Центры обработки данных на базе искусственного интеллекта стимулируют рост строительства новых электростанций, работающих на природном газе, по всей стране. Что это означает для наших стремлений к чистой энергии?
Тысячи акров земли в сельской местности северо-восточной Луизианы оставались невостребованными почти два десятилетия. Власти Луизианы выкупили землю в округе Ричленд в 2006 году, чтобы способствовать экономическому развитию одного из беднейших регионов штата. Годами они предлагали бывшие сельскохозяйственные угодья под видом мегаплощадки для фермы Франклина сначала автопроизводителям (не нашлось желающих), а затем и другим отраслям, которые могли бы захотеть занять более тысячи акров земли недалеко от межштатной автомагистрали.
Эта статья является частью серии статей MIT Technology Review «Энергоемкие: ИИ и наше энергетическое будущее», посвященной энергетическим потребностям и стоимости выбросов углерода в результате революции искусственного интеллекта.
Неудивительно, что политики штата и местные власти были в восторге, когда появилась компания Meta. В декабре компания объявила о планах строительства на этой площадке огромного центра обработки данных стоимостью 10 миллиардов долларов для обучения моделей искусственного интеллекта, запуск которого запланирован на 2028 год. «Это переломный момент», — заявил губернатор Джефф Лэндри, упомянув о 5000 рабочих местах на стройке и 500 рабочих местах в самом центре обработки данных, которые, как ожидается, будут созданы, и назвав это крупнейшей частной инвестицией в истории штата. Из сельской глуши — в сердце бурно развивающейся революции искусственного интеллекта!
Центр обработки данных на базе искусственного интеллекта также обещает преобразить энергетическое будущее штата. Протянувшись более чем на милю, он станет крупнейшим в Мете в мире и будет потреблять огромное количество электроэнергии: только для вычислений потребуется два гигаватта (к этому добавится электричество для охлаждения и других нужд здания). Когда он будет запущен, это будет равносильно внезапному присоединению к региональной электросети целого города приличных размеров — города, который никогда не спит и нуждается в стабильном, бесперебойном электроснабжении.
Для обеспечения центра обработки данных Entergy планирует потратить 3,2 миллиарда долларов на строительство трёх крупных газовых электростанций общей мощностью 2,3 гигаватта и модернизацию сети для удовлетворения ожидаемого резкого роста спроса. В своей заявке в государственное агентство по регулированию энергетики Entergy признала, что газовые электростанции «выбрасывают значительные объёмы CO2», но заявила, что этот источник энергии является единственным доступным вариантом, учитывая необходимость быстрого удовлетворения круглосуточного спроса на электроэнергию в огромном центре обработки данных.
Компания Meta заявила, что будет сотрудничать с Entergy для ввода в эксплуатацию не менее 1,5 гигаватт новых возобновляемых источников энергии, включая солнечную, но пока не решила, какие конкретно проекты будут финансироваться и когда эти инвестиции будут сделаны. Между тем, новые электростанции на природном газе, которые планируется запустить в эксплуатацию в 2028 году и которые будут иметь типичный срок службы около 30 лет, ещё больше укрепят приверженность штата ископаемому топливу.
Разработка вызвала интерес со стороны Конгресса США. На прошлой неделе Шелдон Уайтхаус, высокопоставленный член сенатского Комитета по окружающей среде и общественным работам, направил письмо в Meta, в котором осудил план компании по обеспечению своего центра обработки данных «новой и непрерывной выработкой природного газа» и заявил, что её обещания компенсировать возникающие выбросы «за счёт финансирования улавливания углерода и проекта солнечной энергетики» являются расплывчатыми и не внушают оптимизма.
