В условиях острого дефицита электроэнергии на фоне бурного развития ИИ операторы ЦОД ищут дополнительные источники питания, которые не зависят от магистральных сетей. Вице-президент Schneider Electric Стивен Карлини (Steven Carlini), отвечающий за инновации и технологии для дата-центров, опубликовал статью в блоге компании, где назвал наиболее вероятные источники энергии для таких объектов в кратко-, средне- и долгосрочной перспективах.

Сегодня спрос на ёмкость ЦОД часто превышает предложение, особенно в регионах вроде Евросоюза, но девелоперы часто не могут найти достаточно энергии и земли для строительства новых объектов. Тем временем ИИ ЦОД требуют всё больших мощностей — согласно прогнозам экспертов, в США потребление электричества дата-центрами может превысить её поставки в ближайшие несколько лет, в том числе в связи с недостатком ЛЭП.

По словам Карлини, в краткосрочной перспективе дополнением к магистральным сетям могут стать газовые турбины, установленные непосредственно на территории ЦОД. Некоторые нефтегазовые компании уже ведут переговоры с операторами ЦОД, при этом к таким проектам пока не предъявляются столь же жёсткие требования, как к стандартным электросетям. В числе прочих опций — солнечная и ветряная энергия, топливные ячейки на том или ином газе. Например, Amazon (AWS) в прошлом году анонсировала планы перевести на топливные элементы некоторые объекты в Орегоне.

Источник изображения: Oliver B/unsplash.com

В среднесрочной перспективе предполагается «оживить» закрытые электростанции. Например, Microsoft заключила соглашение с Constellation Energy о возобновлении работы АЭС Three Mile Island в Пенсильвании, а AWS купила кампус ЦОД рядом с атомной электростанцией в том же штате. АЭС Duane Arnold тоже не прочь вернуть в строй. Google также рассматривает атомную энергетику как один из перспективных источников электричества.

В долгосрочной перспективе Карлини предрекает успех малым модульным реакторам (SMR). Он назвал их безопасными, надёжными, эффективными и работающими на «восстановленных» ядерных отходах. Вместе с тем SMR всё ещё должны пройти многоэтапное тестирование и получить одобрение регуляторов, а пока ни одного коммерчески доступного реактора такого типа нет.

Источник изображения: IEEFA

По поводу целесообразности SMR для ЦОД тоже есть сомнения, отмечает The Register. Согласно докладу Institute for Energy Economics and Financial Analysis (IEEFA), миниатюрные реакторы всё ещё слишком дороги (и продолжают дорожать), слишком медленно создаются и слишком «рискованны», чтобы играть значительную роль в отказе от электростанций на ископаемом топливе. В институте считают, что на SMR деньги буквально выбрасываются, хотя их можно было бы с пользой потратить на возобновляемую энергетику.

Сам Карлини считает, что единого решения для всех случаев нет — в будущем дата-центры будут получать энергию из самых разных источников, а энергосети превратятся в комплексные экосистемы с подключением классических электростанций на ископаемом топливе, газовых турбин локального значения, локальных кластеров топливных элементов и локальных же источников солнечной и ветряной энергии. Столь сложные системы должны постоянно контролироваться для бесперебойного энергоснабжения, а системы контроля, по мнению Карлини, конечно же, обеспечит Schneider Electric.

В Министерстве экономики Тайваня поднят вопрос о создании объектов возобновляемой энергетики. При этом, как сообщает DigiTimes, они будут расположены не на территории острова, а на соседних Филиппинах — энергии не хватает, в том числе для производства чипов, и не исключается передача электричества подводными кабелями или буквально транспортировка морем. Поставщики энергии отчасти приветствуют подобные инициативы, но предупреждают, что строительство потребует тщательного учёта будущих затрат и рисков.

Во-первых, прокладка кабелей и сопутствующей инфраструктуры для передачи энергии обойдётся дороже NT$100 млрд ($3,1 млрд). Более того, не вся «зелёная» энергия одинакова. По информации издания, цены из-за инфляции растут, а крупные покупатели, включая производителей полупроводников, не готовы покупать электричество дороже $0,19 за кВт∙ч. Тем временем ветроэнергия с Филиппин может стоить и $0,25 за кВт∙ч из-за потерь при передаче. Если покупатели откажутся от подобных поставок, под угрозой окажется как энергобезопасность острова, так и доходы инвесторов.

