Развитие искусственного интеллекта, а также распространение электромобилей и инициативы, связанные с сокращением выбросов парниковых газов путем отказа от ископаемого топлива, привели к быстрому росту спроса на электроэнергию. Во многих государствах уже фиксируется дефицит электричества. Особенно быстро нагрузка на силовую инфраструктуру растет со стороны сектора ЦОД.
По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в настоящее время в мире насчитывается более 8 тыс. полноценных дата-центров, из которых около 33% находятся в США, 16% в Европе и около 10% в Китае. МЭА прогнозирует, что ЦОД потребуют дополнительно до 590 ТВт*ч электроэнергии в 2026 году по сравнению с 2022 годом. Это эквивалентно годовому электропотреблению Германии.
По данным МЭА, потребность ЦОД в электроэнергии в основном обусловлена системами охлаждения и самими серверами. На каждую из этих позиций обычно приходится 40% от общего потребления. Оставшиеся 20% приходятся на систему электропитания, устройства хранения данных и коммуникационное оборудование.
Чтобы снизить нагрузку на электросеть и эксплуатационные расходы, владельцы, операторы, проектировщики и строители серверных ферм внедряют все более совершенное силовое оборудование при возведении новых и модернизации уже существующих дата-центров. Такому оборудованию и передовым подходам к организации электроснабжения ЦОД посвящен свежий дайджест.
Корпорация Oracle объявила о строительстве дата-центра мощностью в 1 гигаватт. За электроснабжение нового ЦОД будут отвечать 3 малых модульных реактора (ММР). Предполагается, что поставлять модульные реакторы будет компания NuScale Power.
Реакторы типа ММР мало чем отличаются от тех, которые используются на ядерных подлодках и кораблях ВМС ряда стран. Но, в отличие от морских реакторов, они предназначены для массового производства. От обычных АЭС их отличает отсутствие необходимости развертывания массивной физической инфраструктуры. Поэтому в теории ММР будут менее дорогими в эксплуатации, но все еще способными производить десятки или даже сотни мегаватт электроэнергии.
Интерес Oracle к ММР как к источнику электроэнергии обусловлен тем, что поставщик облачных услуг стремится расширить свое присутствие на рынке ЦОД. По словам основателя корпорации, ее технического директора и председателя совета директоров Ларри Эллисона, в настоящее время у Oracle имеется 162 действующих или строящихся облачных дата-центра по всему миру. Крупнейший из этих ЦОД имеет мощность 800 МВт. Он предназначен для размещения кластеров графических процессоров Nvidia.
Бизнесмен поделился информацией о том, как функционируют дата-центры Oracle. По словам Эллисона, все серверные фермы корпорации, от самых крупных до самых мелких, идентичны по характеристикам и функциям. Они различаются только масштабом.
Инженеры используют один набор программного обеспечения для управления ЦОД, который автоматизирует всю инфраструктуру, включая силовое оборудование. Как отметил Эллисон, больше ни одна интернет-корпорация не может похвастать подобным уровнем автоматизации инфраструктуры ЦОД и их автономности. Такой подход обеспечивает повышенную экономию на эксплуатационных расходах и исключает негативное влияние человеческих ошибок.
Капитальные затраты Oracle за 1 квартал 2025 финансового года составили $2,3 млрд. В корпорации ожидают, что капитальные затраты за весь 2025 финансовый год будут вдвое больше, чем в 2024 финансовому году. Значительная часть средств пойдет на строительство новых ЦОД.
Несмотря на потенциальные преимущества, адепты технологии ММР сталкиваются со значительными препятствиями, пытаясь ускорить ее широкое распространение. Еще в мае 2024 года эксперты Института экономики энергетики и финансового анализа пришли к выводу, что ММР “слишком дороги, а их строительство слишком медленно и слишком рискованно, чтобы такие установки смогли играть существенную роль в переходе от ископаемого топлива”.
Однако это не помешало многим крупным интернет-компаниям анонсировать переход на ядерные реакторы, включая ММР и обычные АЭС. В 2024 году корпорация Amazon приобрела дата-центр Cumulus компании у Talen Energy за $650 млн, руководствуясь расположением ЦОД рядом с 2,5-гигаваттной атомной электростанцией Саскуэханна. Этот шаг гарантирует облачному гиганту доступ к генерирующим мощностям на уровне 960 мегаватт. Microsoft также заинтересована в ММР, поскольку корпорация уже нанимает персонал для надзора за их развертыванием.
В мире существует лишь несколько действующих малых модульных реакторов. Они развернуты в Японии, Китае и России. Компания NuScale Power из Орегона (США) получила сертификацию для развертывания первого ММР в Штатах в 2023 году. Вполне вероятно, что Oracle будет использовать ее передовые технологии. Инженеры NuScale Power начали работать над своим ММР еще в 2007 году.
Несколько других поставщиков ММР планируют начать коммерческую эксплуатацию своих установок к концу десятилетия. Как правило, эти реакторы имеют мощность 300 мегаватт или меньше. Предполагается, что они будут предварительно изготовлены из нескольких частей, а затем собраны на месте эксплуатации. Это, как ожидается, сократит капитальные затраты.
