ИИ может обречь нас на десятилетия зависимости от природного газа

Энергетический аппетит искусственного интеллекта: Новая зависимость от природного газа?

Бурное развитие искусственного интеллекта (ИИ) ставит перед нами серьезную проблему: его энергопотребление рискует закрепить нашу зависимость от ископаемого топлива, в частности, природного газа, на долгие годы. Разрастающиеся дата-центры, критически важные для обучения и работы ИИ, стимулируют строительство новых электростанций, работающих на газе. Это ставит под вопрос наши амбициозные планы по переходу к чистой энергетике и углеродной нейтральности.

Рассмотрим пример Луизианы. Местные власти, стремясь к экономическому развитию, приобрели участок земли, пустовавший почти два десятилетия. После нескольких неудачных попыток привлечь крупные компании, появился новый игрок – Meta. Гигант социальных сетей объявил о планах строительства огромного дата-центра, предназначенного для обучения своих ИИ-моделей. Этот проект, стоимостью 10 миллиардов долларов, планируется запустить в 2028 году.

Огромные потребности в энергии: Вызов для инфраструктуры

Ожидается, что этот дата-центр станет одним из крупнейших в мире. Его энергетические потребности колоссальны: 2 гигаватта (ГВт) только для вычислительных процессов. Чтобы обеспечить такой объем энергии, компания Entergy, занимающаяся энергоснабжением, планирует построить три новые электростанции, работающие на природном газе, общей мощностью 2,3 ГВт. Кроме того, потребуется значительная модернизация существующей электросети.

Entergy признает, что электростанции на природном газе "выделяют значительное количество CO2", но утверждает, что на данный момент это единственный доступный вариант, способный обеспечить круглосуточное и надежное энергоснабжение для такого крупного объекта, как дата-центр Meta. Важно понимать масштаб проблемы: 2 ГВт – это мощность, сопоставимая с небольшой атомной электростанцией.

Компромиссы и экологические обязательства

Meta, в свою очередь, заявляет о намерении сотрудничать с Entergy для подключения не менее 1,5 ГВт новых мощностей из возобновляемых источников энергии, включая солнечную энергию. Однако конкретные проекты и сроки реализации этих инвестиций пока не определены. Между тем, новые газовые электростанции, запуск которых запланирован на 2028 год и рассчитан на эксплуатацию в течение примерно 30 лет, фактически закрепят приверженность штата к ископаемому топливу на десятилетия вперед.

Природный газ как приоритетное решение

Выбор природного газа в качестве основного источника энергии для удовлетворения растущего спроса со стороны ИИ – не уникальная ситуация для Луизианы. Ископаемое топливо по-прежнему является доминирующим источником электроэнергии во многих странах, и по всему миру строятся крупные газовые электростанции для питания новых и планируемых дата-центров.

Несмотря на надежды сторонников "зеленой" энергетики на скорую замену ископаемого топлива возобновляемыми источниками, резкий рост спроса на электроэнергию со стороны дата-центров ставит под сомнение перспективу быстрого отказа от природного газа. По мнению Дэвида Виктора, политолога из Калифорнийского университета в Сан-Диего, природный газ является "вариантом по умолчанию" для удовлетворения энергетических потребностей ИИ.

Почему выбирают газ: Цена, скорость, надежность

"Мы знаем, как строить газовые электростанции, более или менее понимаем, сколько это будет стоить, как масштабировать их и как получить необходимые разрешения," – объясняет Виктор. "Даже для компаний, которые активно продвигают низкоуглеродную или безуглеродную энергетику, зачастую просто нет другого реалистичного варианта, кроме использования газа".

риродного газа

Предпочтение природного газа особенно заметно на юге США, где планируется строительство нескольких крупных газовых электростанций в таких штатах, как Вирджиния, Северная Каролина, Южная Каролина и Джорджия. Согласно недавнему отчету, коммунальные предприятия в этих штатах планируют построить около 20 гигаватт новых газовых электростанций в течение следующих 15 лет.