Выбор природного газа в качестве оптимального решения для удовлетворения растущего спроса на электроэнергию, получаемую от ИИ, характерен не только для Луизианы. Ископаемое топливо уже является основным источником электроэнергии в стране, и по всей стране строятся крупные электростанции, работающие на природном газе, для снабжения электроэнергией новых и планируемых центров обработки данных с использованием ИИ. Хотя некоторые защитники климата надеялись, что более чистая возобновляемая энергетика вскоре вытеснит её, бурно растущий спрос на электроэнергию со стороны центров обработки данных практически сводит на нет любые перспективы отказа США от природного газа в обозримом будущем.
Реальность на местах такова, что природный газ — это «стандартное решение» для удовлетворения стремительно растущего спроса на электроэнергию в центрах обработки данных ИИ, говорит Дэвид Виктор, политолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего и соруководитель проекта «Глубокая декарбонизация». «Газовую электростанцию нужно строить, знать, сколько она будет стоить (примерно или приблизительно), масштабировать и получить разрешение», — говорит Виктор. «Даже у компаний, работающих в сфере ИИ и стремящихся к низкому или нулевому уровню выбросов углерода, не будет другого выбора, кроме как использовать газ».
Предпочтение к природному газу особенно заметно на американском Юге, где в таких штатах, как Вирджиния, Северная Каролина, Южная Каролина и Джорджия, разрабатываются планы строительства нескольких крупных газовых электростанций. Согласно недавнему отчёту, коммунальные предприятия только в этих штатах планируют построить около 20 гигаватт новых газовых электростанций в течение следующих 15 лет. Значительная часть нового спроса, особенно в Вирджинии, Южной Каролине и Джорджии, приходится на центры обработки данных; в этих трёх штатах на центры обработки данных приходится около 65–85% прогнозируемого роста нагрузки.
«Это долгосрочное обязательство, идущее в совершенно неверном направлении», — говорит Грег Бупперт, старший юрист Южного центра экологического права в Шарлоттсвилле, штат Вирджиния. Если все предлагаемые газовые электростанции будут построены на Юге в течение следующих 15 лет, говорит он, «нам придётся смириться с тем, что мы не достигнем целей по сокращению выбросов».
Но даже несмотря на то, что становится все более вероятным, что природный газ по-прежнему будет играть значительную роль в будущем нашей энергетики, возникает множество вопросов относительно того, как именно будет выглядеть его дальнейшее доминирование.
Во-первых, никто точно не знает, сколько электроэнергии потребуется центрам обработки данных на базе ИИ в будущем и насколько велик будет спрос компаний на природный газ. Спрос на ИИ может угаснуть. Или же компании, занимающиеся ИИ, могут предпринять скоординированные усилия по переходу на возобновляемые источники энергии или атомную энергетику. Такие перспективы означают, что США могут встать на путь чрезмерного наращивания мощностей по добыче природного газа, что приведет к тому, что регионы будут обременены ненужными и загрязняющими окружающую среду гигантами, работающими на ископаемом топливе, а жителям придется платить огромные счета за электроэнергию, чтобы погасить сегодняшние инвестиции.
Хорошая новость заключается в том, что такими рисками, скорее всего, можно будет управлять в течение следующих нескольких лет, если — и это большое «если» — компании, занимающиеся ИИ, будут более прозрачны в отношении того, насколько гибкими они могут быть в своих, казалось бы, ненасытных потребностях в энергии.
Царство природного газа
В настоящее время природный газ в США дешев и широко распространен. Двадцать лет назад в сланцевых месторождениях, разбросанных по всей стране, были обнаружены огромные запасы. В 2008 году, когда гидроразрыв пласта позволил добывать большие объемы сланцевого газа, природный газ продавался по 13 долларов за миллион БТЕ (единица измерения тепловой энергии); в прошлом году средняя цена составляла всего 2,21 доллара — это самая низкая годовая цена (с поправкой на инфляцию) за всю историю, согласно данным Управления энергетической информации США (EIA).