В настоящее время малые модульные реакторы считаются многими экспертами перспективной технологией будущего. Они находятся в центре внимания поставщиков электроэнергии, которые на фоне роста спроса вынуждены искать более креативные решения для удовлетворения потребностей клиентов.
Американский стартап Exowatt, поддерживаемый генеральным директором OpenAI Сэмом Альтманом, выпустил систему генерации электричества для дата-центров с помощью возобновляемых источников энергии. Флагманское решение компании получило название Exowatt P3. Это ярко-оранжевый 40-футовый транспортный контейнер, в котором размещаются солнечные панели и солнечные тепловые коллекторы. Благодаря модульной архитектуре система легко масштабируется, что позволяет организовать электропитание даже самых мощных дата-центров.
Exowatt P3 обеспечивает как электроэнергию, так и высокотемпературную тепловую энергию через специализированные линзы, генерируя электричество по цене чуть менее $0,04 за 1 кВт*ч. Система способна хранить солнечную энергию в долговечной тепловой батарее. Предусмотрена возможность хранить энергию до 24 часов и передавать ее излишков в центральную электросеть.
Стартап утверждает, что переход на P3 поможет владельцам среднестатистического дата-центра сэкономить до $35 млн в форме расходов на электроэнергию и сократить выбросы CO2 на 438 000 тонн. Декларируются нулевые выбросы углерода, что помогает клиентам достигать поставленные цели в области устойчивого развития и улучшать корпоративный имидж.
Компания Exowatt была основана в 2023 году Ханнаном Парвизианом и Джеком Абрахамом. Ранее Парвизиан был инженером в General Electric и Siemens, а также аналитиком в Tesla Motors. Абрахам ранее основал поисковую систему Milo.com, приобретенную eBay в 2010 году. Пара партнеров основала стартап Exowatt в Майами, штат Флорида (США), чтобы, как они выражаются, “встряхнуть энергетическую отрасль”.
Недавно стартап привлек $20 млн, получив инвестиции от Andreessen Horowitz (a16z), Atomic и генерального директора OpenAI Сэма Альтмана. Спрос на решения Exowatt высок: стартап утверждает о подготовке к подписанию контрактов на развертывание генерирующих мощностей в размере 1,2 гигаватта для дата-центров в США. Инженеры компании планируют начать развертывание первых установок уже в 2024 году.
Инвестиции Сэма Альтмана примечательны, учитывая интерес генерального директора OpenAI к развитию энергетики для цифровой инфраструктуры. Помимо Exowatt, Альтман лично инвестировал в копанию Helion Energy, которая пытается создать установку для управляемого термоядерного синтеза. Он также поддержал стартап Oklo, который фокусируется на ядерной энергетике.
Ожидается, что первый проект по электроснабжению ЦОД с применением оборудования Exowatt будет реализован в западном Техасе (США) в конце 2024 года. Клиент – крупная компания, работающая в сфере майнинга криптовалют. К 2025 году этот проект может достичь мощности 50 мегаватт. В Exowatt отказались назвать своих нынешних клиентов.
Компания Infinity Turbine, занимающаяся энергетическими технологиями, представила концепцию охлаждения серверов вихревым потоком воздуха в закрытых средах с последующей генерации электроэнергии с помощью излишков тепла от серверного оборудования внутри дата-центра.
Стандартные ЦОД в значительной степени полагаются на мощные вентиляторы для обеспечения циркуляции холодного воздуха и поддержания температур, необходимых для эксплуатации серверов с всё более высокой плотностью мощности компонентов. Новая концепция Infinity Turbine предполагает использование вихря холодного воздуха для минимизации числа энергоемких вентиляторов внутри дата-центра.
Нагнетая сверху холодный воздух и позволяя ему естественным образом вытеснять горячий воздух снизу, технология позволяет генерировать вихреобразный воздушный поток, способствующий эффективному рассеиванию тепла.
Этот подход использует естественные конвективные свойства воздушных масс, когда более холодный и плотный воздух опускается вниз, а теплый поднимается. Цель – создать самоподдерживающийся вихрь, который обеспечивает циркуляцию воздуха через серверные стойки дата-центра, заменяя традиционные системы на основе вентиляторов. Метод снижает потребление энергии, обеспечивая более экологичное охлаждение.
Однако концепция не предполагает полного отказа от традиционных методов охлаждения. Чтобы обеспечить равномерное распределение воздуха и предотвратить появление “горячих точек”, система Infinity Turbine дополняет воздуховоды и вентиляторы для поддержания эффективного контроля температуры.
Компания также предлагает систему генерации электроэнергии Cluster Mesh, которая может помочь операторам и владельцам дата-центров сократить потребность как в электроэнергии, так и в воде для нужд охлаждающего оборудования. Система использует небольшие модульные турбины Organic Rankine Cycle, соединенные в ячеистую конфигурацию. По словам представителей компании, похожие конфигурации используются в аккумуляторных батареях MegaPack от Tesla. Это обеспечивает масштабируемость, избыточность и высокую эффективность.
