Искусственный интеллект (ИИ) меняет многие аспекты окружающей нас реальности. Иногда неожиданным образом. Например, из-за популяризации генеративного ИИ ряду стран грозит дефицит электричества. Ведь искусственный интеллект опирается не на эфемерную интуицию. Он “набирает силу” с помощью тысяч серверов в дата-центрах на всех континентах, которые работают на полную мощность.
В январе 2024 года Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало неутешительный прогноз: глобальный спрос на электроэнергию со стороны дата-центров увеличится более чем вдвое в период с 2022 по 2026 гг. Причем важную роль в этом увеличении сыграет ИИ. Многие опасаются, что агрессивное потребление ископаемого топлива для удовлетворения потребностей вычислительной инфраструктуры будет препятствовать коллективным усилиям по борьбе с изменением климата. Также озвучиваются опасения относительно того, что индустрия ЦОД будет все более жестко конкурировать за электричество с другими отраслями, мешая последним развиваться.
Осознавая всю сложность ситуации, а также наблюдая растущее общественное недовольство, проектировщики, операторы и владельцы ЦОД и обслуживающие этот сектор вендоры принимают меры. Некоторые компании развертывают собственные генерирующие мощности для удовлетворения потребностей ЦОД в электроэнергии. Другие берут на вооружение более совершенное силовое оборудование, чтобы увеличить общую энергоэффективность инфраструктуры. Третьи используют другие методы. Чтобы не быть голословными, мы подготовили свежий тематический дайджест.
Компании Amazon, Google и Microsoft хотят строить частные линии электропередачи. Зачем? Чтобы довести до конца строительство дата-центров в Дублине и напрямую подключить их к генерирующим мощностям на базе возобновляемых источников энергии, которые принадлежат партнёрам. Речь о нескольких солнечных и ветряных электростанциях.
Ожидается, что этот шаг снизит нагрузку на центральную электросеть Дублина, где в настоящее время действует мораторий на новые подключения к сетям для дата-центров. Сегодня только государственный Совет по электроснабжению Ирландии может инициировать строительство линий электропередачи для подключения нагрузки к центральной сети.
Американские Amazon, Google и Microsoft входят в число компаний, желающих получить разрешения на строительство частных линий электропередачи для прямого подключения к солнечным и ветряным электростанциям. Представители этих компаний утверждают, что они смогут построить линии электропередачи быстрее, а также при меньших издержках, чем государство.
После начала публичных консультаций в прошлом году правительство Ирландии пообещало опубликовать политику в отношении частных ЛЭП в последнем квартале 2024 года. Власти вполне могут смягчить ограничения на то, кто может строить линии электропередачи.
В Ирландии де-факто действует мораторий на строительство дата-центров на территории агломерации Большой Дублин. Оператор электросетевой инфраструктуры EirGrid ранее сообщил, что новые заявки не будут приниматься до 2028 года. Компании ищут альтернативные варианты в этом регионе, включая подключение к газовой сети страны и запуск ЦОД на территории газовых электростанций.
Альтернатива прокладке ЛЭП к удаленным генерирующим мощностям, принадлежащим компаниям-партнерам, – развертывание электростанции рядом с ЦОД. Некоторые компании могут построить выделенную электростанцию на территории кампуса ЦОД. Однако эта решение проблемы выходит за рамки финансовых возможностей многих учреждений.
Одной из набирающих обороты альтернатив является аренда или покупка мобильного электрогенератора, размещенного на грузовом прицепе. Это устройство можно разместить на стоянке. Целый ряд компаний, включая GE Vernona, Siemens Energy, Mitsubishi Aero Power, Solar Turbines, APR Energy, Dynamis Power Solutions и Relevant Power, поставляют мобильные газотурбинные установки или газовые двигатели, которые можно буксировать к месту эксплуатации. Они обеспечивают мощность от пары до полусотни мегаватт (при объединении нескольких устройств в кластер).
Устройства работают на сравнительно экологически чистом источнике энергии. Речь о природном газе. Поэтому для их развёртывания нужны запасы природного газа или газораспределительная сеть поблизости. Данный подход продвигает компания Sapphire Gas Solutions, предлагающая клиентам аренду прицепов с мобильными электрогенераторами.
В некоторых городах и странах сложно проложить новые трубопроводы для подачи природного газа туда, где он необходим. В Sapphire Gas Solutions предлагают решение: грузовик с цистерной заправляется сжиженным природным газом (СПГ), который затем используется для электроснабжения ЦОД. По словам представителей компании, такой подход может обеспечить столь же надежные поставки природного газа, как при использовании трубопровода.