Примерно в 2016 году природный газ обогнал уголь в качестве основного топлива для производства электроэнергии в США. И сегодня, несмотря на быстрый рост солнечной и ветровой энергетики, а также заслуженный энтузиазм по поводу снижения цен на эти возобновляемые источники энергии, природный газ по-прежнему занимает лидирующие позиции, обеспечивая около 40% электроэнергии, вырабатываемой в США. В Луизиане, которая также является крупным производителем, эта доля, согласно недавнему аудиту, составляет около 72%.
Природный газ сгорает гораздо чище угля, производя примерно вдвое меньше углекислого газа. В первые дни газовой революции многие активисты-экологи и прогрессивные политики рекламировали его как ценный «мост» к возобновляемым источникам энергии и другим чистым источникам. И, по некоторым подсчётам, природный газ оправдал это обещание. Энергетический сектор стал одним из немногих примеров успеха в снижении выбросов в США благодаря использованию природного газа вместо угля.
Однако при сжигании природного газа на электростанциях с традиционным оборудованием по-прежнему выделяется большое количество углекислого газа. Кроме того, фрекинг загрязняет воздух и воду на местах. Пожалуй, самое тревожное, что бурение и трубопроводы выбрасывают значительные объёмы метана, основного компонента природного газа, как случайно, так и преднамеренно. Метан — гораздо более мощный парниковый газ, чем углекислый газ, и его выбросы вызывают всё большую обеспокоенность у климатологов, хотя их трудно количественно оценить.
Тем не менее, по данным исследовательской консалтинговой компании Rhodium Group, выбросы углерода в энергетическом секторе, вероятно, продолжат снижаться по мере дальнейшего вытеснения угля и строительства большего количества возобновляемых источников энергии. Однако Rhodium также прогнозирует, что если спрос на электроэнергию со стороны центров обработки данных останется высоким, а цены на природный газ низкими, ископаемое топливо останется доминирующим источником электроэнергии, как минимум, до 2035 года, а переход на более чистую электроэнергию будет значительно отложен. По оценкам Rhodium, дальнейшее господство природного газа приведет к увеличению ежегодных выбросов углерода в США на 278 миллионов метрических тонн к 2035 году (что примерно эквивалентно выбросам такого крупного штата США, как Флорида), по сравнению с будущим, в котором использование ископаемого топлива постепенно сократится.
Однако наша зависимость от природного газа не обязательно должна привести к полной климатической катастрофе, по крайней мере, в долгосрочной перспективе. Крупные компании, занимающиеся разработкой ИИ, могли бы использовать своё огромное влияние, чтобы настаивать на установке на электростанциях систем улавливания и секвестрации углерода (CCS) и использовании природного газа с ограниченными выбросами метана.
Entergy, например, заявляет, что её новые газовые турбины смогут оснащаться технологией улавливания и хранения углерода (CCS) благодаря будущим модернизациям. Компания Meta также заявила, что поможет профинансировать установку оборудования CCS на одной из действующих газовых электростанций Entergy в южной Луизиане, чтобы помочь в испытании этой технологии.
Но переход на чистый природный газ — это надежда, реализация которой займёт десятилетия. Тем временем коммунальные предприятия по всей стране столкнулись с более насущной и практической задачей: как удовлетворить внезапный спрос на гигаватты электроэнергии в ближайшие несколько лет, не наращивая при этом непреднамеренно слишком большие мощности. Многим строительство новых электростанций на природном газе может показаться беспроигрышным вариантом. Но что, если взрывного роста спроса на искусственный интеллект не произойдёт?
Времена стресса
Компании, занимающиеся разработкой ИИ, заявляют о необходимости создания огромных, энергоёмких центров обработки данных. Но оценки того, сколько энергии фактически потребуется для обучения и запуска моделей ИИ, сильно разнятся. И технологии постоянно меняются, иногда, кажется, в одночасье. DeepSeek, новая китайская модель, дебютировавшая в январе, может быть, а может и не быть предвестником будущего нового энергоэффективного ИИ, но она, безусловно, повышает вероятность того, что такой прогресс возможен. Возможно, мы найдём способы использовать гораздо более энергоэффективное оборудование. Или, возможно, революция ИИ затихнет, и многие из огромных центров обработки данных, которые, по мнению компаний, им понадобятся, так и не будут построены. Уже есть признаки того, что в Китае их построено слишком много, и есть основания полагать, что это может начать происходить и в США.
