Новые тренды в электроснабжении ЦОД диктуют Microsoft, Google, AWS, LG Chem и Reverion

Согласно оценкам International Data Corporation (IDC), счета за электричество остаются самой большой текущей статьей расходов для операторов дата-центров. На ее долю приходится 46% общих расходов на эксплуатацию в случае корпоративных ЦОД и 60% — в случае коммерческих дата-центров. Потребление электроэнергии быстро растет на фоне интенсификации и повышения энергоемкости рабочих нагрузок, включая, например, искусственный интеллект (ИИ).

Аналитики IDC ожидают, что рост рабочих нагрузок, связанных с ИИ, приведет к значительному увеличению энергопотребления дата-центров и выбросов углерода при их эксплуатации в среднесрочной перспективе. Прогнозируется, что среднегодовой темп роста мощности ЦОД, обслуживающих ИИ, составит 40,5% до 2027 года. Их энергопотребление будет расти со среднегодовым темпом в 44,7%, достигнув 146,2 тераватт*часов (ТВт*ч) к 2027 году.

Если рассматривать все ЦОД в целом, в IDC ожидают, что совокупное количество потребляемой ими электроэнергии более чем удвоится в период с 2023 по 2028 годы. Аналитики прогнозируют, что показатель будет увеличиваться в течение пятилетнего периода со среднегодовым темпом роста 19,5% и достигнет 857 тераватт*часов (ТВт8ч) в 2028 году.

Параллельно можно наблюдать рост цен на электроэнергию. Особенно в странах Запада. Они растут из-за динамики спроса и предложения, экологических норм, геополитических событий и чувствительности к экстремальным погодным явлениям, отчасти вызванным изменением климата. В IDC считают, что факторы, которые привели к росту цен на электроэнергию за последние пять лет, вероятно, сохранятся.

В текущих условиях команды ЦОД вынуждены уделять повышенное внимание не только снижению энергопотребления подконтрольной инфраструктуры, но и сохранению поставок электричества на желаемом уровне. Это особенно актуально в случае владельцев гипермасштабных ЦОД, которые вынуждены брать на вооружение нетривиальные и непопулярные подходы к решению критически важной задачи. Это одна из главных тем текущего дайджеста, посвященного актуальным трендам и новостям об электроснабжении дата-центров.

Google может использовать малые модульные реакторы в ЦОД

Генеральный директор Google и Alphabet Сундар Пичаи, выступая в Питтсбургском университете Карнеги-Меллона (США), заявил, что малые модульные ядерные реакторы (ММР) могут быть использованы для выработки электроэнергии, необходимой новым дата-центрам поискового гиганта. А новым ЦОД корпорации потребуется действительно много электричества. По словам топ-менеджера, ее инженеры работают над дата-центрами мощностью более 1 ГВт.

Пичаи напомнил, что цель Google – двести до нуля корпоративный «углеродный след» к 2030 году. По его словам, цель становится труднореализуемой, если учесть дефицит и рост стоимости электричества из возобновляемых источников. Поэтому Google собирает команду инженеров, которая будет заниматься поиском альтернативных источников «безуглеродной» электроэнергии.

Топ-менеджер напомнил, что корпорация очень рано инвестировала в ветровую и солнечную энергию, потому что увидела высокий потенциал. Сегодня многие ее дата-центры работают благодаря солнечным и ветряным фермам, что позволило примерно на 90% сократить их «углеродный след».

Пичаи не сказал, что Google будет использовать ММР для организации электропитания своих дата-центров в краткосрочной перспективе, но отметил следующее: «Я вижу, сколько денег вкладывается в ММР. Наблюдая за потоками капитала и внедрением инноваций, я настроен оптимистично относительно среднесрочной и долгосрочной перспективы».

