Роль энергии в европейской революции искусственного интеллекта

Рост ИИ стимулирует спрос на центры обработки данных и меняет динамику рынка электроэнергии. Поскольку прогнозируется, что спрос в Европе к 2030 году увеличится более чем втрое, для реализации этого роста необходимы значительные инвестиции.

Во всем мире спрос на электроэнергию для центров обработки данных стремительно растет, чтобы удовлетворить потребность в большей вычислительной мощности и требования к подключению для оцифровки, миграции в облако и новых технологий, таких как ИИ. В частности, ИИ стимулирует спрос на электроэнергию, поскольку он предъявляет значительно более высокие требования к плотности мощности, которые приходят с новым поколением чипсетов графических процессоров (GPU).

Оцифровка, быстрое развитие технологий искусственного интеллекта и замедление роста эффективности использования энергии значительно увеличили спрос на центры обработки данных, что имеет серьезные последствия для динамики мирового рынка электроэнергии. Ожидается, что в Европе спрос на центры обработки данных вырастет примерно до 35 гигаватт (ГВт) к 2030 году по сравнению с 10 ГВт сегодня. Для удовлетворения этого нового спроса потребуются инвестиции в инфраструктуру центров обработки данных на сумму более 250–300 млрд долларов США, не считая мощностей по производству электроэнергии.

Экспоненциальный рост спроса на центры обработки данных сопровождается соответствующим всплеском спроса на электроэнергию. При текущих темпах внедрения ожидается, что потребление электроэнергии европейскими центрами обработки данных почти утроится с примерно 62 тераватт-часов (ТВт·ч) сегодня до более чем 150 ТВт·ч к концу десятилетия.3Это увеличение станет одним из основных краткосрочных факторов роста спроса на электроэнергию в Европе, поскольку в ближайшие шесть лет на центры обработки данных будет приходиться около 5% от общего объема потребления электроэнергии в Европе (по сравнению с примерно 2% сегодня). Учитывая обязательства по достижению нулевых выбросов, объявленные многими крупными игроками рынка центров обработки данных, ожидается, что этот спрос будет в основном обусловлен зеленой энергией.

В настоящее время вся европейская энергетическая экосистема сталкивается со значительными проблемами в удовлетворении этого растущего спроса. К ним относятся ограниченные источники надежной энергии, проблемы устойчивости, недостаточная инфраструктура для доступа к энергии, проблемы с доступностью земли, нехватка силового оборудования, используемого в центрах обработки данных, и нехватка квалифицированных электриков для строительства объектов и инфраструктуры. На крупных устоявшихся рынках, таких как Дублин и Франкфурт, время, необходимое для подачи энергии в новые центры обработки данных, может превышать три-пять лет, причем время выполнения поставок только электрооборудования часто превышает три года.

Удовлетворение спроса на центры обработки данных будет иметь важное значение, если Европа хочет раскрыть весь экономический потенциал ИИ. Это также может принести более широкую выгоду, помогая разблокировать критически важные инвестиции, необходимые в европейской энергетической инфраструктуре для поддержки текущего энергетического перехода.

Центры обработки данных могут генерировать значительную экономическую ценность

По данным исследования McKinsey, благодаря ИИ и аналитике в мировой экономике может быть создано около 10 триллионов долларов экономической ценности. Однако для реализации хотя бы четверти этого потенциала к концу десятилетия потребуется дополнительная инфраструктура центров обработки данных мощностью от 50 до 75 ГВт по всему миру.

В то время как наибольший рост объемов строительства центров обработки данных будет наблюдаться в Соединенных Штатах, у Европы есть все возможности для расширения своего рынка и дальнейшего стимулирования своей технологической экосистемы. Ожидается, что общая потребность в ИТ-нагрузке для центров обработки данных в регионе вырастет с 10 ГВт в 2023 году до примерно 35 ГВт в 2030 году.

К 2030 году рост числа центров обработки данных в Европе может достичь 35 гигаватт, увеличиваясь на 20 процентов в год.

