Сегмент искусственного интеллекта (ИИ) все больше влияет на энергопотребление. С развитием ИИ увеличиваются потребности в генерирующих и сетевых мощностях. Важный компонент внедрения ИИ — стабильность поставок низко-, а в идеале — безуглеродной электроэнергии, которую обеспечивает атомная энергетика. Об этом — доклад Международного энергетического агентства (МЭА) «Энергетика и искусственный интеллект».
В нынешнем технологическом укладе машинная обработка информации связана с использованием энергии. Так, физически 1 или 0 — это прохождение или непрохождение энергии. Принципы машинного обучения также связаны с энергией. Например, в системе Хопфилда, лауреата Нобелевской премии, получившего ее за основополагающие открытия и изобретения в сфере машинного обучения, эталонные значения программируются так, чтобы получить самый низкий показатель энергии — «долину». К ней стремится система при обучении.
К настоящему времени технические прорывы вкупе со снижением затрат на вычисления и доступностью огромных массивов данных способствовали столь мощному развитию ИИ, что из научной деятельности он превратился в индустрию, влияющую на производственные процессы, повседневную жизнь, политику, искусство — и энергетику.
В докладе оговаривается, что определить долю ИИ в общей загрузке ЦОД проблематично, так как центры обработки данных (ЦОД) заняты не только работой с ИИ. С другой стороны, с ИИ работают не только ЦОД. Как бы то ни было, в докладе используется термин «ЦОД».
По данным МЭА, на ЦОД в 2024 году пришлось около 1,5% мирового потребления электроэнергии — 415 ТВт·ч. Наибольшую долю в сегменте ЦОД заняли США (45%), второе место у Китая (25%), третье — у Европы (15%).
В среднем рост потребления электроэнергии ЦОД ускорился с 3% в год в период с 2005 по 2015 год до 10% в период с 2015 по 2024 год. С 2017 года потребление электроэнергии ЦОД в мире в среднем растет примерно на 12% в год. Это более чем вчетверо быстрее роста потребления электроэнергии в целом. В Китае в период с 2015 по 2024 год среднегодовой рост составил 15%, в США — 12%.
В развивающихся странах, где энергопотребление растет в различных секторах экономики, ЦОД обеспечивают порядка 5% общего роста. В странах, где энергопотребление долгое время оставалось практически неизменным, ЦОД обеспечивают порядка 20% роста.
Впрочем, следует отметить, что глобально сегмент ЦОД — это не самый быстрорастущий потребитель электроэнергии. По оценкам МЭА, этот сегмент уступает тяжелой промышленности и прочей промышленности, сегментам бытовой техники, охлаждения помещений, обогрева помещений и воды и электротранспорту. Однако на местном уровне подключения ЦОД могут создавать проблемы, связанные с достаточностью генерирующих мощностей и пропускной способностью сетей.
МЭА предложило четыре сценария прогнозов энергопотребления ЦОД к 2030 году. В базовом сценарии потребление электроэнергии более чем удвоится по сравнению с нынешним уровнем, составив 945 ТВт·ч. Как отмечается в докладе, это немногим более, чем нынешнее энергопотребление Японии.
В сценарии «Взлет» потребление электроэнергии составит более 1260 ТВт·ч к 2030 году. В сценарии «Высокая эффективность» благодаря энергосбережению потребление составит около 800 ТВт·ч к 2030 году. В сценарии «Встречный ветер» — около 670 ТВт·ч. Эксперты МЭА сделали прогноз и до 2035 года, однако оказалось, что неопределенность столь велика, что оценки, в зависимости от сценария, варьируются в диапазоне от 700 ТВт·ч до 1720 ТВт·ч.
Отрасли, используя ИИ, снижают свое энергопотребление благодаря улучшению производственных процессов. «Цифровизация и автоматизация промышленности будущего будет непрерывно расти; те страны и компании, которые захватят лидерство в интеграции ИИ в производство, выйдут вперед. Применение ИИ может ускорить разработку продуктов, снизить затраты и повысить их качество. Широкое внедрение ИИ для оптимизации процессов в промышленности может привести к экономии энергии, превышающей общее текущее потребление энергии Мексикой», — говорится в докладе. Речь идет об уровне в примерно 8 ЭДж (эксаджоулей) к 2035 году, то есть более 222 ТВт·ч.
Таким образом, экономия электроэнергии благодаря применению ИИ может снизить общий рост потребности в электроэнергии, но лишь частично. Некоторое снижающее влияние на энергопотребление ЦОД оказывает также улучшение энергоэффективности серверов и охлаждающего оборудования.
30% потребностей ЦОД в электроэнергии в мире удовлетворяют угольные электростанции
ЦОД по уровню энергопотребления сопоставимы с металлургическими заводами, в том числе такими энергоемкими, как алюминиевые. Кроме того, ЦОД — это быстрорастущий и все более значимый сегмент потребления электроэнергии. Поэтому встает вопрос, как надежно обеспечивать их электроэнергией. Ключевые параметры для размещения ЦОД — надежные источники питания, конкурентоспособные цены на электроэнергию, достаточная пропускная способность сетей.
