Как растущая потребность дата-центров в энергии может изменить энергосети и повлиять на климат

Альткойны

Дата-центры обрели чрезвычайно важное значение в современной цифровой экономике и в повседневной жизни. С момента массового распространения облачных технологий, потоковых видео, искусственного интеллекта и криптовалют количество и масштаб этих крупных вычислительных центров неуклонно растет. Однако вместе с ростом их числа и вычислительных мощностей возрастает и их колоссальное потребление энергии, что уже оказывает значительное влияние на энергосистемы и экологию. Предстоящие изменения в энергетическом ландшафте, связанные с растущими потребностями дата-центров, могут стать серьезным вызовом для устойчивости энергосетей и усилий по борьбе с климатическими изменениями.На начало 2025 года в США насчитывалось свыше 5 400 дата-центров, которые объединенно потребляли около 17 гигааватт электроэнергии в 2022 году.

Для сравнения: один большой атомный энергоблок способен вырабатывать примерно 1 гигааватт. Повышение числа дата-центров с 2018 года, когда их было всего около тысячи, сопровождалось значительным ростом энергопотребления – с 11 до 17 гигааватт за несколько лет. Существенная часть электроэнергии, необходимой для их работы, более половины – 56% – поставляется с использованием ископаемого топлива, особенно природного газа и угля. При этом прогнозы к 2030 году указывают, что потребность дата-центров вырастет до 130 гигааватт, что будет составлять около 12% от всей потребляемой энергии в США. Если энергия будет по-прежнему в основном добываться за счет ископаемых источников, это неизбежно приведет к увеличению углеродных выбросов и усугубит климатический кризис.

Дата-центры представляют собой огромные склады с тысячами серверов, маршрутизаторов и коммутаторов, которые работают непрерывно, обрабатывая и сохраняя колоссальные объемы данных. Международный объем цифровой информации, созданной и обработанной в 2024 году, составил 149 зеттабайт, причем одна треть от всех мировых серверов и дата-центров расположена в США. Современные технологии требуют высокой плотности вычислений, что ведет к росту спроса на мощные графические процессоры (GPU) и центральные процессоры (CPU), что в свою очередь увеличивает энергопотребление.Большая часть энергии расходуется на работу IT-оборудования – около 45% в среднем. Еще значительная доля – примерно 38% – уходит на охлаждение серверов и процессоров, чтобы предотвратить их перегрев.

Оставшаяся часть – это системы безопасности, питание резервных источников, модификация и освещение помещений. Рост вычислительных мощностей, связанных с искусственным интеллектом, лишь усиливает нагрузку, как на энергосети, так и на водные ресурсы, так как охлаждение требует также большого количества воды.С точки зрения структуры рынка, дата-центры подразделяются на малые, крупные корпоративные центры, центры колокации (аренда серверов для компаний) и гипермасштабные центры, принадлежащие таким гигантам, как Google, Meta, Microsoft и Amazon Web Services. Именно последние две категории потребляют примерно 60-70% всей электроэнергии для дата-центров, что делает их главными драйверами роста энергопотребления в отрасли.Рост числа дата-центров не только увеличивает нагрузку на энергосети, но и может привести к серьезным сбоям в их работе.

В течение многих лет после 2009 года энергопотребление в США сохранялось относительно стабильным благодаря развитию энергоэффективных технологий и политикам по снижению расхода электроэнергии. Однако теперь, с резким ростом числа дата-центров, наблюдается возвращение к стремительному росту спроса на электричество. По различным оценкам, к 2030 году дата-центры могут использовать до 9-12% всех генерируемых в стране электропотребностей, что станет ощутимым испытанием для национальной энергосистемы и может замедлить переход к возобновляемым источникам энергии.Влияет и географическое расположение дата-центров. Некоторые регионы, например Северная Вирджиния, считаются мировыми центрами дата-центров с сотнями объектов.

Для их питания в регионе уже используется несколько гигааватт энергии, причем доля ископаемого топлива в энергетическом балансе дата-центров здесь особенно велика – около 60%. Это повышает углеродный след этих предприятий, усложняя выполнение климатических обязательств штата и страны в целом.Еще одна важная проблема – высокая углеродоемкость энергии, потребляемой дата-центрами. Несмотря на рост доли возобновляемых источников и ядерной энергии, большая часть энергии, подаваемой этим учреждениям, остается «грязной». Так, по состоянию на 2023-2024 годы, 56% электроэнергии для дата-центров поставлялась с углеродоемких электростанций, что значительно превышает показатели других секторов экономики.

Для уменьшения негативного влияния дата-центров на окружающую среду и энергосети отрасль должна применять комплексный подход. Один из путей решения – строительство дата-центров в регионах с развитой возобновляемой энергетикой, например в штатах Вашингтон, Орегон или Вермонт, где преобладает гидроэнергетика. Другой – создание мощностей по выработке чистой энергии непосредственно на территории дата-центров. Установка солнечных панелей, систем хранения энергии в аккумуляторах, а также внедрение технологий по утилизации тепла серверов – все это помогает снижать суммарное энергопотребление.Кроме того, энергопотребление дата-центров можно оптимизировать за счет повышения их энергоэффективности, например, используя более эффективные процессоры, технологии жидкостного охлаждения и современные алгоритмы управления нагрузкой.

Это поможет снизить как нагрузку на электросети, так и выбросы углерода.Еще одним важным ресурсом, влияющим на работу дата-центров, является вода. Для системы охлаждения современных дата-центров зачастую используется миллионы галлонов воды ежедневно, что наносит ущерб локальным сообществам и может приводить к истощению водных ресурсов. Поскольку получение и очистка охлаждающей воды требуют дополнительного электричества, это также косвенно влияет на объемы выбросов парниковых газов. Поэтому разработка альтернативных методов охлаждения или замена водных ресурсов на более экологичные технологии становится приоритетом.

Экологические и экономические последствия роста дата-центров нельзя недооценивать. Более полумиллиона человек заняты в этой индустрии, что значительно стимулирует региональные экономики, особенно в таких регионах, как Вирджиния, где дата-центры приносят миллиарды долларов в год. С другой стороны, стремительный рост отрасли тесно связан с ухудшением качества воздуха, увеличением выбросов парниковых газов и потенциалом к дальнейшему увеличению энергетической нагрузки.В перспективе необходима комплексная координация действий на федеральном, региональном и корпоративном уровнях для интеграции данных центров в устойчивую энергетическую модель. Важную роль здесь играют инновационные политики, стимулирование инвестиций в возобновляемую энергетику, а также создание нормативно-правовой базы, направленной на сокращение углеродного следа и внедрение энергоэффективных технологий.