ЦОДы становятся партнерами энергосетей

Рост нагрузки, связанной с системами искусственного интеллекта (ИИ), существенно увеличивает энергопотребление ЦОДов. Если в 2022 г., по оценкам Международного энергетического агентства (МЭА), дата-центры потребляли около 460 ТВт·ч электроэнергии, то к концу десятилетия этот показатель может увеличиться до 620–1050 ТВт·ч (рис. 1 и 2).

 

При этом выполнение ИИ-задач вызывает значительные колебания мощности. Для их компенсации инфраструктура современных ЦОДов может включать системы управления энергопотреблением и вычислительными нагрузками и системы накопления электроэнергии (СНЭ). Это позволит дата-центрам участвовать в балансировке энергосистем — снижать потребление в часы пиковой нагрузки и временно работать за счет накопленной энергии.

В гибкости энергопотребления заинтересованы не только крупные потребители, но и сами энергосистемы. Переход к низкоуглеродной энергетике сопровождается быстрым ростом солнечной и ветровой генерации, выработка которой зависит от погодных условий и времени суток. В результате мощность выработки электроэнергии начинает сильнее колебаться.

По оценкам Объединенного исследовательского центра Еврокомиссии, потребность энергосистем ЕС в гибкости может вырасти с 11% спроса на электроэнергию в 2021 г. до примерно 30% к 2050 г. Поэтому энергосистемы все чаще используют механизмы управления спросом, которые создают для крупных потребителей экономические стимулы снижать нагрузку или переносить выполнение энергоемких процессов на другое время.

Одной из особенностей ЦОДов, которая делает их эффективными участниками процесса управления спросом, является структура вычислительных нагрузок. Не все задачи требуют немедленного выполнения. Помимо сервисов реального времени в дата-центрах выполняются фоновые процессы — пакетная обработка данных, резервное копирование, обучение моделей и научные расчеты. Такие задачи можно переносить на другое время без нарушения соглашений об уровне сервиса (SLA).

Исследования загрузки крупных облачных платформ показывают, что доля таких задач может достигать 70–90% общего объема вычислений. Это создает возможность переносить энергоемкие вычисления на периоды более низкого спроса на электроэнергию или высокой генерации ВИЭ.

Вторая важная особенность — наличие в ЦОДах систем управления энергопотреблением. Источники бесперебойного питания, аккумуляторы и программные средства управления нагрузкой предназначены для обеспечения надежной работы оборудования, но могут использоваться и для компенсации дефицита мощности и стабилизации частоты энергосистемы. 

В ряде зарубежных проектов дата-центры используют собственную генерацию. В сочетании с аккумуляторами это позволяет им не только потреблять электроэнергию из сети, но и при необходимости отдавать ее обратно.

Участие ЦОДов в балансировке энергосистем обеспечивается несколькими технологическими механизмами.

Первый механизм связан с аккумуляторами ИБП. Они предназначены для защиты оборудования при сбоях электроснабжения, но могут использоваться и для поддержки энергосистемы. Благодаря высокой скорости реакции батареи способны участвовать в регулировании частоты и кратковременно компенсировать дефицит мощности.

Второй механизм — перенос части вычислительных задач на периоды более низкого спроса на электроэнергию или на площадки с более высокой долей возобновляемой генерации.

Третий элемент — программные системы управления энергопотреблением. Они анализируют загрузку серверов, состояние энергосистемы и цены на электроэнергию и автоматически корректируют режимы работы оборудования и запуск вычислительных задач.

В совокупности эти технологии позволяют рассматривать дата-центры как управляемый энергетический ресурс, способный быстро менять потребление электроэнергии и при необходимости отдавать ее в сеть.

Участие ЦОДов в балансировке энергосистем уже выходит за рамки экспериментов. Так, норвежский оператор Statnett тестировал использование аккумуляторов ИБП дата-центров для быстрого реагирования на колебания частоты в энергосистеме. Снижение частоты означает дефицит мощности — в этот момент батареи автоматически переходят из режима потребления в режим выдачи энергии. Благодаря высокой скорости реакции такое переключение происходит за десятки миллисекунд.

Подобные решения уже применяются в реальных проектах. Шведский оператор Bahnhof использует систему Eaton Power Xpert 9395P для участия в программах поддержания стабильности энергосистемы. В Ирландии Microsoft совместно с Eaton и Enel X подключила аккумуляторы своих дата-центров к программам балансировки оператора EirGrid. В Финляндии Telia интегрировала системы ИБП своего ЦОДа мощностью 24 МВт в механизмы резервирования мощности.

Другой подход демонстрирует шведский дата-центр Bikupa, где для участия в балансировке используется не аккумуляторная система, а управляемое отключение серверной нагрузки. При падении частоты часть вычислительных мощностей может временно останавливаться, снижая потребление примерно на 10 МВт.

Отдельное направление связано с управлением вычислительными задачами. Например, Google применяет платформу Carbon-Intelligent Computing, которая переносит задачи, не чувствительные к задержкам, на периоды более высокой выработки безуглеродной энергии или в другой дата-центр своей геораспределенной сети.

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