Каждому турбогенератору в системе требуется 100 000 БТЕ тепла для выработки до 5 кВт электроэнергии. При одновременной работе 600 турбогенераторов в составе кластера система эффективно использует 60 000 000 БТЕ тепла в час, снижая нагрузку на инфраструктуру охлаждения дата-центров. По данным Infinity Mesh, при совместном использовании турбины способны вырабатывать 3000 кВт*ч электроэнергии в час.
Компания, базирующаяся в Мэдисоне, штат Висконсин (США), также сделала несколько громких заявлений о количестве воды, которое система может сэкономить при эксплуатации в ЦОД. Удаляя 60 000 000 БТЕ излишнего тепла в час, она снижает потребность в воде в размере до 2,5 миллионов литров в день. Пока неизвестно, развернута ли система Cluster Mesh в каких-либо дата-центрах.
Компания Musashi Energy Solutions, специализирующаяся на суперконденсаторах, объединилась с производителем силового оборудования Flex с целью разработки системы хранения энергии для дата-центров. Последняя будет изготавливать готовые решения, используют технологию гибридного суперконденсатора (англ.: Hybrid SuperCapacitor; HSC) компании Musashi.
В Musashi Energy Solutions утверждают, что решения на базе HSC безопаснее, чем системы хранения на основе стандартных аккумуляторов, а также предлагают значительно более длительный срок службы и более широкий диапазон рабочих температур.
Ожидается, что Flex начнет масштабное производство новых решений в первой половине 2025 года. Компания надеется начать поставки продукции корпоративным клиентам уже к концу следующего года.
Энергетический стартап Infrgy заявил о разработке прототипа системы беспроводной передачи энергии, который может заряжать несколько устройств одновременно. Утверждается, что система может передавать энергию с помощью радиосигналов на расстоянии до 1 метра без прямого визуального контакта с получающим энергию устройством. Технология была разработана благодаря сотрудничеству с Кашмирским университетом (Индия).
В отличие от других технологий беспроводной зарядки, использующих лазеры, микроволны или инфракрасное излучение, для эксплуатации решения Infrgy не требуется зарядное устройство или прямая видимость заряжаемого устройства, что делает разработку гораздо более универсальной и подходящей для эксплуатации даже в условиях промышленных сред. В частности, отмечается возможность применения технологии для организации электроснабжения датчиков в ЦОД.
Компания, которая базируется на Гавайях, выпустила демонстрационное видео, показывающее систему в действии. 3,7-вольтовый передатчик посылает радиочастотные сигналы на 2 светодиодные лампы, оснащенные схемой для приема сигналов и преобразования их в электричество.
Компания также разрабатывает новую систему сбора энергии, которая может преобразовывать радиоволны в электричество. Уже создан рабочий прототип, который генерирует больше энергии, чем получает на входе.
Стартап Deep Fission, работающий в сфере ядерной энергетики, объявил о подготовке к строительству реакторов на глубине полутора километров под поверхностью земли. Компания уже привлекла финансирование в размере $4 млн на реализацию своей концепции на практике. В частности, привлеченные денежные средства будут использованы для ускорения процесса найма необходимого персонала, получения одобрения регулирующих органов и коммерциализации реакторной технологии Deep Fission.
Deep Fission утверждает, что использование естественных условий глубоко под поверхностью земли может устранить необходимость в больших резервуарах и защитных конструкциях, необходимых в традиционных конструкциях реакторов с водой под давлением. В Deep Fission утверждают, что это значительно сократит расходы, одновременно повысив безопасность, устойчивость и эксплуатационную эффективность.
Компания ориентируется на таких потенциальных клиентов как владельцы ЦОД высокой мощности. Стартап, базирующийся в Беркли, штат Калифорния (США), основан в 2023 году. Разрабатываемый им реактор использует обычное топливо из низкообогащенного урана и уже существующую цепочку поставок. Это позволяет избежать задержек при развертывании генерирующих мощностей.
Компани Cache Energy представила пеллеты на основе извести, которые способны хранить энергию в течение, как утверждают ее представители, неограниченного периода времени. При нагревании они выделяют водяной пар, оставляя оксид кальция. Когда влага снова вводится в высушенные пеллеты с помощью одного из реакторов компании, реакция меняется на обратную, и выделяется тепловая энергия с температурой до 550°C (1022°F).
Этого достаточно для отопления и большинства промышленных процессов. Технология также может использоваться в ЦОД, оснащенных системами генерации электричества с использованием возобновляемых источников энергии. Излишки накопленной энергии можно хранить в пеллетах, чтобы использовать в ночное время (когда солнечные батареи не вырабатывают электричество) или в штиль (при развертывании рядом с ЦОД ветрогенераторов).
Пеллеты можно хранить при комнатной температуре в обычных силосах и перевозить на поезде или грузовике. Они позиционируются как “уголь без негативных последствий для экологии”. Отмечается, что это недорогое твердое вещество, способное вырабатывать тепло, можно использовать в рамках уже существующей инфраструктуры для выработки электричества с применением ископаемого топлива. Компания привлекла $8 млн для финансирования разработки своей продукции и уже передала заказчику один пилотный реактор.
