Искусственный интеллект разрушил модели прогнозирования, на которые энергетические компании полагались десятилетиями, — и газовые электростанции, строящиеся сегодня, переживут все установленные сроки достижения нулевого уровня выбросов.
0:00 / 0:00
По прогнозам исследовательского центра Goldman Sachs, к 2027 году глобальный спрос на электроэнергию для центров обработки данных достигнет 84 ГВт — на 50 процентов больше, чем в 2023 году, — при этом на рабочие нагрузки в области искусственного интеллекта придется 27 процентов от этой суммы.
Энергетическая сеть не справляется с развитием искусственного интеллекта. На протяжении десятилетий спрос на электроэнергию рос медленно и предсказуемо, что давало энергетическим компаниям комфортные возможности для планирования мощностей на годы вперед. Эта модель рухнула практически в одночасье. Только в период с 2023 по 2024 год пятилетние прогнозы пикового спроса на электроэнергию летом выросли с 38 ГВт до 128 ГВт, что более чем в три раза превышает показатели одного планового цикла.
В отличие от традиционной нагрузки на серверы, которая относительно стабильна и предсказуема, задачи вывода и обучения ИИ генерируют резкие, почти мгновенные скачки энергопотребления. Крупномасштабные кластеры графических процессоров могут создавать колебания в сотни мегаватт за считанные секунды. Для такого характера нагрузки у энергетических компаний нет исторической модели.
Энергетические компании больше не рассматривают гипермасштабные центры обработки данных как крупных потребителей, которых нужно обслуживать из сети, а скорее как якорную инфраструктуру, с которой необходимо взаимодействовать при строительстве.
Далее мы рассмотрим, что на самом деле требует этот сдвиг на системном уровне — почему природный газ в настоящее время является единственным инструментом, способным восполнить этот пробел с необходимой скоростью и в необходимых масштабах, что это означает для уже принятых сегодня обязательств по сокращению выбросов, и как реалистично выглядит долгосрочный путь к балансированию этого процесса с хранением, транспортировкой и более чистыми альтернативами.
Почему природный газ сегодня заполняет образовавшуюся нишу?
В настоящее время США производят около 40 процентов электроэнергии из природного газа, а остальную часть составляют уголь и возобновляемые источники энергии. Однако ни один из этих источников не может удовлетворить потребности центров обработки данных, использующих искусственный интеллект, которым требуется стабильное, бесперебойное электроснабжение мощностью в гигаватты круглосуточно. Нынешняя энергосистема США уже испытывает нагрузку еще до того, как в дело вступают центры обработки данных.
Возобновляемые источники энергии столкнулись здесь с серьезными трудностями. Заявки на подключение новых солнечных и ветровых электростанций в среднем обрабатываются более четырех лет, что создает проблемы. В отличие от них, природный газ дешев, доступен в больших количествах и уже циркулирует по разветвленной сети трубопроводов по всей стране. И в отличие от новых солнечных или ветровых электростанций, газовые электростанции могут быть введены в эксплуатацию через три-пять лет.
Тем не менее, три-пять лет — это не мгновенный срок. Спрос существует уже сейчас, и разрыв между тем, что может обеспечить энергосеть сегодня, и тем, что нужно центрам обработки данных, уже ощущается. Энергетические компании пытаются найти разные способы удовлетворить этот спрос.
Компания Entergy инвестирует 3,2 миллиарда долларов в строительство трех газовых электростанций общей мощностью 2,3 ГВт, предназначенных специально для обеспечения электроэнергией нового центра обработки данных Meta в Луизиане, которому требуется 2 ГВт только для вычислительных нужд. Типичный срок службы этих электростанций составляет около 30 лет.
Другие же делают ставку на то, что инфраструктура привлечет арендатора. Компания NextEra Energy, крупнейший в США разработчик возобновляемой энергии, сотрудничает с ExxonMobil в строительстве газовой электростанции мощностью 1,2 ГВт на юго-востоке страны. Генеральный директор Джон Кетчум так охарактеризовал новую позицию отрасли: сектор искусственного интеллекта переходит к концепции «создай свою собственную генерацию» (BYOG).
Создан для другого мира
Переосмысление инженерной стратегии
Энергетические сети проектируются с учетом предсказуемости. Сезонные пики, промышленные циклы и рост населения моделируются для планирования генерирующих мощностей на будущее. Внедрение ИИ в эту картину требует гораздо большего, чем просто масштабирование.
Обучение крупной языковой модели означает одновременную работу тысяч графических процессоров, что приводит к огромному потреблению энергии в течение нескольких дней или недель, а затем к резкому снижению нагрузки. Эти скачки непредсказуемы и могут быть экстремальными. Диспетчерские кривые определяют, какие электростанции работают и когда, в то время как планирование резервирования гарантирует постоянную доступность резервных мощностей. Нагрузки ИИ создают нагрузку на обе системы таким образом, что у энергетических компаний нет исторических моделей для ее моделирования. Кризис прогнозирования, который это вызвало, виден в цифрах: пиковый спрос увеличился в три раза в период с 2023 по 2024 год.
Разработчики регулярно подают спекулятивные заявки на подключение к сети для проектов, которые так и не реализуются, заваливая очереди фиктивным спросом. ERCOT, оператор энергосистемы Техаса, разработал совершенно новую методологию скорректированного прогноза нагрузки для крупных объектов, чтобы учесть именно это — разрыв между прогнозируемой нагрузкой центров обработки данных и тем, что фактически происходит.
На уровне электростанций это вынуждает перестраивать систему управления генерирующими мощностями. Когда модель ИИ отвечает на запрос пользователя, она вызывает внезапный, сильный скачок мощности, известный как пиковый импульс. Газовые пиковые электростанции — предназначенные для коротких, высокопроизводительных всплесков — теперь размещаются рядом с центрами обработки данных специально для того, чтобы поглощать эти пиковые импульсы, на которые базовые электростанции не могут реагировать достаточно быстро.