И большая часть нового спроса — особенно в Вирджинии, Южной Каролине и Джорджии — исходит от центров обработки данных; в этих трех штатах на центры обработки данных приходится около 65–85% прогнозируемого роста нагрузки. "Это долгосрочное обязательство в абсолютно неправильном направлении", — говорит Грег Бупперт, старший юрист Южного экологического юридического центра в Шарлоттсвилле, штат Вирджиния. Если все предложенные газовые электростанции будут построены на Юге в течение следующих 15 лет, говорит он, "нам просто придется смириться с тем, что мы не достигнем целей по сокращению выбросов". Но даже при том, что становится все более вероятным, что природный газ останется значительной частью нашего энергетического будущего, возникает множество вопросов о том, как будет выглядеть его дальнейшее доминирование. Например, никто точно не знает, сколько электроэнергии потребуется центрам обработки данных с искусственным интеллектом в будущем и насколько велик будет аппетит компаний к природному газу. Спрос на ИИ может угаснуть. Или компании, занимающиеся ИИ, могут предпринять согласованные усилия для перехода на возобновляемые источники энергии или атомную энергию. Такие возможности означают, что США могут оказаться на пути к переизбытку мощностей по производству природного газа, что оставит регионы обремененными ненужными и загрязняющими ископаемыми топливными динозаврами, а жители будут оплачивать стремительно растущие счета за электроэнергию, чтобы окупить сегодняшние инвестиции. Хорошая новость заключается в том, что такими рисками, вероятно, можно будет управлять в течение следующих нескольких лет, если — и это большое "если" — компании, занимающиеся ИИ, будут более прозрачными в отношении того, насколько гибкими они могут быть в своих, казалось бы, ненасытных потребностях в энергии.

Господство природного газа

Природный газ в США в наши дни дешев и в изобилии. Два десятилетия назад огромные запасы были обнаружены в сланцевых отложениях, разбросанных по всей стране. В 2008 году, когда гидроразрыв пласта (фрекинг) позволил добывать большие объемы газа из сланцев, природный газ продавался по 13 долларов за миллион БТЕ (единица измерения тепловой энергии); в прошлом году он в среднем стоил всего 2,21 доллара, что является самой низкой годовой ценой (с поправкой на инфляцию) за всю историю наблюдений, по данным Управления энергетической информации США (EIA).