Несмотря на неопределенность, поставщикам электроэнергии приходится разрабатывать долгосрочные планы инвестиций для удовлетворения прогнозируемого спроса. Слишком малая мощность грозит отключениям электроэнергии у клиентов, а слишком большая — чрезмерным счетам за электроэнергию, которые не позволяют им инвестировать в ненужную электроэнергию.
Однако существует способ снизить риск чрезмерного развития газовой энергетики. В среднем по стране и в большинстве региональных сетей электроснабжения имеется достаточно электроэнергии. Согласно исследованию Университета Дьюка, большинство коммунальных предприятий обычно используют лишь около 53% своей доступной мощности в среднем за год. Проблема в том, что коммунальные предприятия должны быть готовы к нескольким часам пикового спроса, например, из-за суровой зимней погоды или летней жары.
Стремительно растущий спрос со стороны центров обработки данных с использованием ИИ побуждает многих поставщиков электроэнергии планировать новые мощности, чтобы обеспечить себе «запас мощности», который Тайлер Норрис, научный сотрудник Школы окружающей среды имени Николаса при Университете Дьюка, и его коллеги называют «запасом мощности», для удовлетворения любых пиков спроса. Однако, проанализировав данные энергосистем по всей стране, Норрис и его соавторы обнаружили, что если крупные объекты с использованием ИИ сократят потребление электроэнергии в часы пик, многие региональные энергосети смогут обслуживать этих клиентов без добавления новых генерирующих мощностей.
Даже умеренный уровень гибкости имел бы огромное значение. Исследователи Университета Дьюка подсчитали, что если центры обработки данных сократят потребление электроэнергии примерно вдвое всего на несколько часов в течение года, это позволит коммунальным службам справиться с дополнительными 76 гигаваттами нового спроса. Это означает, что поставщики электроэнергии смогут эффективно поглотить около 65 дополнительных гигаватт, которые, согласно некоторым прогнозам, потребуются центрам обработки данных к 2029 году.
«Главное предположение заключается в том, что центры обработки данных абсолютно негибкие», — говорит Норрис. То есть, им необходимо постоянно работать на полной мощности. Но Норрис утверждает, что центры обработки данных с искусственным интеллектом, особенно те, которые обучают крупные базовые модели (например, центр Meta в округе Ричленд), могут не работать на полную мощность или перераспределять вычислительную нагрузку на другие центры обработки данных по всей стране — или даже наращивать собственные резервные мощности — в периоды повышенной нагрузки на сеть.
Повышенная гибкость может позволить компаниям быстрее запускать центры обработки данных ИИ, не дожидаясь новых электростанций и модернизации линий электропередачи, на которые могут уйти годы. Кроме того, как отметил Норрис, выступая в Конгрессе США в начале марта, это может дать хотя бы кратковременную отсрочку в спешном строительстве новых газовых электростанций, давая коммунальным предприятиям время для разработки и планирования более чистых технологий, таких как передовая ядерная и улучшенная геотермальная энергетика. По его словам, это может предотвратить «поспешное строительство избыточной газовой инфраструктуры».
Компании, занимающиеся разработкой ИИ, выразили интерес к своей способности регулировать спрос на электроэнергию. Но пока ещё остаётся много технологических вопросов, связанных с тем, как это реализовать. В конце прошлого года EPRI (Исследовательский институт электроэнергетики), некоммерческая научно-исследовательская группа, начала трёхлетнее сотрудничество с поставщиками электроэнергии, операторами сетей и компаниями, занимающимися разработкой ИИ, включая Meta и Google, чтобы разобраться в этом вопросе. «Потенциал очень велик», — говорит Дэвид Портер, вице-президент EPRI, руководящий проектом, но мы должны показать, что это работает «за пределами простого отображения на листе бумаги или экране компьютера».