Генераторы, установленные на прицепе, обычно являются временным решением, но многие из них работают в течение нескольких лет. Некоторые ЦОД могут арендовать прицеп с газотурбинной установкой до тех пор, пока не получат электроэнергию из другого источника. Возможно, новой ветряной или солнечной электростанции.
Поскольку СПГ является жидкостью, он намного плотнее, чем компримированный природный газ (КПГ), и используется на более крупных установках. Однако для транспортировки требуется охлаждение до очень низких температур. Примерно до -160 градусов по Цельсию (-260°F). Объем природного газа в жидком состоянии примерно в 600 раз меньше, чем его объем в газообразном состоянии в газопроводе.
Процесс сжижения позволяет транспортировать природный газ в места, куда не доходят трубопроводы. Этим пользуется компания Sapphire Gas Solutions, у которой уже есть ряд клиентов из числа операторов дата-центров. Некоторые используют СПГ исключительно в качестве резервного источника питания на случай перебоев в работе центральной сети. Другим нужна доставка СПГ только в краткосрочной перспективе – до запуска электростанции по соседству или прокладки новой ЛЭП. Компаний, которые используют мобильные генераторы в качестве основного источника электричества, пока меньшинство.
Некоторые операторы ЦОД опасаются хранить СПГ рядом с дата-центром. Напрасно. В подавляющем большинстве северных ферм уже есть топливохранилища: они годами хранят дизельное топливо для использования в резервных генераторах. Интересно, что СПГ, хранящийся рядом с ЦОД, не требует периодической очистки как дизельное топливо. Применение СПГ снижает вредные выбросы примерно на 30% по сравнению с дизельным топливом для резервного, временного или долгосрочного производства электроэнергии. А общая стоимость с учетом доставки может быть ниже на 30-50% по сравнению с дизтопливом.
Стартап Unigrid собрал $12 млн на разработку недорогих аккумуляторных батарей на основе инновационного химического состава. Эти накопители электричества можно будет использовать в дата-центрах. Ожидает, что они будут дешевле и безопаснее, чем литий-ионные аналоги. Деньги на коммерциализацию технологии стартапу предоставили Transition VC, Ritz Venture Capital, Union Square Ventures и Foothill Ventures.
Компания Unigrid, сформированная выходцами из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США), уже несколько лет занимается разработкой усовершенствованных натрий-ионных батарей. Ее руководство ожидает, что усовершенствованные батареи станут ключевым фактором широкого распространения распределенных систем хранения энергии в жилых, коммерческих и промышленных зданиях.
Натрий-ионные аккумуляторы дешевле производить, чем литий-ионные. Это связано с тем, что сырье, необходимое для изготовления батарей, гораздо проще добыть. Однако натрий-ионные батареи до сих пор не могут сравниться с литий-ионными по плотности энергии (количество энергии, которое может накопить аккумулятор в удельном весе или удельном объеме). Это означает, что они должны быть больше и тяжелее и требуют специальных электронных систем управления для эксплуатации.
В Unigrid считают, что стартап решил эту проблему с помощью нового химического состава. В одной половине их батареи используется оксид натрия-хрома, а в другой — олово. Благодаря этому аккумуляторные блоки Unigrid могут быть того же размера, что и литий-ионные, обеспечивать ту же выходную мощность и подключаться к тем же электронным системам управления. Более того, натрий-ионные батареи с меньшей вероятностью подвержены тепловому разгону, чем их литий-ионные аналоги. Тепловой разгон может привести к возгоранию аккумуляторов.
Следующая новость также касается разработки перспективного химического состава для аккумуляторов, которые в будущем могут быть развернуты в ЦОД. Исследователи из Саутгемптонского университета в Великобритании представили батарею с электролитом на водной основе, производство которой, по их словам, обходится рекордно дешево. Более того, батарея полностью пригодна для переработки во вторичное сырье.
Британские ученые предлагают интегрировать устройства в центральные электросети, к которым уже подключены генерирующие мощности на базе возобновляемых источников энергии. Поскольку условные солнечные фермы и ветряки передают электричество в центральную сеть не постоянно (первые не работают ночью, а вторые – в штиль), дополнительные системы хранения энергии позволяют избежать дефицита электричества в часы пиковой нагрузки на сеть, которые совпадают с периодами спада подачи электроэнергии из возобновляемых источников. Таким образом, будут уравновешиваться спрос и предложение.
Исследователи отмечают, что их проточная батарея с растворимым свинцом (англ.: Soluble Lead Flow Battery; SLFB) идеально подходит для крупномасштабных систем хранения энергии стационарного характера. Это означает, что ее можно использовать в ЦОД.