Удовлетворение этого спроса потребует значительного увеличения поставок электроэнергии. Это заметный сдвиг для Европы, где совокупный спрос на электроэнергию остается относительно стабильным с 2007 года.

Хотя было много обсуждений о потенциальном увеличении спроса на электроэнергию со стороны отечественного производства, электромобилей (ЭМ), тепловых насосов и электролизеров, спрос со стороны центров обработки данных является немедленным и существенным. Нагрузка центров обработки данных может составить от 15% до 25% всего нового чистого европейского спроса, добавленного к 2030 году. Прогнозируется, что в период с 2023 по 2030 год спрос на электроэнергию для центров обработки данных в Европе увеличится примерно на 85 ТВт-ч, при среднегодовом темпе роста около 13%.

В настоящее время рост числа центров обработки данных в Европе обусловлен гиперскейлерами и арендой оборудования для локальных цетров обработки данных. Причем к 2028 году только гиперскейлеры обеспечат до 70%.

Проблемы в европейской цепочке создания стоимости электроэнергии

Ожидаемый всплеск потребления электроэнергии, связанный с центрами обработки данных, вероятно, будет сопровождаться переходом на возобновляемые и низкоуглеродные источники энергии, поскольку глобальный энергетический переход набирает обороты и появляются новые политики. Европейская комиссия уже приняла регламент, позволяющий ей оценивать устойчивость центров обработки данных в Европейском союзе. Пересмотренная Директива по энергоэффективности обязывает операторов центров обработки данных предоставлять отчеты по ключевым показателям эффективности в европейскую базу данных, начиная с 2024 года.

Операторам центров обработки данных необходимо учитывать три ключевых фактора при наращивании новых мощностей:

1. Прерывистость энергоснабжения: удовлетворение более высоких требований к доступу к быстрому электроснабжению с нулевым риском перебоев (то есть сокращение времени подключения к сети и обеспечение резервных решений)ю
2. Энергия без выбросов CO2: обеспечение зеленой энергии на рынке, в том числе посредством соглашений о закупке электроэнергии.
3. Местная генерация: внедрение независимых генерирующих мощностей на площадках центров обработки данных.

Прерывистость энергии

По словам экспертов по центрам обработки данных, гиперскейлеры имеют среднюю загрузку мощности от 80% до 95%. Хотя центры обработки данных работают достаточно стабильно, высокие требования к времени безотказной работы требуют стабильного подключения к электропитанию. Однако у них может не быть механизмов управления для обеспечения постоянного питания, в основном из-за роста спроса к 2030 году. Учитывая, что 10-процентное колебание спроса на электроэнергию в группе из пяти центров обработки данных мощностью 1 ГВт эквивалентно выходной мощности полной газовой электростанции, эти высокие требования к времени безотказной работы, вероятно, нагрузят сеть и увеличат потребность в гибкости.

В местах, где энергосистема не может вместить их всех, центрам обработки данных может потребоваться управлять собственной балансировкой мощности. Сочетание (недоиспользуемых) газовых турбин комбинированного цикла и аккумуляторных батарей в паре с резервными генераторами на месте может обеспечить эту балансировочную мощность. В Европе решения по экологическому укреплению, такие как гидроэнергетика, тепловая мощность с улавливанием, использованием и хранением углерода (CCUS) и ядерная энергетика (хотя это менее распространено и зависит от страны или зоны торгов), также могут помочь сбалансировать систему.

Пропускная способность влияет на различные аспекты производительности центра обработки данных, включая скорость, масштабируемость, надежность и энергоэффективность. Исследования McKinsey показывают, что для операторов центров обработки данных время выхода на рынок является наиболее важным фактором при развертывании новых мощностей. Однако время подключения новых объектов значительно увеличилось из-за сочетания факторов, включая подключение к системе возобновляемых источников энергии, растущую электрификацию в экономике (от электромобилей, тепловых насосов и электролизеров) и отставание инвестиций в сети от инвестиций в генерацию. Кроме того, длительные сроки планирования передачи данных — по сравнению с более короткими сроками, необходимыми для планирования и строительства центров обработки данных — создают потенциальный дефицит пропускной способности.