По оценкам Портера, обычно локальная сеть испытывает нагрузку от 80 до 90 часов в году, и для центра обработки данных было бы полезно снизить энергопотребление. Но, по его словам, центрам обработки данных с искусственным интеллектом ещё предстоит найти способ снизить нагрузку в такие моменты, а операторам сетей нужно научиться внезапно вычитать и затем снова добавлять сотни мегаватт электроэнергии, не нарушая работу своих систем. «Предстоит ещё много работы, чтобы обеспечить бесперебойную работу как центров обработки данных, так и всей сети», — говорит он.
Оплата счета
В конечном счёте, для того, чтобы центры обработки данных на базе ИИ стали более гибкими в плане энергопотребления, потребуется нечто большее, чем просто технологическое решение. Потребуется изменить подход компаний, использующих ИИ, к взаимодействию с коммунальными службами и местными сообществами, предоставляя им больше информации и аналитических данных о фактических потребностях в электроэнергии. Кроме того, потребуются активные регулирующие органы, чтобы гарантировать, что коммунальные службы будут тщательно оценивать потребности центров обработки данных в электроэнергии, а не просто рефлекторно строить больше электростанций, работающих на природном газе.
«Сейчас самые важные политики в области климата в стране находятся не в Вашингтоне. Они находятся в столицах штатов, и это члены комиссии по коммунальным услугам», — говорит Коста Самарас, директор Института энергетических инноваций имени Скотта при Университете Карнеги-Меллона.
В Луизиане такими политиками являются выборные должностные лица Комиссии по коммунальным услугам Луизианы, которая, как ожидается, вынесет решение по предлагаемым Entergy новым газовым электростанциям и модернизации сетей позднее в этом году. Члены Комиссии по коммунальным услугам решат, являются ли доводы Entergy об огромных энергетических потребностях дата-центра Meta и необходимости круглосуточного электроснабжения альтернативой природному газу.
В заявке, поданной прошлой осенью в LPSC, Entergy заявила, что природный газ необходим ей для удовлетворения спроса «днём и ночью». Сочетание солнечной энергии с аккумуляторными батареями может работать «теоретически», но будет «непомерно дорогим». Entergy также исключила ядерную энергетику, заявив, что это займёт слишком много времени и будет стоить слишком дорого.
Другие не удовлетворены решением коммунальной компании. В феврале базирующиеся в Новом Орлеане организации «Альянс за доступную энергию» и «Союз обеспокоенных ученых» подали ходатайство в регулирующие органы Луизианы, утверждая, что Entergy не провела тщательной рыночной оценки своих вариантов, как того требуют правила комиссии. По словам групп, проблема отчасти заключается в том, что Entergy полагалась на «необоснованные утверждения» Meta о своих потребностях в нагрузке и сроках.
«Entergy утверждает, что [Meta] нуждается в круглосуточном электроснабжении», — говорит Пол Арбаже, аналитик программы по климату и энергетике Союза обеспокоенных учёных. «Но нас просто просят поверить [Entergy] на слово. Регулирующим органам следует задавать серьёзные вопросы, а не просто исходить из того, что эти центры обработки данных должны постоянно работать практически на полную мощность». И, полагает он, если бы компания «начала подвергать сомнению предположения, которые иногда принимаются как данность», она «нашла бы другие, более экологичные варианты».
В ответе по электронной почте MIT Technology Review компания Entergy сообщила, что обсудила эксплуатационные аспекты объекта с Meta, но «как и со всеми клиентами, Entergy Louisiana не будет обсуждать конфиденциальные вопросы от имени своих клиентов». В письме, направленном регулирующим органам штата в начале апреля, Meta заявила, что понимание Entergy своих энергетических потребностей на самом деле является точным.