Около 2016 года

Приблизительно 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 энергии и заслуженный энтузиазм по поводу падения цен на эти возобновляемые источники — природный газ по-прежнему остается королем, обеспечивая около 40% электроэнергии, производимой в США. В Луизиане, которая также является крупным производителем, эта доля составляет около 72%, согласно недавнему аудиту. Природный газ горит гораздо чище угля, производя примерно вдвое меньше углекислого газа. На заре газовой революции многие экологические активисты и прогрессивные политики рекламировали его как ценный "мост" к возобновляемым источникам энергии и другим источникам чистой энергии. И, по некоторым подсчетам, природный газ выполнил это обещание. Энергетический сектор стал одной из немногих историй успеха в снижении выбросов в США благодаря использованию природного газа в качестве замены угля. Но природный газ по-прежнему производит много углекислого газа при сжигании на электростанциях, оборудованных традиционным оборудованием. А фрекинг вызывает локальное загрязнение воздуха и воды. Возможно, больше всего беспокоит то, что бурение и трубопроводы высвобождают значительное количество метана, основного компонента природного газа, как случайно, так и путем преднамеренного стравливания. Метан является гораздо более мощным парниковым газом, чем углекислый газ, и эти выбросы вызывают растущую обеспокоенность у ученых-климатологов, хотя и трудно поддаются количественной оценке. Тем не менее, выбросы углерода от энергетического сектора, вероятно, продолжат снижаться по мере дальнейшего вытеснения угля и строительства большего количества возобновляемых источников энергии, согласно данным Rhodium Group, исследовательской консалтинговой компании. Но Rhodium также прогнозирует, что если спрос на электроэнергию со стороны центров обработки данных останется высоким, а цены на природный газ низкими, то ископаемое топливо останется доминирующим источником производства электроэнергии, по крайней мере, до 2035 года, и переход к более чистой электроэнергии будет значительно отложен. Rhodium оценивает, что продолжение господства природного газа приведет к дополнительным 278 миллионам метрических тонн ежегодных выбросов углерода в США к 2035 году (что примерно эквивалентно выбросам крупного штата США, такого как Флорида) по сравнению с будущим, в котором использование ископаемого топлива постепенно сворачивается. Однако наша зависимость от природного газа не обязательно должна быть тотальной климатической катастрофой, по крайней мере, в долгосрочной перспективе. Крупные компании, занимающиеся искусственным интеллектом, могли бы использовать свое огромное влияние, чтобы настаивать на том, чтобы коммунальные предприятия устанавливали системы улавливания и секвестрации углерода (CCS) на электростанциях и использовали природный газ, добытый с ограниченными выбросами метана. Entergy, например, заявляет, что ее новые газовые турбины смогут интегрировать CCS посредством будущих модернизаций. А Meta заявляет, что поможет финансировать установку оборудования CCS на одной из существующих газовых электростанций Entergy в южной Луизиане, чтобы помочь испытать эту технологию. Но переход на чистый природный газ — это надежда, на реализацию которой уйдут десятилетия. Тем временем коммунальные предприятия по всей стране сталкиваются с более насущной и практической задачей: как удовлетворить внезапный спрос на гигаватты дополнительной электроэнергии в ближайшие несколько лет, не построив при этом непреднамеренно слишком много мощностей. Для многих добавление новых электростанций, работающих на природном газе, может показаться безопасной ставкой. Но что, если взрывной рост спроса на ИИ не произойдет? В периоды стресса компании, занимающиеся разработкой ИИ, рекламируют необходимость в огромных, энергоемких центрах обработки данных. Но оценки того, сколько энергии на самом деле потребуется для обучения и запуска моделей ИИ, сильно различаются. И технология продолжает меняться, иногда, казалось бы, в одночасье. DeepSeek, новая китайская модель, дебютировавшая в январе, может сигнализировать о будущем новой энергоэффективной ИИ, а может и нет, но она, безусловно, повышает вероятность того, что такие достижения возможны. Возможно, мы найдем способы использовать гораздо более энергоэффективное оборудование.

Неопределенность спроса и риски переизбытка мощностей

Или, возможно, революция ИИ сойдет на нет, и многие из огромных центров обработки данных, которые, по мнению компаний, им понадобятся, так и не будут построены. Уже есть признаки того, что слишком много было построено в Китае, и намеки на то, что это может начать происходить в США. Несмотря на неопределенность, поставщики электроэнергии должны разрабатывать долгосрочные планы инвестиций для удовлетворения прогнозируемого спроса. Слишком мало мощностей, и их клиенты столкнутся с отключениями электроэнергии; слишком много, и эти клиенты столкнутся с непомерно высокими счетами за электроэнергию для финансирования инвестиций в ненужную электроэнергию. Однако есть способ уменьшить риск переизбытка электроэнергии, вырабатываемой на природном газе. В среднем по стране и в большинстве региональных сетей имеется достаточно электроэнергии. Согласно исследованию Duke, большинство коммунальных предприятий обычно используют только около 53% своей доступной мощности в среднем в течение года. Проблема в том, что коммунальные предприятия должны быть готовы к тем нескольким часам, когда спрос резко возрастает — скажем, из-за суровой зимней погоды или летней жары. Растущий спрос со стороны центров обработки данных ИИ побуждает многих поставщиков электроэнергии планировать новые мощности, чтобы убедиться, что у них достаточно того, что Тайлер Норрис, научный сотрудник Школы окружающей среды Николаса при университете Дьюка, и его коллеги называют "запасом", для удовлетворения любых скачков спроса.