Достаточный объем генерирующих мощностей — важнейший фактор для принятия решения о строительстве ЦОД. Как отмечается в докладе, 30% потребностей ЦОД в электроэнергии в мире удовлетворяют угольные электростанции. За ними следуют генерирующие мощности на возобновляемых источниках (27%), газ (26%) и атомная генерация (15%). После 2030 года доля угольной генерации в энергообеспечении ЦОД несколько сократится, газовой — останется на прежнем уровне, а доли возобновляемой и атомной генерации вырастут.
Сети, как отмечается в докладе, проблема для многих регионов: «Подключение к энергосетям как для генерирующих организаций, так и для потребителей, включая центры обработки данных, требует много времени и сопряжено с некоторыми сложностями. Строительство новых линий электропередачи в странах с развитой экономикой может занимать от четырех до восьми лет, а время ожидания поставки ключевых компонентов энергосети, таких как трансформаторы и кабели, за последние три года удвоилось».
Стремление обеспечить максимально надежные поставки электроэнергии и иметь возможность управлять ими приводит к созданию кооперации между технологическими и энергетическими компаниями. Так, в США несколько крупных операторов центров обработки данных объявили о партнерстве с энергогенерирующими и сбытовыми компаниями, которые строят новые мощности на газе.
Аналогичные соглашения крупные американские технологические компании в 2024 году заключили с атомными станциями. Так, компания Oracle в сентябре объявила, что планирует использовать три малых модульных реактора для ЦОД мощностью 1 ГВт. В середине октября Amazon договорился с Energy Northwest о строительстве в американском штате Вашингтон четырех усовершенствованных блоков мощностью 320 МВт с возможностью увеличения до 960 МВт. Поставщик технологии — X-energy, в которую также инвестирует Amazon. Сроки ввода — начало 2030-х годов. Кроме того, Amazon прорабатывает с Dominion Energy проект сооружения блока мощностью 300 МВт. Google тогда же заключил соглашение о покупке электроэнергии будущих ММР Kairos Power. К 2035 году Kairos планирует построить парк мощностью 500 МВт. Компания создает демообразец реактора Hermes на расплавах солей в Ок-Ридже (Теннесси), запуск запланирован на 2027 год. Следующий шаг — строительство двухблочной станции. «Объявленные на сегодняшний день планы по строительству малой атомной генерации для снабжения ЦОД предусматривают возведение объектов совокупной мощностью до 25 ГВт по всему миру, но почти все эти проекты приходятся на долю США, хотя и находятся на разных стадиях проработки и определенности. Ожидается, что первые проекты будут реализованы не раньше чем к концу этого десятилетия», — говорится в докладе.
Многие технологические компании и крупные операторы ЦОД нацелены на сокращение выбросов и использование чистой энергии и потому покупают энергию из возобновляемых источников, отмечается в докладе. Зачастую это финансовые соглашения. Это значит, что для удовлетворения физических потребностей в электроэнергии в реальности используются другие источники — природный газ или уголь. Однако некоторые технологические компании все же стремятся к реальному снижению выбросов. Так, Google и Microsoft подписывают соглашения о поставках электроэнергии из низкоуглеродных источников энергии — ГЭС, АЭС, установок гидротермальной энергетики и электростанций на природном газе с улавливанием СО2. Например, в сентябре 2024 года Microsoft и Constellation Energy заключили 20-летний контракт, предполагающий перезапуск блока №1 АЭС Three Mile Island.
Оценивая перспективы энергоснабжения ЦОД атомными станциями, авторы доклада МЭА акцентируют внимание на атомных станциях малой мощности. Тем не менее следует упомянуть не только перезапуск блока на Three Mile Island, но и контракт между Amazon Web Services и Talen Energy о предоставлении 960 МВт мощности АЭС Susquehanna, состоящей из двух блоков мощностью 1257 МВт каждый. Кроме того, в мае Google объявил о сотрудничестве с Elementl Power в трех проектах в атомной энергетике из-за резкого роста энергопотребления со стороны проектов в сфере ИИ. Google предоставит капитал для реализации проектов. Предполагается, что мощность каждого будет составлять 600 МВт, а по классификации МАГАТЭ такие относятся к проектам средней мощности. Эти примеры показывают, что для подключения ЦОД для ИИ в США, не говоря уже о других странах, могут быть задействованы атомные станции различной мощности.
В России комбинация «ЦОД — АЭС» уже давно отработана: в сентябре 2019 года был запущен в эксплуатацию ЦОД «Калининский» возле Калининской АЭС, которая и поставляет ему электроэнергию. С тех пор «Росатом» развивает собственную геораспределенную сеть дата-центров, и в настоящий момент она входит в топ-3 в России по подведенной мощности. Также госкорпорация сотрудничает с организациями, развивающими ИИ в России.
Одновременно «Росатом» проектирует, строит и адаптирует малые, средние и большие атомные станции для любых проектов , и все они могут быть задействованы для энергоснабжения ЦОД. Благодаря наработанному опыту российские атомщики могут предложить потенциальным клиентам в России и за рубежом комплексные решения по созданию и энергообеспечению ЦОД с помощью АЭС различной мощности.
В России комбинация «ЦОД — АЭС» уже давно отработана: с 2019 года эксплуатируется ЦОД «Калининский» возле Калининской АЭС
Фото: Wikipedia, Unsplash, Калининская АЭС