Немалую роль играют и риски последнего времени. Не так давно Филиппины поменяли политику субсидирования бизнеса, из-за чего некоторые зарубежные инвесторы буквально терпят убытки. Компании, рассматривающие возможности инвестиций в Филиппины, могут столкнуться с серьёзными рисками, если филиппинские власти не предоставят надёжных гарантий. Кроме того, филиппинские субсидии на возобновляемую энергетику зависят от компонентов из материкового Китая, поэтому не исключено, что тайваньским генерирующим компаниям доступ к солнечной и ветряной энергии будет ограничен.

Источник изображения: Lin Jhih-Han / Unsplash

Важна и сложность технического обслуживание возможной инфраструктуры — ремонт подводных кабелей из-за инцидентов разной природы может увеличить расходы, а также привести к перебоям с поставками энергии. Например, подводные кабели станут приоритетными целями в условиях вероятного геополитического кризиса. Подводные ВОЛС острова уже пострадали в прошлом году.

Офшорная энергетика острова сегодня в тупике из-за цен, а развитие солнечной ограничено из-за недостатка земли и строгих требований властей к сосуществованию солнечных электростанций и сельскохозяйственных угодий. Лидеры энергоотрасли Тайваня уверены, что заброшенные и недоиспользованные земли острова можно было бы применять для развития солнечной энергетики. Эффективная координация действий между правительственными ведомствами могла бы снизить затраты и риски — тогда не пришлось бы прибегать к инвестициям в зарубежные «зелёные» проекты с высокими рисками.

Источник изображения: Jesse De Meulenaere/unsplash.com

От некоторых масштабных проектов передачи энергии по морскому дну уже пришлось отказаться. Например, в прошлом году Atlassian закрыла проект поставки «зелёного» электричества из Австралии в Сингапур — он тоже столкнулся с проблемами экономической целесообразности, хотя Сингапуру новые мощности не помешали бы. На самом Тайване дефицит электроэнергии мешает, в частности, развитию ИИ ЦОД.

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.

Один из ведущих производителей электротехники в России ООО «ИЭК ХОЛДИНГ» (коммерческое обозначение — IEK GROUP) объявил о покупке российских активов французской компании Legrand Group, объявившей об уходе с российского рынка 25 января этого года. Как указано в пресс-релизе, предметом сделки стали три производственные площадки, более 20 представительств компании в российских городах.

Также сообщается, что при одобрении сделки правительственная комиссия установила для бывших предприятий Legrand ключёвые показатели на три года. В частности, суммарная выручка трех производственных площадок в 2025 году должна составить около 8,5 млрд руб., а инвестиции IEK Group в развитие производства на них достичь 1 млрд руб.

Legrand производит электромонтажное и индустриальное оборудование, распределители электроэнергии, системы автоматизации зданий, а также умную бытовую электронику под брендом Netatmo, начиная от умных выключателей и заканчивая системами безопасности.

Источник изображения: IEK GROUP

«IEK GROUP и бывшие российские подразделения Legrand дополняют друг друга в технологиях и продуктовых решениях, поэтому сделка обеспечит эффект синергии», — заявил гендиректор IEK GROUP. Он отметил, что приобретение российских активов Legrand даст импульс масштабной программе локализации продукции и дополнительным инвестициям IEK GROUP в производство. А коммерческий директор IEK GROUP заявил, что после привлечения производственных мощностей и технологий Legrand компания сможет предложить российским потребителям электротехнику ещё более высокого качества.

Корпорация Google, по сообщению Datacenter Dynamics, тестирует специализированную систему, которая позволяет динамически снижать энергопотребление определённых дата-центров в зависимости от текущей нагрузки на локальную энергосеть.

Новая система, как отмечается, является дальнейшим развитием технологии перемещения нагрузок между различными ЦОД в зависимости от уровня доступности «зелёной» энергии. Соответствующую функцию Google начала использовать в 2020 году. При этом речь идёт только о задачах, для которых не критичны задержки или требования о суверенитете данных — например, транскодирование видео для YouTube или обновление словарной базы Google Translate. Похожий инструмент внедряет и Microsoft.

Источник изображения: Google

Тестируемая теперь система даёт возможность во время перегрузок местных электросетей переносить несрочные вычислительные задачи на другое время и/или в другое место. Таким образом, в часы пик дата-центры Google сокращают потребление энергии, что снижает вероятность возникновения сбоев в энергосистеме региона, где располагается оборудование. В настоящее время эта система развёрнута в ЦОД на Тайване, в Орегоне и по всей Европе. В дальнейшем планируется её внедрение в других облачных зонах. Google уверяет, что использование функции перераспределения нагрузок не влияет на качество предоставляемых услуг.