Гибкость ИИ-центров обработки данных как решение

Но, проанализировав данные из энергосистем по всей стране, Норрис и его соавторы обнаружили, что если крупные объекты ИИ сократят потребление электроэнергии в часы пикового спроса, многие региональные энергосистемы смогут принять этих клиентов ИИ без добавления новых генерирующих мощностей. Даже умеренный уровень гибкости будет иметь огромное значение. Исследователи Duke оценивают, что если центры обработки данных сократят потребление электроэнергии примерно вдвое всего на несколько часов в течение года, это позволит коммунальным предприятиям справиться с дополнительными 76 гигаваттами нового спроса. Это означает, что поставщики электроэнергии смогут эффективно поглотить примерно 65 дополнительных гигаватт, которые, согласно некоторым прогнозам, понадобятся центрам обработки данных к 2029 году. "Преобладающее предположение состоит в том, что центры обработки данных на 100% негибки", - говорит Норрис. То есть, они должны работать на полную мощность все время. Но Норрис говорит, что центры обработки данных ИИ, особенно те, которые обучают большие базовые модели (например, объект Meta в округе Ричленд), могут избегать работы на полную мощность или переносить свои вычислительные нагрузки в другие центры обработки данных по всей стране — или даже увеличивать собственную резервную мощность — в периоды, когда сеть находится в состоянии стресса. Повышенная гибкость может позволить компаниям быстрее запускать центры обработки данных ИИ, не дожидаясь новых электростанций и модернизации линий электропередач — на утверждение и строительство которых могут уйти годы. Это также может, как отметил Норрис в своем выступлении перед Конгрессом США в начале марта, обеспечить, по крайней мере, краткосрочную передышку в спешке по строительству большего количества электростанций, работающих на природном газе, выиграв время для коммунальных предприятий для разработки и планирования более чистых технологий, таких как передовая ядерная и улучшенная геотермальная энергия.

Сотрудничество для достижения гибкости

По его словам, это может предотвратить "поспешное чрезмерное строительство инфраструктуры природного газа". Компании, занимающиеся разработкой ИИ, выразили определенную заинтересованность в своей способности перераспределять спрос на электроэнергию. Но все еще остается много технологических вопросов о том, как это реализовать. В конце прошлого года EPRI (Electric Power Research Institute), некоммерческая группа исследований и разработок, начала трехлетнее сотрудничество с поставщиками электроэнергии, операторами сетей и компаниями, занимающимися разработкой ИИ, включая Meta и Google, чтобы разобраться в этом. «Потенциал очень велик», — говорит Дэвид Портер, вице-президент EPRI, руководящий проектом, — но мы должны показать, что это работает «не просто на бумаге или на экране компьютера». Портер оценивает, что обычно бывает 80–90 часов в год, когда местная электросеть испытывает нагрузку, и было бы полезно, если бы центр обработки данных снизил потребление энергии. Но, по его словам, AI-центры обработки данных все еще должны выяснить, как снижать мощность в такие периоды, а операторы электросетей должны научиться внезапно вычитать, а затем добавлять обратно сотни мегаватт электроэнергии, не нарушая работу своих систем. «Предстоит еще много работы, чтобы это было бесперебойно как для непрерывной работы центров обработки данных, так и для непрерывной работы электросети», — говорит он.