Новые источники электроэнергии, которые рассматривает команда поискового гиганта, включают геотермальные электростанции. Пичаи упомянул об использовании компанией геотермальной энергии для электропитания дата-центра в Неваде в рамках сотрудничества Google с поставщика услуг по распределению электричества NV Energy. Благодаря инфраструктуре NV Energy интернет-корпорация покупает электричество с геотермальной электростанции, эксплуатируемой Fervo Energy.

Представители Google пока не объявляли о каких-либо сделках, предполагающих использование «мирного атома». Но летом 2024 года глава отдела глобальных рынков электроэнергии и энергетической политики Google Бриана Кобор посетила конференцию Американского ядерного общества, чтобы провести переговоры с операторами ядерных установок в США.

АЭС Три-Майл-Айленд вернется в строй благодаря Microsoft

Атомная электростанция Три-Майл-Айленд (Three Mile Island) на реке Саскуэханна в американском штате Пенсильвания печально известна как место первой в истории крупной аварии на АЭС. В 1979 году на втором блоке произошло частичное расплавление ядерного топлива. Расследование показало, что инцидент вызвало сочетанием отказа оборудования и человеческой ошибки.

Авария привела к выбросу небольшого количества радиоактивного газа, но медицинские исследования показали, что этого было недостаточно, чтобы вызвать неблагоприятные последствия для здоровья людей. В ходе инцидента реактор первого блока не пострадал. В 1999 году его приобрела энергетическая компания Constellation.

Последний реактор Three Mile Island, блок 1, был остановлен в 2019 году. Но вскоре он будет перезапущен. Корпорация Microsoft подписала с Constellation 20-летний контракт на закупку электричества для нужд дата-центра. Соглашение предполагает выделение генерирующих мощностей в размере 835 МВт. Этого достаточно для покрытия потребностей в электроэнергии 800 тыс. домохозяйств в США.

Ожидается, что первый блок АСЭ вернется в строй в 2028 году. Но перезапустить его простым щелчком переключателя не удастся. Придется продираться через бюрократическую волокиту, проходя согласования в Комиссии по ядерному регулированию США, а также в местных органах власти. Сам реактор требует реконструкции. В обновлении нуждается большинство критически важных компонентов: от турбины и генератора до главного силового трансформатора, систем охлаждения и управления.

Если энергетической компании удастся добиться выдачи лицензии, это позволит продлить эксплуатацию электростанции как минимум до 2054 года. Ожидается, что АЭС будет повторно введена в эксплуатацию в 2028 году. Проект позволит создать 3400 рабочих мест – напрямую и косвенно. Также обещано сокращение выбросов CO2 на 61 млн тонн за 20 лет.

Дата-центры Microsoft, которые будут использовать электричество с перезапущенной АЭС, находятся штате Пенсильвания, а также в Чикаго, Вирджинии и Огайо. Соглашение о сотрудничестве между компаниями продлится 20 лет. Это значительно больше срока действия соглашения на закупку электричества с солнечных и ветряных электростанций, заключаемых Microsoft.

Хотя условия договора не разглашаются, известно, что Constellation инвестирует в перезапуск бездействующего реактора около $1,6 млрд. Ранее реактор был остановлен из-за слишком высокой стоимости эксплуатации.

За последние 12 месяцев рекрутеры Microsoft наняли большое число ценных специалистов по «мирному атому». В частности, в СМИ всплывала информация о назначении на должность директора по ядерным технологиям Арчи Манохарана, перешедшего из компании Ultra Safe Nuclear. Последняя занимается проектированием и производством малых модульных реакторов. Должность руководителя по ускорению развития ядерной энергетики занял Эрин Хендерсон, перешедшей из Tennessee Valley Authority.

Корпорация Microsoft также активно экспериментирует с альтернативными источниками энергии для закрытия потребностей своих ЦОД в «зеленом» электричестве. В январе 2024 года представители софтверного гиганта заявили, что демонстрационный проект в Вайоминге, в рамках сотрудничества с Caterpillar и Ballard Power, показал, что водородные топливные элементы могут обеспечивать электроэнергией дата-центр целиком.

