объекте произошла крупная авария, долгие годы АЭС не эксплуатировалась. Более того, именно инцидент на этой АЭС привел к тому, что вплоть до 2012 г. в США не было выдано ни одной новой лицензии на строительство АЭС, а ввод в строй десятков ранее запланированных станций был отменен.

Соглашения в области ядерной энергетики подписали также Oracle, Switch, Equinix, Google и ряд других компаний.

В России с 2019 г. действует ЦОД, построенный рядом с Калининской АЭС. Это совместный проект «Ростелекома» и «Росэнергоатома», электроэнергетического дивизиона госкорпорации «Росатом». И в госкорпорации считают, что размещение дата-центров возле крупных АЭС сегодня становится все более актуальным. 

Однако основная сложность на данный момент заключается в том, что «ядерные» проекты для ЦОДов, во-первых, весьма дороги, а во-вторых, если не рассматривать строительство ЦОДов вблизи действующих АЭС, дело более или менее отдаленного будущего, в то время как энергия нужна уже сейчас. И насколько это будущее отдаленное, сказать сложно. По оптимистичным прогнозам, реализованные проекты снабжения ЦОДов энергией от ММР мы увидим уже к концу десятилетия. По пессимистичным – до реальных внедрений еще не менее 10 лет, ведь помимо технических и технологических задач, которые надо решить, есть регуляторные и нормативные вопросы, также требующие времени. Тем не менее рынок выглядит перспективным и следить за ним стоит.

Обеспечение ЦОДов энергией – серьезный вызов для производителей энергии. В то же время ЦОДы стараются обеспечить себе надежную энергетическую базу в будущем. Обоюдовыгодным вариантом становится создание партнерств между поставщиками энергии и операторами ЦОДов. 

Перспективны долгосрочные соглашения в области «зеленой» энергетики. Благодаря им ЦОДы получают гарантии обеспечения чистой энергией (и тем самым приближаются к заявленным целям по декарбонизации), а поставщики – гарантированный рынок сбыта и солидные инвестиции, которые позволяют наращивать производство или развивать новые проекты.

Например, Google объявила об инвестициях в сумме $20 млрд в рамках сотрудничества с разработчиком чистой энергии Intersect Power. Средства будут вложены в развитие к 2030 г. инфраструктуры возобновляемых источников энергии. Инициатива направлена на поддержку строительства в США ЦОДов, работающих на чистой энергии.

 

Инициативу проявляют и поставщики энергии. В 2024 г. крупный производитель «зеленой» энергии из Испании – Iberdrola – объявил о готовности выделить землю и гарантировать новому дата-центру подключение к энергосети и поставку чистой энергии в обмен на 20%-ную долю в новом объекте. Как сообщала компания, СП для реализации этого проекта должно быть запущено в первой половине 2025 г. В случае успеха на домашнем рынке подобные проекты могут появиться и в других регионах. Об «адресных» поставках заявили также American Electric Power (AEP), NextEra Energy, AES и другие энергетические компании. 

На этом рынке есть место и частным инвестиционным фондам. В 2024 г. американские инвестиционные компании Kohlberg Kravis Roberts и Energy Capital Partners заключили стратегическое соглашение на сумму $50 млрд. Цель партнерства заключается в том числе в развитии ЦОДов и генерации энергии.

В свете грозящего дефицита энергии направление гарантированных поставок, безусловно, выглядит перспективным. Однако подавляющее большинство таких соглашений заключаются с гиперскейлерами или очень крупными дата-центрами, а небольшие ЦОДы рискуют оказаться за бортом подобных коллабораций и получать энергию по остаточному принципу.

Идея производства энергии для ЦОДа на территории самого ЦОДа не нова. Однако в свете грозящего дефицита энергии она вполне может стать актуальным трендом, поскольку дает дата-центру источник энергии, независимость от общей сети энергообеспечения, а в качестве бонуса – избавление от необходимости согласовывать подключение к электросетям.

Упомянутые выше ММР и автономные газовые генераторы предназначены как раз для собственной генерации энергии. Также могут использоваться солнечные батареи, ветрогенераторы, сжигание биомассы или другие источники. Надо отметить, что положительные примеры онсайт-генерации в ЦОДах есть, причем на основе разных источников. Однако массовым это явление не стало. Причин тому несколько. 

Во-первых, использование каждого из видов топлива для онсайт-генерации имеет свои особенности и свои риски. Так, для автономных газовых генераторов, снабжающих ЦОД энергией в постоянном режиме, нужны большие резервуары для хранения газа и четко отлаженная схема поставок (в схеме без подключения к сети газоснабжения). Солнце и ветер «работают» не всегда, поэтому полученную от них энергию надо научиться аккумулировать. ММР по факту пока недоступны, а в будущем потребуют решать вопросы доставки топлива и обслуживания ректоров.

Во-вторых, у онсайт-генерации при всем разнообразии ее вариантов есть одно общее «но». Она удорожает проект и непредсказуемо удлиняет сроки строительства. Для каждого проекта с собственной генерацией требуется тщательное энергетическое моделирование, и не очевидно, что по его итогам такой выбор энергоснабжения окажется целесообразным.

До настоящего времени вышеперечисленное было серьезным препятствием для масштабного внедрения собственной генерации в ЦОДах. Однако, учитывая сложную ситуацию в энергетической отрасли, быстрый рост дата-центров и принцип организации энергоснабжения последних, можно предположить, что уже в ближайшие годы картина изменится. И переход к локальной генерации может иметь здесь решающее значение. 

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!

<< Предыдущая статья   Вернуться к содержанию   Следующая статья >>