Оплата счетов

В конечном счете, для того, чтобы AI-центры обработки данных стали более гибкими в своих потребностях в электроэнергии, потребуется не только технологическое решение. Это потребует изменения подхода AI-компаний к работе с коммунальными предприятиями и местными сообществами, предоставляя им больше информации и понимания фактических потребностей в электроэнергии. И потребуются решительные регулирующие органы, чтобы убедиться, что коммунальные предприятия тщательно оценивают потребности центров обработки данных в электроэнергии, а не просто рефлекторно строят больше газовых электростанций. «Самые важные политики в стране, занимающиеся вопросами климата, сейчас находятся не в Вашингтоне. Они находятся в столицах штатов, и это комиссары коммунальных предприятий», — говорит Коста Самарас, директор Института энергетических инноваций им. Скотта при Университете Карнеги-Меллона. В Луизиане этими политиками являются избранные должностные лица Комиссии по коммунальным услугам штата Луизиана (LPSC), которые, как ожидается, вынесут решение позднее в этом году по предложенным Entergy новым газовым электростанциям и модернизации электросети. Комиссары LPSC решат, оставляют ли аргументы Entergy об огромных потребностях в энергии дата-центра Meta и необходимости круглосуточного питания без альтернативы природному газу. В заявлении, поданном прошлой осенью в LPSC, Entergy заявила, что электроэнергия, вырабатываемая природным газом, необходима для удовлетворения спроса «круглосуточно». Объединение солнечной энергии с аккумуляторными батареями может работать «в теории», но будет «непомерно дорогим». Entergy также исключила ядерную энергию, заявив, что это займет слишком много времени и будет стоить слишком дорого. Другие не удовлетворены решением коммунального предприятия. В феврале базирующийся в Новом Орлеане Альянс за доступную энергию и Союз обеспокоенных ученых подали ходатайство регуляторам Луизианы, утверждая, что Entergy не провела тщательную оценку рынка своих вариантов, как того требуют правила комиссии. Частично проблема, по словам групп, заключается в том, что Entergy полагалась на «необоснованные утверждения» Meta о своих потребностях в нагрузке и сроках. «Entergy говорит, что [Meta] нуждается в круглосуточном питании», — говорит Пол Арбахе, аналитик программы по климату и энергетике в Союзе обеспокоенных ученых.

Вопросы без ответов

«Но нас просто просят поверить [Entergy] на слово. Регулирующие органы должны задавать сложные вопросы и не просто предполагать, что эти центры обработки данных должны работать практически на полную мощность все время». И, по его мнению, если бы коммунальное предприятие «начало искать недостатки в предположениях, которые иногда принимаются как данность», оно «нашло бы другие более чистые варианты». В ответе по электронной почте изданию MIT Technology Review компания Entergy заявила, что обсуждала операционные аспекты объекта с Meta, но «как и со всеми клиентами, Entergy Louisiana не будет обсуждать конфиденциальные вопросы от имени своих клиентов». В письме, поданном регуляторам штата в начале апреля, Meta заявила, что понимание Entergy ее потребностей в энергии на самом деле является точным. В февральском ходатайстве также была выражена обеспокоенность по поводу того, кто в конечном итоге будет платить за новые газовые электростанции. Entergy заявляет, что Meta подписала 15-летний контракт на поставку электроэнергии, который должен помочь покрыть расходы на строительство и эксплуатацию электростанций, но не ответила на запросы MIT Technology Review о предоставлении более подробной информации о сделке, в том числе о том, что произойдет, если Meta захочет расторгнуть контракт досрочно. Meta перенаправила вопросы MIT Technology Review о контракте в Entergy, но заявила, что ее политика заключается в том, чтобы покрывать все расходы, которые коммунальные предприятия несут для обслуживания ее центров обработки данных, включая модернизацию электросети. Она также заявляет, что тратит более 200 миллионов долларов на поддержку центров обработки данных Richland Parish новой инфраструктурой, включая дороги и системы водоснабжения. Не все в этом уверены. Альянс за доступную энергию, который работает в интересах жителей Луизианы, заявляет, что большие инвестиции в новые газовые турбины могут означать будущее повышение тарифов в штате, где у жителей уже высокие счета за электроэнергию и где одна из самых ненадежных электросетей в стране. Особую озабоченность вызывает то, что произойдет после 15 лет. «Наша самая большая долгосрочная проблема заключается в том, что через 15 лет жители и малые предприятия Луизианы останутся с долгами за три крупных газовых генератора», — говорит Логан Берк, исполнительный директор альянса. Действительно, потребители по всей стране имеют веские основания опасаться, что их счета за электроэнергию вырастут, поскольку коммунальные предприятия стремятся удовлетворить возросший спрос со стороны центров обработки данных ИИ, строя новые генерирующие мощности. В статье, опубликованной в марте, исследователи из Гарвардской юридической школы утверждали, что коммунальные предприятия «теперь заставляют общественность платить за инфраструктуру, предназначенную для снабжения энергией горстки чрезвычайно богатых корпораций». Авторы из Гарварда пишут: «Коммунальные предприятия говорят [комиссиям по коммунальным услугам] то, что они хотят услышать: что соглашения с Big Tech изолируют затраты на электроэнергию центров обработки данных от счетов других потребителей и не приведут к повышению цен на электроэнергию для потребителей». Но сложность данных об оплате коммунальных услуг и отсутствие прозрачности в бухгалтерском учет