Amazon Web Services делает ставку на традиционные АЭС и инновационные ММР

Amazon Web Services (AWS) в начале 2024 года приобрела за $650 млн кампус ЦОД, прилегающий к атомной электростанции Susquehanna Steam Electric Station мощностью 2,5 ГВт в Саскуэханне, штат Пенсильвания (США). Представители компании Talen Energy, владеющей электростанцией, заявили, что AWS будет покупать электроэнергию и для нужд кампуса ЦОД. Ожидается, что на кампусе разместятся 15 зданий. Корпорация Amazon уже получила необходимые разрешения для реализации проекта. Пиковая мощность кампуса достигнет 960 МВт.

В сентябре ряд СМИ сообщили об активизации усилий рекрутеров AWS по найму новых руководителей для энергетических подразделений. В частности, корпорации потребовались главный инженер-атомщик для организации электроснабжения дата-центров, а также руководитель подразделения по малым модульным реакторам. Нанимаемым специалистам придется работать с внешними партнерами с целью обеспечения проектирования «эффективных и безопасных модульных атомных электростанций».

Требуется опыт проектирования и эксплуатации как стандартных АСЭ, так и малых модульных атомных электростанций. Нанимаемые кадры будут участвовать в разработке дорожной карты (внутренней и внешней стратегии) в области ядерного топлива. В сферу обязанностей войдут проведение комплексных проверок «конкретных энергетических проектов», а также выстраивание отношений с Министерством энергетики США и регулирующими органами.

Перечисленные выше Microsoft, Google и Amazon – не единственные интернет-корпорации и крупные игроки рынка центров обработки данных, которые делают ставку на «мирный атом». В апреле 2024 года колокейшн-провайдер Equinix подписал соглашение на электроснабжение вычислительных мощностей на уровне до 500 МВт с фирмой Oklo, которая занимается малыми модульными реакторами.

В сентябре основатель Oracle Ларри Эллисон сообщил, что его компания планирует построить кампус ЦОД мощностью 1 ГВт, поддерживаемый тремя малыми модульными реакторами. Компания пока не раскрыла подробности проекта. Неизвестно, где именно будет построен кампус, и с какой компанией ведется сотрудничество в сфере атомной энергетики.

Стартап Reverion получил $62 млн на контейнерную электростанцию для ЦОД

Немецкий энергетический стартап Reverion GmbH привлек $62 млн в форме сторонних инвестиций. Дополнительное финансирование компания, которая утверждает, что разрабатывает «углеродно-отрицательные» электростанции на базе твердооксидных топливных элементов, использует для начала серийного производства своей продукции. В целевую аудиторию вендора входят операторы дата-центров.

Собственный капитал в стартап вложили компании Energy Impact Partners (EIP) и Honda, а также Фонда Европейского совета по инновациям (фонд EIC), Extantia Capital, UVC Partners, Green Generation Fund, Doral Energy-Tech Ventures и Possible Ventures.

Компания Reverion GmbH, которая была создана выходцами из Мюнхенского технического университета в 2022 году, утверждает, что ее биогазовые установки на основе твердооксидных топливных элементов достигают эффективности на уровне до 80% при выработке электроэнергии. Это намного выше, чем у традиционных установок аналогичного типа. Они могут производить и хранить возобновляемый природный газ или «зеленый» водород в периоды избыточной подачи электроэнергии из, например, ветрогенераторов, солнечных ферм и других возобновляемых источников.

При подаче биогаза в систему, из него удаляются сероводород и другие примеси. Газ предварительно нагревается и подается в топливный элемент, где он окисляется воздухом для получения электроэнергии. Вендор предлагает контейнерные модули мощностью 100 кВт (20-футовый контейнер) и 500 кВт (40-футовый контейнер). Отмечается, что устройства улавливают CO2, образующийся при выработке электроэнергии.

