Автор: Теджасри Гурурадж через Interest Engineering,
Согласно прогнозам Goldman Sachs Research, к 2027 году глобальная потребность центров обработки данных в электроэнергии достигнет 84 ГВт — это 50-процентный скачок по сравнению с уровнем 2023 года — , при этом рабочие нагрузки искусственного интеллекта будут составлять 27 процентов от этой общей суммы .
Сеть испытывает перенапряжение из-за растущего спроса со стороны энергоемких центров обработки данных и электромобилей. Getty Images
Сеть не успевает за искусственным интеллектом. На протяжении десятилетий спрос на электроэнергию рос медленно и предсказуемо, что дает коммунальным предприятиям удобный запас для планирования мощности на годы вперед. Эта модель сломалась почти в одночасье. Только в период с 2023 по 2024 год прогнозы пятилетнего пикового спроса коммунальных предприятий подскочили с 38 ГВт до 128 ГВт , что означает более чем трехкратное увеличение за один цикл планирования.
В отличие от традиционных нагрузок на серверы, которые относительно равномерны и предсказуемы, Задачи вывода и обучения ИИ генерируют резкие, почти мгновенные скачки мощности . Крупномасштабные кластеры графических процессоров могут производить колебания мощности в сотни мегаватт за считанные секунды. У утилит такого поведения нагрузки нет исторической модели.
Энергетические компании больше не рассматривают гипермасштабные центры обработки данных как крупных клиентов, которых нужно обслуживать из сети, а скорее как якорную инфраструктуру, с которой можно строиться совместно.
Далее следует взглянуть на то, чего на самом деле требует этот сдвиг на системном уровне: почему природный газ в настоящее время является единственным инструментом, который может заполнить пробел с необходимой скоростью и масштабом, что это означает для обязательств по выбросам, уже принятых сегодня, и как реалистично выглядит более длительный путь к балансированию этого с хранением, передачей и более чистыми альтернативами.
Почему природный газ сегодня заполняет этот пробел
В настоящее время США производят около 40 процентов своей электроэнергии из природного газа, а уголь и возобновляемые источники энергии составляют большую часть остального. Однако ни один из них не может удовлетворить потребности центров обработки данных искусственного интеллекта, которым требуется надежная, бесперебойная, круглосуточно доступная мощность в гигаваттах. Нынешняя энергосистема США уже находится под нагрузкой еще до того, как центры обработки данных вступают в уравнение.
Уровни напряжения электросетей США и классы потребителей. Фото: Министерство энергетики США/Wikimedia Commons.
Здесь возобновляемые источники энергии уперлись в твердую стену. Среднее время ожидания запросов на межсетевое соединение для новых солнечных и ветровых проектов составляет более четырех лет. Напротив, природный газ дешев, в изобилии и уже протекает по обширной сети трубопроводов по всей стране. И в отличие от новых солнечных или ветровых проектов, газовые электростанции могут быть запущены в эксплуатацию через три-пять лет.
Но даже в этом случае три-пять лет — это не сразу. Спрос уже существует, и разрыв между тем, что сеть может обеспечить сегодня, и тем, что нужно центрам обработки данных, уже ощущается. Энергетические компании разными способами пытаются придумать, как удовлетворить этот спрос.
Entergy тратит 3,2 миллиарда долларов на строительство трех заводов по производству природного газа общей мощностью 2,3 ГВт специально для питания нового центра обработки данных Meta в Луизиане, которому только для вычислений требуется 2 ГВт. Типичный срок эксплуатации этих электростанций составляет около 30 лет.
Другие делают ставку на то, что инфраструктура привлечет арендатора. NextEra Energy, крупнейший в США разработчик возобновляемых источников энергии, сотрудничает с ExxonMobil для строительства газового завода мощностью 1,2 ГВт на юго-востоке. Генеральный директор Джон Кетчум резюмировал новую позицию отрасли: сектор искусственного интеллекта смещается в сторону «BYOG» — создайте свое собственное поколение.
Переосмысление инженерной книги
Электрические сети спроектированы так, чтобы обеспечить предсказуемость. Сезонные пики, промышленные циклы и рост населения моделируются для планирования генерирующих мощностей на будущее. Чтобы вписать ИИ в эту картину, требуется гораздо больше, чем просто масштабирование.
Обучение большой языковой модели означает, что тысячи графических процессоров работают одновременно, поддерживают огромное энергопотребление в течение нескольких дней или недель, а затем резко падают. Эти всплески непредсказуемы и могут быть экстремальными. Кривые диспетчеризации определяют, какие установки и когда работают, тогда как резервное планирование гарантирует, что резервные мощности всегда доступны. Рабочие нагрузки ИИ подчеркивают оба фактора, для которых у коммунальных предприятий нет исторической модели. Кризис прогнозирования, который это создало, виден в цифрах: пиковый спрос увеличился в три раза в период с 2023 по 2024 год.
Девелоперы регулярно подают спекулятивные запросы на межсетевое соединение для проектов, которые так и не были реализованы, наводняя очереди фантомным спросом. ERCOT, техасский сетевой оператор, разработал совершенно новую методологию скорректированного прогноза большой нагрузки, чтобы учитывать именно это — разрыв между прогнозируемой нагрузкой центра обработки данных и тем, что фактически материализуется.