Возможности и риски

В идеальном сценарии, компании, разрабатывающие искусственный интеллект, могли бы существенно ускорить переход к чистой энергетике. Они могли бы стать надежными и выгодными клиентами, предоставляющими финансирование, которое энергетические компании могли бы использовать для модернизации и повышения надежности электросетей.

Такая трансформация может произойти без дополнительных рисков и затрат для других потребителей электроэнергии. Однако, для этого необходима твердая приверженность компаний, занимающихся искусственным интеллектом, принципам устойчивого развития.

Также потребуется активное участие государственных регулирующих органов, которые будут задавать сложные вопросы и тщательно оценивать потенциальные инвестиции, предлагаемые компаниями, разрабатывающими искусственный интеллект. Новые центры обработки данных, специализирующиеся на ИИ, могут стать мощным экономическим стимулом, создавая новые рабочие места. Однако, необходимо обеспечить прозрачность и возможность участия общественности в обсуждении этих проектов, поскольку речь идет об общественной инфраструктуре.

Например, компания Meta может изменить свои планы, но жители региона будут ощущать последствия этих изменений в течение десятилетий. Поэтому важно учитывать долгосрочные перспективы и интересы местного населения.

Экономические аспекты

Развитие ИИ-инфраструктуры требует значительных инвестиций в энергетический сектор. Эти инвестиции могут быть направлены на модернизацию существующих электростанций, строительство новых объектов, работающих на возобновляемых источниках энергии, а также на улучшение инфраструктуры передачи и распределения электроэнергии.

Создание новых рабочих мест – еще один важный экономический аспект. Центры обработки данных требуют квалифицированных специалистов для обслуживания и эксплуатации, что способствует развитию местного рынка труда. Важно, чтобы эти рабочие места были доступны для жителей региона.

Экологические аспекты

Необходимо учитывать экологические последствия строительства и эксплуатации центров обработки данных. Важно минимизировать негативное воздействие на окружающую среду, используя энергоэффективные технологии, возобновляемые источники энергии и современные методы утилизации отходов.

Например, возможно использование систем охлаждения с замкнутым циклом, которые позволяют значительно снизить потребление воды. Также важно проводить экологическую экспертизу проектов и учитывать мнение местных жителей.

Социальные аспекты

Важно обеспечить прозрачность и открытость при реализации проектов, связанных с развитием ИИ-инфраструктуры. Необходимо учитывать мнение местных жителей и предоставлять им возможность участвовать в обсуждении и принятии решений.

Например, можно проводить общественные слушания, организовывать информационные кампании и создавать консультативные советы с участием представителей общественности.

Роль регулирующих органов

Государственные регулирующие органы играют ключевую роль в обеспечении устойчивого развития ИИ-инфраструктуры. Они должны разрабатывать и внедрять нормативные акты, которые стимулируют использование энергоэффективных технологий и возобновляемых источников энергии.

Также важно контролировать соблюдение экологических норм и правил, а также обеспечивать прозрачность и открытость при реализации проектов. Регулирующие органы должны учитывать интересы всех заинтересованных сторон и способствовать достижению баланса между экономическим развитием, экологической устойчивостью и социальным благополучием.