По данным компании Reverion GmbH, на сегодняшний день сумма предварительных заказов на топливные элементы от потенциальных клиентов превысила 100 миллионов долларов. По мнению экспертов, инновационный подход и быстрый прогресс Reverion GmbH подчеркивают высокий потенциал стартапа, который может стать лидером в области возобновляемых источников энергии не только в Европе, но и во всем мире.

MPINarada расширяет линейку сверхмощных аккумуляторов MPL для дата-центров

Компания MPINarada объявила о выпуске новейшей системы аккумуляторных батарей для дата-центров MPL1211050, в основе которой лежит технология литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Вендор, располагая 15-летним опытом в производстве соответствующих устройств, достиг крупного прорыва. Инженеры компании разработали, по их словам, самое компактное на рынке решение для резервного электропитания ЦОД.

Имея общую длину чуть более 3 метров (5 футов) и включая по 3 шкафа, новые устройства из серии MPL могут поддерживать IT-нагрузку мощностью 1 МВт в течение 5 минут. Продукция также может похвастаться ожидаемым сроком службы на уровне 20 лет.

Устройства из серии MPL работают при температуре до 35°C/94°F. Используемая при их изготовлении аккумуляторная технология гарантирует отсутствие необходимости в зазорах между шкафами, не несет риска возгорания или теплового разгона. Фирменные аккумуляторы вендора были тщательно протестированы и сертифицированы в соответствии со стандартами безопасности UL9540A и NFPA855. Устройства не содержат редкоземельных материалов, что удешевляет их производство.

LG Chem представила материал, предотвращающий тепловой разгон литий-ионных батарей

Компания LG Chem разработала материал, способный подавлять опасный процесс теплового разгона в неисправных литий-ионных аккумуляторах. Ожидается, что эта технология сделает аккумуляторные батареи для электромобилей и дата-центров намного безопаснее.

Группа инженеров из Отдела исследований и разработок корейского конгломерата, которая занималась этим проектом, сообщает, что материал для усиленного защитного покрытия (Safety Reinforced Lawyer; SRL) был проанализирован исследователями из Университета науки и технологий Пхохана (POSTECH) в Южной Корее. Проверка безопасности была проведена компанией LG Energy Solution.

Подробная информация о материале и исследовании LG Chem была опубликована в выпуске научного журнала Nature за сентябрь 2024 года. Представители компании отмечают, что начать применение этой технологии в массовом производстве аккумуляторов можно будет через короткий промежуток времени.

Литий-ионные аккумуляторы используются в широком спектре устройств, включая мобильные телефоны, электромобили, а также системы резервного хранения электроэнергии для дата-центров. При повреждении батареи они могут перейти в режим теплового разгона. Этот процесс происходит, когда катод и анод вступают в прямой контакт, вызывая реакцию, которая может привести к перегреву и выделению легковоспламеняющегося пара. Повышается риск возгорания или взрыва. Тепловой разгон — одна из основных причин пожаров в электромобилях. Считается, что несколько пожаров в ЦОД были вызваны возгораниями лития в ходе этого процесса.

Чтобы положить этому конец, команда LG Chem разработала материал SRL из композита, который меняет свое сопротивление при повышении температуры. Благодаря этому он может действовать как «предохранитель», блокируя поток электричества, когда начинается перегрев.

SRL поставляется наносится в виде тонкого слоя (толщиной всего 1 микрометр или около 1/100 толщины человеческого волоса) между катодным слоем и токосъемником в батарее. Когда температура батареи поднимается выше нормального диапазона (90°C-130°C), инновационный материал реагирует, изменяя под воздействием тепла молекулярную структуру и эффективно подавляя поток электричества. Материал обладает свойством обратимости, то есть при охлаждении сопротивление уменьшается, и система возвращается в исходное состояние, позволяя току снова нормально проходить через устройство.

Исследователи провели испытания аккумуляторов на ударопрочность и обнаружили, что батареи, оснащенные новым материалом, подавляющим тепловой разгон, либо вообще не загорались, либо подавляли пламя вскоре после его возникновения, предотвращая полномасштабный пожар.