Февральское предложение также вызвало обеспокоенность по поводу того, кто в конечном итоге будет платить за новые газовые электростанции. Entergy сообщает, что Meta подписала 15-летний контракт на поставку электроэнергии, который должен покрыть расходы на строительство и эксплуатацию электростанций, но не ответила на запросы MIT Technology Review о дополнительных подробностях сделки, в том числе о том, что произойдёт, если Meta захочет досрочно расторгнуть контракт.
Компания Meta переадресовала вопросы MIT Technology Review по поводу контракта компании Entergy, но заявила, что её политика заключается в покрытии всех расходов коммунальных служб на обслуживание её центров обработки данных, включая модернизацию сетей. Компания также заявила, что выделит более 200 миллионов долларов на поддержку центров обработки данных округа Ричленд, создав новую инфраструктуру, включая дороги и системы водоснабжения.
Не все в этом убеждены. Альянс за доступную энергию, представляющий интересы жителей Луизианы, заявляет, что крупные инвестиции в новые газовые турбины могут означать повышение тарифов в будущем, учитывая, что жители штата и без того платят высокие счета за электроэнергию, а электросети — одни из самых ненадежных в стране. Особую обеспокоенность вызывает то, что произойдет через 15 лет.
«Наша самая большая долгосрочная проблема заключается в том, что через 15 лет жильцы и малый бизнес в Луизиане останутся с тремя крупными газовыми генераторами», — говорит Логан Берк, исполнительный директор альянса.
Действительно, у потребителей по всей стране есть веские основания опасаться роста счетов за электроэнергию, поскольку коммунальные предприятия стремятся удовлетворить растущий спрос со стороны центров обработки данных на базе искусственного интеллекта, строя новые генерирующие мощности. В статье, опубликованной в марте, исследователи из Гарвардской школы права утверждают, что коммунальные предприятия «теперь вынуждают население платить за инфраструктуру, предназначенную для снабжения горстки чрезвычайно богатых корпораций».
Авторы из Гарварда пишут: «Коммунальные службы говорят [комиссиям по коммунальным услугам] то, что те хотят услышать: что сделки с крупными технологическими компаниями изолируют расходы на электроэнергию в центрах обработки данных от счетов других налогоплательщиков и не приведут к повышению цен на электроэнергию для потребителей». Однако, по их словам, сложность данных об оплате коммунальными службами и непрозрачность бухгалтерского учета делают проверку этого заявления «практически невозможной».
Бум центров обработки данных на базе ИИ превращает крупные технологические компании в игрока в нашей энергетической инфраструктуре и будущем электроэнергетики, что было немыслимо ещё несколько лет назад. В лучшем случае, компании, работающие в сфере ИИ, могли бы значительно способствовать переходу на более чистую энергию, выступая в качестве надёжных и хорошо оплачиваемых клиентов, предоставляющих финансирование, которое коммунальные службы могут использовать для инвестиций в более надёжную и гибкую электросеть. Это изменение может произойти без обременения других потребителей электроэнергии дополнительными рисками и затратами. Но для этого потребуются компании, работающие в сфере ИИ, которые будут привержены этому видению. И для этого потребуются государственные регулирующие органы, которые будут задавать непростые вопросы и не увлекаться потенциальными инвестициями, предлагаемыми компаниями, работающими в сфере ИИ.
Новые огромные центры обработки данных на базе искусственного интеллекта, подобные тому, что находится в округе Ричленд, действительно могли бы стать огромным экономическим благом, создав новые рабочие места, но жители заслуживают прозрачности и участия в переговорах. В конце концов, это общественная инфраструктура. Мета может меняться и меняться, но жителям Луизианы придётся жить с изменениями в ближайшие десятилетия и, возможно, расплачиваться за них.
Жаждущие власти:
ИИ и наше энергетическое будущее
Источник: www.technologyreview.com