В ходе Национального исследования потребностей в передаче электроэнергии, проведенного Министерством энергетики США, было установлено, что перегрузка линий электропередачи уже была острой во многих регионах еще до начала этой волны спроса.
Проблемы с передачей данных и ценовой кризис
Физическая энергосистема испытывает такое же давление. Инвестиции в передающие сети во многих регионах США неуклонно снижались после 2015 года, в результате чего система и без того работает на пределе своих возможностей. Теперь же от нее требуется поглощение спроса в масштабах, для которых она изначально не была рассчитана.
В Техасе компания CenterPoint Energy сообщила о 700-процентном увеличении числа запросов на подключение крупных энергосистем в период с конца 2023 года по конец 2024 года. В Вирджинии в очереди находятся еще 50 ГВт проектов по строительству центров обработки данных. Затраты отражают возросшую нагрузку.
Газотурбины комбинированного цикла (ГТК) улавливают отработанное тепло для выработки дополнительной электроэнергии, что делает их достаточно эффективными для круглосуточного удовлетворения потребностей. Стоимость установки новых ГТК почти удвоилась и составляет около 2000 долларов США за кВт по сравнению с электростанциями, построенными всего несколько лет назад.
Рыночные данные подтверждают эту картину. Цена на рынке мощности, то есть ставка, которую коммунальные предприятия платят за гарантированные резервы электроэнергии для пикового спроса, также выросла. В PJM, операторе энергосистемы, охватывающем большую часть Среднеатлантического и Среднезападного регионов, цены на рынке мощности на 2026-2027 годы подскочили до 329 долларов за МВт — более чем в десять раз по сравнению с ценой в 28,92 доллара за МВт, зафиксированной двумя годами ранее.
Долгосрочная игра
Затраты на выбросы
Строящиеся сегодня газовые электростанции — это не просто переходный этап к буму искусственного интеллекта; это обязательство. Имея средний срок эксплуатации в 30 лет, они будут работать и после достижения всех основных целей по нулевым выбросам парниковых газов.
За время эксплуатации электростанция, работающая на природном газе, выбрасывает около 490 г CO2 на киловатт-час. Если перенести эти данные на гигаватты новых мощностей, которые сегодня получают одобрение на строительство, то масштабы выбросов становится трудно игнорировать.
На юге США энергетические компании планируют ввести в эксплуатацию около 20 ГВт новых газовых мощностей в течение следующих 15 лет, при этом на центры обработки данных приходится от 65 до 85% прогнозируемого роста нагрузки только в Вирджинии, Южной Каролине и Джорджии. Проблема метана усугубляет эту ситуацию.
Инфраструктура газоснабжения (бурение, трубопроводы, компрессорные станции) постоянно пропускает метан, как случайно, так и в результате преднамеренного выброса. Метан удерживает примерно в 80 раз больше тепла, чем CO2, в течение 20 лет, поэтому выбросы от строительства в таких масштабах трудно поддаются количественной оценке, но игнорировать их невозможно.
Сейчас между энергетическими компаниями, крупными поставщиками электроэнергии, стремящимися к нулевым выбросам, и регулирующими органами, которые только начинают разбираться с тем, что на самом деле означает энергетическая потребность ИИ для сроков декарбонизации, начинает возникать разногласие.
Политика и стимулы
Для того чтобы в конечном итоге изменить баланс, внедряется несколько структурных механизмов, однако ни один из них не работает достаточно быстро, чтобы решить непосредственную проблему.
Что касается систем хранения энергии, то Закон о снижении инфляции 2022 года предусматривает 30-процентную налоговую льготу для автономных систем хранения энергии и установок генерации с нулевым уровнем выбросов, введенных в эксплуатацию после 2024 года. Льгота распространяется не только на технологии генерации, такие как солнечная энергия, но и на саму инфраструктуру хранения. Это дает операторам центров обработки данных и коммунальным предприятиям финансовую причину инвестировать в аккумуляторные системы, необходимые для круглосуточной работы возобновляемых источников энергии.
Что касается генерации электроэнергии, то атомная энергетика становится одним из ведущих вариантов с нулевым выбросом углерода для центров обработки данных, использующих искусственный интеллект, учитывая ее способность обеспечивать стабильное и бесперебойное электроснабжение. Google уже движется в этом направлении, заключив соглашение с NextEra о перезапуске атомной электростанции Дуэйн Арнольд мощностью 615 МВт для круглосуточного безуглеродного электроснабжения.
Проблема передачи электроэнергии остается самой сложной. Исследование Министерства энергетики выявило значительные пробелы в пропускной способности линий электропередачи почти во всех регионах США — пробелы, существовавшие еще до резкого роста спроса на ИИ, и для их устранения потребуются годы скоординированных инвестиций и реформы системы разрешений.
Дальнейший путь
Потребности ИИ в энергии растут быстрее, чем развивается инфраструктура, предназначенная для их удовлетворения. Газовые электростанции, модернизация линий электропередачи, кредиты на хранение энергии, перезапуск атомных электростанций — ничто не развивается с той же скоростью, что и технологии.
В какой-то момент этот разрыв должен быть преодолен. Вопрос в том, произойдет ли это за счет целенаправленных инвестиций и координации политики, или же посредством чего-то более болезненного. Дефицит электроэнергии, задержки в строительстве центров обработки данных и счета за электроэнергию, отражающие реальную стоимость создания энергосистемы, которая не была рассчитана на этот момент. Инженеры и политики работают над первым вариантом. Время для второго поджимает.
Sourse: interestingengineering.com