Как работает SLFB? Энергия накапливается и хранится в свинце, который растворен в негорючем электролите на водной основе. Батарею можно изготавливать из материалов, получаемых при переработке старых свинцово-кислотных аккумуляторов. В конце срока службы ее можно переработать с использованием существующих масштабируемых процессов. Для сравнения: многие конкурирующие технологии изготовления аккумуляторов требуют применения материалов, добыча которых из недр земли наносит вред экологии.
Коммерциализацией технологии займется компания SoLead Energy, которая была основана одним из ее разработчиков. Инновационная фирма работает в этом направлении при поддержке акселератора стартапов Future Worlds, который входит в экосистему Саутгемптонского университета.
Технология изготовления электролитов на водной основе не нова. Но их использование в крупномасштабных хранилищах энергии, которые можно интегрировать с центральной электросетью, ранее было затруднено из-за опасений по поводу уровня плотности энергии, а также ограниченного срока службы. Исследователи из Саутгемптонского университета отметают, что при разработке SLFB были исправлены эти недостатки. По их мнению, новая технология может стать реальной альтернативой литий-ионным батареям.
Литий-ионный аккумулятор требует высоких первоначальных затрат, подвержен тепловому разгону и возгоранию, требует дорогостоящих механизмов контроля и охлаждения. Новое решение британцев представляет собой негорючую, экономически эффективную систему, которая изготавливается из вторсырья и полностью подвержена переработке с применением существующей инфраструктуры. Следовательно, она более безопасна для окружающей среды, чем литий-ионные аккумуляторы.
Концерн Legrand приобрел две компании для укрепления позиций на рынке решений для ЦОД через расширение ассортимента. Были куплены фирмы Davenham и VASS. Условия сделок не разглашаются.
Компания Davenham базируется в Дублине (Ирландия) и специализируется на низковольтном силовом оборудовании (защита, измерение и распределение электроэнергии) для дата-центров. В число ее клиентов входят операторы гипермасштабных ЦОД. Сфера деятельности вендора охватывает услуги по вводу оборудования в эксплуатацию и послепродажное обслуживание. В компании работают 350 человек, а годовой доход составляет около 120 миллионов евро. Клиенты находятся в основном в Европе и США.
VASS — австралийский поставщик шинопроводов. Основная часть клиентской базы – операторы дата-центров. Компания VASS базируется в Инглберне недалеко от Сиднея (Австралия). В ней работает 40 человек. Годовой доход составляет чуть менее 10 миллионов евро в эквиваленте. Клиенты находятся в основном в Австралии и Азиатско-Тихоокеанском регионе.
В Legrand отметили, что считают сегмент дата-центров очень перспективным. За последние 5 лет компания совершила 10 приобретений в сфере ЦОД. Причем 5 соответствующих сделок произошли в 2024 году. Помимо указанных выше фирм, концерн в этом году приобрел MSS, Enovation и Netrack. Общий годовой доход 5 купленных компаний превышает 200 миллионов евро в эквиваленте.
Правительство Южно-Африканской Республики предлагает операторам дата-центров уменьшить зависимость от центральной электросети и начать самостоятельно закрывать собственные потребности в электроэнергии. “Рупором” правительства выступил Департамент связи и цифровых технологий. Ведомство опубликовало Национальную политику в области данных и облачных технологий.
В документе сказано: «В настоящее время ЮАР сталкивается с проблемами в области поставок электроэнергии. Учитывая, что дата-центры работают 24 часа в сутки и потребляют огромное количество электричества, решение полагаться исключительно на национальную электросеть может быть недальновидным. Поэтому владельцам и операторам дата-центров рекомендуется внедрить альтернативные источники электроэнергии для предотвращения сбоев в работе. […]Приоритет должен быть отдан самостоятельному обеспечению электроэнергией и водой для работы ЦОД, чтобы обеспечить непрерывную работу и уменьшить зависимость от национальных сетей».
Электросеть Южно-Африканской Республики, как известно, ненадежна. Периодически отдельные части страны отключаются от сети на определенный период времени. Это обычное явление. Несмотря на серьезные проблемы с надежностью энергосистемы в ЮАР и благоприятствующий развитию альтернативной энергетики климат, ВЭС и гелиоэлектростанции строятся там медленно. Но многие владельцы ЦОД уже работают в этом направлении
Компания Teraco, принадлежащая Digital Realty, строит в стране собственную солнечную электростанцию. Vodacom подписала соглашение о поставках электричества с СЭС с местной энергетической компанией Eskom. Компания Africa Data Centers вместе с Distributed Power Africa разрабатывает солнечную ферму в Блумфонтейне.
Многие местные операторы связи, включая MTN, вложили значительные средства в аккумуляторы и генераторы. Это необходимо, чтобы поддерживать базовые станции в рабочем состоянии во время длительных отключений электроэнергии.