Отмечается, что Google планирует нагрузки, опираясь в том числе на информацию от операторов электрических сетей. Некоторые задачи перенаправляются в другие ЦОД, тогда как выполнение некритичных операций просто откладывается. Система была опробована в Европе зимой 2022–2023 гг., когда произошёл резкий рост цен на энергоносители. Google использовала технологию для снижения энергопотребления на своих объектах в Нидерландах, Бельгии, Ирландии, Финляндии и Дании периоды типовой пиковой нагрузки. А в Орегоне и Небраске Google снижала энергопотребление дата-центров во время недавних экстремальных погодных явлений.

Корпорация Microsoft, по сообщениям ресурсов Datacenter Dynamics и Motley Fool, создаёт специализированный инструментарий, который позволит автоматически планировать выполнение рабочих нагрузок в ЦОД в зависимости от их срочности и воздействия на окружающую среду.

Идея заключается в том, чтобы выполнять определённые задачи в определённое время, что позволит минимизировать выбросы вредных газов в атмосферу. Например, те ресурсоёмкие задачи, выполнение которых не является срочным, могут быть отложены до момента, когда станет доступно необходимое количество энергии из возобновляемых источников.

Источник изображения: Microsoft

Microsoft патентует систему управления поведением оборудованием, «ориентированную на устойчивое развитие». Данный комплекс учитывает состояние энергосистемы в целом, а также другие факторы. На начальном этапе собирается информация о текущей нагрузке на сеть, о погодных условиях и температурах и т.д. После этого специальные алгоритмы делают прогноз использования ресурсов и распределяют выполнение задач так, чтобы они оказало «сравнительно меньшее воздействие на окружающую среду».

По заявлениям Microsoft, подобный подход позволит снизить нагрузку на энергосеть в часы-пик, а также увеличить срок службы оборудования. Кроме того, станет возможным более эффективное использование «зелёной» энергии. В частности, Microsoft может использовать систему для приостановки и возобновления некоторых операций в ЦОД для балансировки энергопотребления.

Нужно отметить, что Google ещё два года назад начала динамически и прозрачно для конечных потребителей перемещать нагрузки между различными дата-центрами, опираясь на уровень доступности для них «зелёной» энергии. При этом речь идёт только о задачах, для которых не критичны задержки или требования о суверенитете данных. Для этого Google составляет прогнозы доступности энергии на день вперёд.

Компания Microsoft получила разрешение на строительство газовой электростанции на 170 МВт для своего кампуса Grange Castle в пригороде Дублина. Как сообщает DataCenter Dynamics, объект стоимостью €100 млн будет использоваться для повседневного питания ЦОД, а в случае отключения от национальной энергосети станция и 21 дизель-генератор станут единственным источником питания всего кампуса. По данным Business Post, суммарно планируется установить 150 генераторов.

Экоактивисты уже выступили против проекта, обвинив IT-гиганта в попытке обойти запрет оператора EirGrid на новые подключения ЦОД к электросетям в Дублине и его окрестностях до 2028 года. Защитники природы подчёркивают, что хотя благодаря собственной электростанции Microsoft ограничит нагрузку на местные энергосети, электростанция будет только способствовать росту углеродного выброса. При этом власти Ирландии всё ещё намерены добиться того, чтобы к 2030 году 80 % энергии в стране должно поступать из возобновляемых источников.

Источник изображения: Microsoft

Хотя в Ирландии в целом строительство дата-центров не запрещено и даже приветствуется, в Дублине и окрестностях оно ограничено, поскольку здесь и без того уже действует немало ЦОД. Из-за введённых ограничений некоторые крупные компании уже приостановили реализацию ряда проектов. Экоактивисты призывают вообще заблокировать строительство новых ЦОД, утверждая, что это помешает декарбонизации страны. Строительство газовых электростанций может стать временным ответом на ограничения, позволив сделать ЦОД вообще автономными.