Время, необходимое для получения новых подключений к электропитанию для центров обработки данных в крупных хабах, таких как Франкфурт, увеличивается. Есть даже такие места, как Амстердам и Дублин, которые ввели мораторий на строительство новых центров обработки данных в последние годы, в первую очередь из-за отсутствия инфраструктуры электропитания для их поддержки.

Энергия без CO2

Перед отраслью центров обработки данных стоит серьезная задача по декарбонизации своего воздействия и достижению нулевых выбросов в период с 2030 по 2040 год. Как гиперскейлеры, так и колокаторы (поставщики услуг размещения оборудования) сотрудничают с игроками в сфере энергетики, чтобы обеспечить низкоуглеродное электроснабжение в часы, когда мощность их собственных возобновляемых источников энергии низкая. До сих пор PPA (power purchase agreements) стали ведущей стратегией для гиперскейлеров по выполнению своих обязательств по возобновляемой энергии. Технологические компании остаются крупными источниками роста PPA; в прошлом году Amazon приобрела больше PPA в мире, чем любая другая компания.

Гиперскейлеры полагаются на сертификаты возобновляемой энергии (REC - renewable energy certificates) для компенсации реальных выбросов. В то время как некоторые сосредотачиваются на сопоставлении потребления энергии с REC от сетей, где они работают/ Другие все чаще покупают сертификаты, привязанные к электроэнергии, произведенной в разное время и в разных местах. Исследователи отмечают, что это сопоставление углерода оказывает минимальное влияние на долгосрочные выбросы в энергосистемах и редко стимулирует разработку новых проектов или генерацию чистой энергии в областях, которые в противном случае не увидели бы таких инициатив.

Выбросы, связанные с энергетикой, также могут быть частично сокращены за счет стратегического выбора места. Это включает выбор мест, где в сети высока доля безуглеродной энергии и где температуры изначально ниже, что снижает потребность в потреблении энергии, связанной с охлаждением.

В настоящее время многие новые центры обработки данных спроектированы для обучения ИИ, которое имеет менее строгие требования к задержке, чем традиционная деятельность центров обработки данных. Со временем некоторые из них могут перейти к выводу ИИ, который требует гораздо более высоких скоростей, чем обучение ИИ или традиционное использование; те, которые находятся в удаленных местах с низкой задержкой, могут не подходить для этого.

В отсутствие полностью свободной от CO2 энергии растет интерес к решениям по удалению углерода, особенно среди гиперскейлеров. Такие компании, как AWS, активно покупают значительные кредиты на удаление углерода, чтобы компенсировать свои выбросы. Например, AWS взяла на себя обязательство купить удаление CO2 в объеме 250 000 метрических тонн в течение десятилетия.

Местная генерация

На большинстве мировых рынков основным препятствием, замедляющим доступ к электроэнергии, является ограниченная возможность подключения к передающей сети, а не возможность генерации электроэнергии. Скрытая мощность парка генерирующих мощностей в основном приходится на электростанции, работающие на ископаемом топливе, которые в настоящее время работают ниже максимальных уровней.

В местах, где имеется доступ к электроэнергии по магистральной сети электропередачи, существуют дополнительные ограничения на поставку энергетического оборудования, такого как трансформаторы, резервные генераторы на месте и распределительные устройства, при этом исторически сложилось так, что сроки поставки в некоторых случаях достигают почти двух лет.

Поскольку электросети приближаются к пределам своей мощности, а сроки выполнения новых сетевых подключений увеличиваются, операторы центров обработки данных будут вынуждены внедрять инновации. Энергия для питания центров обработки данных должна соответствовать различным потребностям роста и профилям нагрузки центров обработки данных. Могут потребоваться дополнительные источники для обеспечения круглосуточного питания, наряду с возобновляемыми источниками энергии и поставками из сети. Многие операторы уже изучают альтернативные стратегии для локальной генерации, включая небольшие модульные реакторы, водородные топливные элементы и природный газ.

За последние два десятилетия ни одна технология не стимулировала необходимость ускоренного развития энергетической инфраструктуры в Европе больше, чем ИИ, и в частности генеративный ИИ (gen AI). Более того, этот спрос в основном касается чистой энергии.

