Чому датацентри стали одними з найбільших споживачів електроенергії у світі

У 2024 році датацентри планети спожили близько 415 терават-годин електроенергії — приблизно 1,5% усього глобального електроспоживання.

За прогнозом Міжнародного енергетичного агентства (IEA), до 2030 року споживання центрів обробки даних зросте понад у два рази — до близько 950 ТВт-год.

Причина цього складається з кількох факторів, які підсилюють один одного: зростання обсягів цифрових сервісів, перехід індустрії на щільніше обчислювальне обладнання та масштабне впровадження штучного інтелекту. 

Далі розберемо кожен із цих факторів і дізнаємося, чому ж ЦОД так сильно споживають електрику.

Електроенергія, що надходить у датацентр, розподіляється між кількома статтями витрат, і саме це пояснює, чому ефективність обладнання сама по собі не розв’язує проблему. 

За даними Electric Power Research Institute, IT-обладнання типово споживає 40–50% загального навантаження, системи охолодження — 30–40%, решта йде на безперебійне живлення, освітлення та допоміжні системи. 

В центрах обробки даних, орієнтованих на ШІ, частка IT-обладнання вища — понад 60% — через щільні GPU-стійки та водночас сильніші системи охолодження.

Для оцінки ефективності галузь використовує показник PUE (Power Usage Effectiveness) — співвідношення загальної електроенергії, яку споживає ЦОД, до енергії, що дійшла безпосередньо до обчислювального обладнання. 

PUE на рівні 1,0 означав би, що вся енергія йде на корисні обчислення без жодних втрат. Проте на практиці це неможливо — найкращі гіперскейл-об'єкти досягають PUE 1,1–1,2, тоді як середній показник у галузі тримається на рівні 1,5–1,6. 

Це означає, що на кожен ват, який реально обчислює дані, додатково витрачається 0,5–0,6 вата на охолодження, розподіл живлення та підтримку інфраструктури — енергія, яка не забезпечує результату, лише підтримує обладнання в робочому температурному діапазоні.

Чим вища густина потужності на стійку, тим складніше відводити звідти тепло. Повітряне охолодження ефективно працює до приблизно 20 кіловат на стійку. Вище цієї межі індустрія переходить на рідинні системи — пряме охолодження чипа або імерсійні системи, які здатні знизити енергію на тепловідведення на 30–40% порівняно з повітряними системами. 

Логіка проста: вищу густину обчислень неможливо охолодити старими методами без різкого зростання витрат електроенергії саме на клімат-контроль.

Електроспоживання датацентрів розподілене нерівномірно: США утримують найбільшу частку глобального споживання — 45% станом на 2024 рік, далі йде Китай із 25% та Європа з 15%. 

Майже половина потужностей центрів обробки даних у США сконцентрована лише у п'яти регіональних кластерах, а це перетворює питання електроспоживання з галузевого на інфраструктурне для конкретних регіонів.

Наприклад, у штаті Вірджинія (США) центри обробки даних вже споживають близько 26% усієї електроенергії штату.

Така ситуація спостерігається не тільки у Штатах. У столиці Ірландії, Дубліні, цей показник сягає 79%, а в країні загалом — 21% національного споживання. Причому за оцінками IEA частка може зрости до 32% найближчим часом.

North American Electric Reliability Corporation попереджає, що значна частина енергосистеми Північної Америки перебуває під ризиком дефіциту потужностей. Найбільш вразливим є регіон PJM, в який входять 13 штатів і Вашингтон — прогнозоване розширення ЦОД підняло там рахунок за резервування потужності до 16 мільярдів доларів.

За даними Electric Power Research Institute, центри обробки даних можуть споживати від 9% до 17% усієї електроенергії, що генерується в США, до 2030 року — це більш ніж удвічі вище за поточний рівень.

Окрема проблема — введення в експлуатацію нових об'єктів. У багатьох регіонах черга на підключення до магістральних ліній електропередачі розтягується на 2–3 роки, що стало головним вузьким місцем для нових ШІ-проєктів.

У розвинених країнах, за оцінками IEA, чверть приросту попиту на електроенергію до 2030 року припадатиме саме на датацентри. Це означає, що рішення про будівництво нового об'єкта дедалі частіше залежить не від наявності землі чи мережевого зв'язку, а від того, чи витримає місцева енергосистема додаткове навантаження.