При этом власти Ирландии ещё в конце 2022 года предостерегли оператора Gas Networks Ireland от заключения новых контрактов с операторами ЦОД, предполагающими обеспечивать свои объекты преимущественно за счёт газовых генераторов для обхода существующих норм. Известно, что Microsoft, для соблюдения существующих в Ирландии правил, не станет эксплуатировать станцию круглосуточно — она будет работать всего по 8 часов в день. Вместе с тем это вряд ли поможет планам компании по полном переводу её ирландских ЦОД на «зелёную» энергию.

Компания Microsoft намерена распространить успешный опыт по интеграции энергохранилища дата-центра в Дублине с местными энергосетями на свои ЦОД во всём мире. Как сообщает DataCenter Dynamics, ещё в 2022 году свою эффективность доказала схема, объединяющая систему литий-ионных аккумуляторов (BESS) и интерактивные ИБП компании Eaton, которая позволяет делиться энергией с ирландской электросетью в случае необходимости. Подобные пилотные проекты уже реализуют многие операторы ЦОД вроде Google и Telia, а также операторы Deutsche Telecom и Elisa.

К 2030 году Ирландия намерена использовать в своих сетях не менее 70 % возобновляемой энергии, уже сейчас на долю ЦОД приходится порядка 10 % всего энергопотребления страны. По прогнозам экспертов, меньше, чем через 10 лет этот показатель вырастет до 30 %, что приведёт к замедлению роста рынка ЦОД в Ирландии и даже уходу некоторых игроков из-за внедрения новых правил. Применяемая Microsoft система уже сегодня особенно востребована именно здесь, где активное строительство ЦОД привело к нехватке энергетических мощностей.

Источник изображения: Jan Huber/unsplash.com

Такие «виртуальные электростанции» (Microsoft в этом деле помогала Enel X) могут эффективно использоваться в любой точке мира. Считается, что такое решение будет способствовать декарбонизации электросетей. Дело в том, что нестабильные поставки из возобновляемых источников увеличивают потребность в формировании именно аккумуляторных хранилищ. Кроме того, становится доступна и более эффективная и быстрая балансировка сетей — для передачи энергии на краткосрочный период аккумуляторные резервы намного эффективнее.

Пока неизвестно, сколько компания готова отдавать в ирландскую энергосеть. В дублинском кампусе ёмкостью 255 МВт Microsoft намерена построить дополнительные мощности — благодаря тому, что компания успела получить разрешение на строительство до введения в Дублине временных лимитов на создание ЦОД. Ожидается, что следующей на очереди станет Великобритания, где будет использовано аналогичное решение. Впрочем, есть и альтернативный подход — AWS приняла решение закупить более сотни дизель-генераторов для своих ирландских ЦОД.

Финский оператор мобильной связи и телекоммуникационных сервисов Elisa получит от государства €3,9 млн на создание распределённого энергохранилища (Distributed Energy Storage, DES) в своей сети. Как сообщает DataCenter Dynamics, в случае необходимости энергия будет передаваться и местным электросетям. Выделенный финскими властями грант позволит создать крупнейшую в Европе «виртуальную электростанцию», позволяющую рационально расходовать энергию и управлять энергохранилищами. По данным оператора, это крупнейший проект такого рода в Европе.

Финансирование осуществляется в рамках финской программы продвижения проектов, связанных с «зелёной» энергетикой — Recovery and Resilience Plan. Elisa уже протестировала новое решение на 200 базовых станциях. По данным компании, использование DES поможет снизить расходы на электричество. Система уже получила предварительное одобрение финского оператора электросетей Fingrid. Грант позволит создать виртуальное энергохранилище ёмкостью до 150 МВт·ч, что является крупнейшим европейским проектом в области систем хранения энергии, даже в сравнении с проектами централизованных хранилищ.

Фото: Jonathan Borba / Pexels

DES использует ИИ и машинное обучение, позволяющие оптимизировать использование электроэнергии базовыми станциями и эффективно управлять циклами заряда/разрядки аккумуляторов таким образом, что это позволит превратить резервные источники питания сети базовых станций в «виртуальную электростанцию», способную делиться энергией с операторами местных сетей электропередач в случае непредвиденного повышения нагрузки.

Новое решение обеспечит в некоторых случаях альтернативу ископаемому топливу и поможет электросетям, нуждающимся в дополнительных источниках возобновляемой энергии. Считается, что система не только повысит устойчивость сетей связи, но и поможет сэкономить на электричестве, а также будет способствовать достижению нулевых выбросов парниковых газов, поощряя наполнение энергохранилищ из возобновляемых источников.