Инвестиции в решения в области зеленой энергетики для сектора набирают обороты, но остается значительный неиспользованный потенциал, учитывая экспоненциальный рост центров обработки данных. В отличие от традиционных приобретений центров обработки данных, таких как недвижимость или технологии, инвестиции в зеленую энергетику представляют различные профили риска/доходности, что, вероятно, привлекает инвесторов с определенными целями. Поскольку центры обработки данных играют все более важную роль в европейской экономике, изучение всей цепочки создания стоимости в сфере энергетики имеет важное значение для выявления и извлечения выгоды из этих новых возможностей.

Низкоуглеродная энергетика становится все более важной областью инвестиций. Компании в секторе центров обработки данных используют множество различных инструментов и подходов для управления своим учетом углерода, включая разделенные и согласованные по времени REC (renewable energy certificates), PPA (power purchase agreements), углеродное соответствие, компенсации, удаление CO2 и аккредитационные мероприятия, но многим заинтересованным сторонам пришлось самостоятельно определять собственные мотивы, амбиции и направления на будущее.

Поскольку Европа сталкивается со все более напряженной энергосистемой, будущее центров обработки данных, имеющих решающее значение для цифровой инфраструктуры и конкурентоспособности континента, зависит от стратегического выбора местоположения и управления энергопотреблением. В ландшафте, где надежный и быстрый доступ к энергии больше не гарантируется, компании, которые полагаются на центры обработки данных или строят их, должны столкнуться с новой реальностью лицом к лицу. Компромиссы между доступностью энергии и инфраструктурой передачи данных больше не являются теоретическими; они требуют срочных действий.

Чтобы сбалансировать возросшее проникновение прерывистых возобновляемых источников энергии, Европе потребуются более управляемые источники энергии. Возможно, ей также придется перенаращивать пиковую мощность возобновляемых установок, чтобы удовлетворить неожиданно высокий спрос на зеленую энергию со стороны центров обработки данных.

Для операторов систем передачи императив очевиден: ускорить и увеличить инвестиции в энергетическую инфраструктуру для обеспечения стабильности и надежности. Приток инвестиций может послужить катализатором для разработки специализированной инфраструктуры, которая будет хорошо связана с европейской промышленностью, транспортом и домохозяйствами, как указано в Плане действий ЕС по сетям. Другими словами, удовлетворение энергетических потребностей центров обработки данных может помочь сократить инвестиционный разрыв, который исторически отставал от прогресса в области производства электроэнергии.

Более того, укрепление связи между генерирующими и распределительными сетями имеет решающее значение для поддержки расширенных генерирующих мощностей и обеспечения эффективной поставки электроэнергии. Проактивно решая эти проблемы и инвестируя в необходимую инфраструктуру и технологии, Европа могла бы создать более устойчивое и стабильное энергетическое будущее.

Источник

https://www.mckinsey.com/industries/electric-power-and-natural-gas/our-insights/the-role-of-power-in-unlocking-the-european-ai-revolution

The role of power in unlocking the European AI revolution. October 24, 2024. 

This article is a collaborative effort by Anna Granskog, Diego Hernandez Diaz, Jesse Noffsinger, Lorenzo Moavero Milanesi, and Pankaj Sachdeva, with Arjita Bhan and Sofia von Schantz, representing views from McKinsey’s Electric Power & Natural Gas and Technology, Media & Telecommunications Practices.

Роль энергии в европейской революции искусственного интеллекта. 24 октября 2024 г.
Анна Гранског — партнер в офисе McKinsey в Хельсинки, где София фон Шанц — ассоциированный партнер; Диего Эрнандес Диас — партнер в офисе в Женеве; Джесси Ноффсингер — партнер в офисе в Сиэтле; Лоренцо Моаверо Миланези — старший партнер в офисе в Милане; Панкадж Сачдева — старший партнер в офисе в Филадельфии; а Арджита Бхан — консультант в офисе в Массачусетсе.
Авторы хотели бы поблагодарить Мишеля Ниварда за его вклад в эту статью.