До появи ШІ електроспоживання датацентру визначалося переважно кількістю серверів і клієнтських запитів — параметр, що зростав поступово й передбачувано. 

Тренування та експлуатація великих мовних моделей штучного інтелекту працюють за іншою фізикою. Сучасний графічний процесор для обчислень, наприклад, NVIDIA H100, споживає до 700 ватів під повним навантаженням — це в кілька разів більше, ніж традиційний серверний процесор, який споживає 150–200 ват. 

Стійка з вісьмома GPU-серверами легко перевищує 25–30 кіловат, тоді як звичайна серверна стійка в центрі обробки даних попереднього покоління розрахована на 5–8 кіловат. 

Для порівняння: тренування моделі GPT-3 спожило близько 1300 МВт-год електроенергії — стільки ж, скільки 1450 американських домогосподарств споживають за місяць.

ЦОД, орієнтовані на ШІ, за рівнем споживання вже наближаються до енергомістких промислових об'єктів — наприклад, алюмінієвих заводів — але з різницею в тому, що датацентри географічно сконцентровані набагато щільніше.

Водночас ефективність самих обчислень росте швидко: енергоспоживання на одне завдання для ШІ падає щонайменше на порядок щороку завдяки оптимізації моделей і апаратного забезпечення.

Кількість користувачів і складність завдань також зростають — швидше, ніж ефективність встигає компенсувати. За останній рік великі постачальники штучного інтелекту зафіксували триразове зростання активних користувачів і п'ятиразове зростання доходів.

Масштаб інвестицій відображає ці темпи: капітальні витрати п'яти найбільших технологічних компаній на інфраструктуру ЦОД перевищили 400 мільярдів доларів у 2025 році та, за прогнозами, зростуть ще на 75% у 2026-му. 

У США сукупна потужність датацентрів, підключених до мережі, зросла на 22% у 2025 році — до 61,8 гігават, і за оцінками S&P Global сягне 134,4 гігават до 2030 року. Таке зростання попиту змусило великих операторів шукати джерела енергії за межами звичної мережі.

Компанія Meta уклала угоди на постачання до 6,6 гігават атомної енергії від Oklo, Vistra та TerraPower до 2035 року, а також отримала прямий доступ до 2,1 гігавата потужності від трьох атомних станцій. 

Google підписала контракт із Kairos Power на постачання енергії від малих модульних реакторів (SMR) загальною потужністю до 500 мегаватів. Паралельно частина центрів обробки даних переходить на пряме постачання газу для власної генерації — наприклад, об'єкт CloudBurst у Техасі забезпечив ресурсами, достатніми для генерації майже 1,2 гігавата.

Малі модульні реактори часто згадують як розв’язання проблеми, але вони мають обмеження. Навіть невеликий SMR — це станція потужністю близько 40 мегават. Водночас термін узгодження та будівництва нової атомної потужності зазвичай становить від 3 до 10 років, тож це не вирішує дефіцит найближчих років. 

Тому паралельно з ядерною енергетикою розвивається й відновлювана генерація. За прогнозом IEA, генерація з відновлюваних джерел для датацентрів зростатиме в середньому на 22% щороку у 2024–2030 роках і покриватиме майже половину приросту попиту.

Вугілля поки залишається найбільшим окремим джерелом електроенергії для центрів обробки даних у глобальному масштабі — близько 30%. Причина — висока частка генерації копалини в Китаї.

На рівні самої інфраструктури індустрія робить ставку на ефективність. Перехід від повітряного до рідинного охолодження, підвищення коефіцієнта використання обладнання та проєктування нових об'єктів з орієнтацією на PUE наближений до 1,1.

Зростання електроспоживання ЦОД — це наслідок одночасної дії кількох процесів. Жоден із них не зникне в найближчі роки — і навпаки, споживання енергетики датацентрами лише збільшуватиметься.

Для бізнесу, який обирає партнера для розміщення інфраструктури — власної чи орендованої, — ці тенденції мають пряме практичне значення.

PUE напряму формує тариф — різниця між 1,2 та 1,6 означає 30–40% електроенергії, яка йде не на обчислення, а на охолодження та інфраструктуру. А в регіонах із дефіцитом мережевих потужностей запас живлення варто перевіряти так само ретельно, як канали зв'язку чи фізичну охорону об'єкта.