На уровне электростанций это требует перепроектирования распределения генерирующих активов. Когда модель ИИ отвечает на запрос пользователя, она вызывает внезапный, сильный всплеск мощности, известный как всплеск вывода. Газовые пикеры — заводы, рассчитанные на короткие, высокопроизводительные всплески — теперь размещаются рядом с кампусами центров обработки данных специально для того, чтобы поглощать всплески логических выводов, на которые заводы базовой нагрузки не могут реагировать достаточно быстро.
Национальное исследование потребностей в передаче электроэнергии, проведенное Министерством энергетики США, выявило, что перегрузка системы передачи уже острая во многих регионах еще до того, как пришла эта волна спроса.
Передача и сокращение затрат
Физическая сеть прогибается под тем же давлением. Инвестиции в передачу электроэнергии во многих регионах США неуклонно снижались после 2015 года, в результате чего система уже работает на пределе своих возможностей. Теперь от него требуется удовлетворить спрос в масштабах, для которых он никогда не был предназначен.
В Техасе компания CenterPoint Energy сообщила о 700-процентном увеличении количества запросов на соединение с большой нагрузкой в период с конца 2023 по конец 2024 года. В Вирджинии еще 50 ГВт проектов центров обработки данных находятся в активной очереди. Затраты отражают напряжение.
Газовые турбины комбинированного цикла (ПГУ) улавливают отходящее тепло для выработки дополнительной электроэнергии, что делает их достаточно эффективными для круглосуточного спроса. Я Установленные затраты на новые ПГУ выросли почти вдвое и составили примерно 2000 долларов за кВт по сравнению с электростанциями, построенными всего несколько лет назад.
Рыночные данные говорят о том же. Клиринговая цена на рынке мощности, то есть ставка, которую коммунальные предприятия платят за обеспечение гарантированных резервов мощности для пикового спроса, также выросла. В PJM, сетевом операторе, охватывающем большую часть Средней Атлантики и Среднего Запада, клиринговые цены на рынке мощности на 2026–2027 годы поставки подскочили до $329/МВт, что более чем в десять раз превышает цену в $28,92/МВт двумя годами ранее.
Карта сети электропередачи высокого напряжения США. Фото: Wikideas1/Wikimedia Commons.
Долгая игра: затраты на выбросы
Газовые заводы, строящиеся сегодня, — это не просто мост к буму искусственного интеллекта; это обязательство. При среднем сроке эксплуатации в 30 лет они все равно будут значительно превосходить все основные цели по нулевому балансу, установленные в бухгалтерских книгах.
Газовый завод за время своего существования выбрасывает около 490 г CO2 на киловатт-час. Масштабируйте это до гигаватт новых мощностей, которым сегодня дан зеленый свет, и математику выбросов станет трудно игнорировать.
На юге США коммунальные предприятия планируют ввести 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 ситуацию.
Инфраструктура природного газа (бурение, трубопроводы, сжатие) 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, что затрудняет количественную оценку выбросов от строительства такого масштаба, но их невозможно игнорировать.
Это политическая линия разлома, которая сейчас открывается между энергетическими компаниями, гипермасштабирующими компаниями с чистыми нулевыми обязательствами и регулирующими органами, которые только начинают понимать, что на самом деле означает энергетический аппетит ИИ для сроков декарбонизации.
Политика и стимулы
Вводится несколько структурных механизмов, чтобы в конечном итоге сдвинуть баланс, хотя ни один из них не работает достаточно быстро, чтобы решить насущную проблему.
Это политическая линия разлома, которая сейчас открывается между энергетическими компаниями, гипермасштабирующими компаниями с чистыми нулевыми обязательствами и регулирующими органами, которые только начинают понимать, что на самом деле означает энергетический аппетит ИИ для сроков декарбонизации.
Политика и стимулы
Вводится несколько структурных механизмов, которые в конечном итоге сместят баланс, хотя ни один из них не работает достаточно быстро, чтобы решить насущную проблему.
Что касается хранения энергии, Закон о снижении инфляции 2022 года предлагает 30% налоговую льготу для автономных систем хранения энергии и объектов генерации с нулевым уровнем выбросов, введенных в эксплуатацию после 2024 года. Кредит 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, ядерная энергия становится ведущим вариантом с нулевым выбросом углерода для центров обработки данных искусственного интеллекта, учитывая ее способность обеспечивать стабильное и постоянное электроснабжение. Google уже движется в этом направлении, заключив соглашение с NextEra о перезапуске атомной установки Дуэйн Арнольд мощностью 615 МВт для круглосуточной безуглеродной энергетики.
Передача остается самой сложной проблемой. Исследование Министерства энергетики выявило значительные пробелы в пропускной способности почти во всех регионах США — пробелы, которые возникли еще до резкого роста спроса на ИИ и для закрытия которых потребуются годы скоординированных инвестиций и разрешения реформ.
Путь вперед
Потребности ИИ в мощности достигаются быстрее, чем инфраструктура, созданная для их обслуживания. Газовые заводы, модернизация систем передачи, кредиты на хранение, перезапуск атомных электростанций — ничто из этого не движется с той скоростью, с которой развиваются технологии.
В какой-то момент этот разрыв должен сократиться. Вопрос в том, восполнится ли этот разрыв посредством целенаправленных инвестиций и координации политики или же посредством чего-то более болезненного. Нехватка электроэнергии, задержки в работе центров обработки данных и счета за электроэнергию отражают истинную стоимость строительства сети, которая не была рассчитана на данный момент. Инженеры и политики работают над первым. Часы идут по последнему.
