Ожидается, что спрос на энергию для центров обработки данных резко возрастет в течение следующих пяти лет. Потребление только в США, вероятно, возрастет с 17 ГВт в 2022 году до 35 ГВт к 2030 году. Специальные ЦОД с ИИ должны стать основным двигателем этого роста. Ведь каждый из них требует более 80 МВт мощности электроэнергии по сравнению с 32 МВт, необходимыми для традиционных коммерческих центров.
В связи с этим владельцы ЦОД все больше исследуют возможности новых источников энергии, а атомная энергетика появляется как потенциальное решение.

Как ЦОД могут использовать атомную энергию

По словам Криса Шарпа, технического директора Digital Realty, обычный центр обработки данных потребляет около 32 МВт электроэнергии, тогда как дата-центр с ИИ использует 80 МВт. 
Чтобы поддерживать этот объем потребления, необходим возобновляемый источник энергии. Ядерное деление и термоядерный синтез могут генерировать огромное количество энергии с низким выбросом углерода. Ядерные реакторы также работают в режиме 24/7 в отличие от производства энергии, которое зависит от погоды, как ветер и солнце.
По данным Министерства энергетики США (DOE), ядерная энергия используется более 60 лет для поддержания энергетических сетей и национальной обороны. Но это не относится к питанию центров обработки данных. Это связано с тем, что ядерные реакторы - это масштабные проекты с жесткими правилами. Эти ограничения затрудняют установку ядерных реакторов вблизи дата-центров. Однако изобретение SMR может сделать это возможным.

Как SMR обеспечивает стабильную энергетику для ЦОД

SMR имеют потенциал для будущего использования ядерной энергии в сфере дата-центров. Эти реакторы являются меньшими, более компактными версиями типичных ядерных реакторов. Однако, по данным National Grid, SMR производит примерно пятую часть энергии. Преимуществами SMR является их компактность, что делает их легкими и дешевыми в производстве и транспортировке.
SMR обычно обеспечивают горючим подводные лодки и авианосцы, обеспечивая их достаточной мощностью до 20 лет без перерывов. Если подобные SMR можно безопасно производить в больших масштабах, они могут стать специальными, стабильными и возобновляемыми источниками питания для ЦОД с небольшими требованиями к обслуживанию.
По данным DOE, усилия по поддержке разработки SMR в настоящее время на рассмотрении лицензирования Комиссией по ядерному регулированию (NRC) и, вероятно, будут развернуты в конце 2020-х - начале 2030-х годов. Чтобы достичь этой цели, необходимо рассмотреть технологические разработки, лицензирование и регуляторные риски. Экспериментальные усилия сейчас проходят тестирование, и в случае успеха они могут ускорить доступность SMR на внутреннем и международном рынках. SMR могут быть доступны для интеграции на месте в дата-центрах в течение десяти лет.

Преимущества атомной энергии для устойчивой энергетики дата-центров

  • Имеет низкие выбросы углерода
По данным Our World in Data, уголь создает 970 тонн парниковых газов, что в 160 раз больше, чем атомная энергия на гигаватт-час электроэнергии. Нефть - на 714 тонн больше выбросов, тогда как природный газ - на 434 тонны больше, чем ядерная энергия. В среднем солнечная и ветровая энергия также производят на 47 тонн и на 5 тонн больше, чем атомная соответственно. Использование ядерной энергии может глобально ускорить декарбонизацию центров обработки данных.
Атомные установки используют значительно меньше земли, чем другие источники энергии, а SMR используют еще меньше. Хотя некоторое количество углерода может вырабатываться при производстве ядерных реакторов, общий углеродный след остается самым низким по сравнению с другими источниками электроэнергии.
  • Производит чистую энергию
Производство и использование энергии являются созданными человеком источниками выбросов загрязнителей воздуха. Эти загрязнители включают твердые частицы, оксиды серы и оксиды азота, которые попадают в атмосферу и ухудшают качество воздуха. Атомная энергетика не загрязняет воздух, а это означает, что ЦОД могут помочь сохранить воздух чистым и свободным от вредных загрязняющих веществ..
  • Обеспечивает плотную, стабильную и надежную мощность
Атомная энергетика имеет высокую энергетическую мощность, то есть количество электроэнергии, которое генератор вырабатывает на максимальной мощности. Он также имеет высокую плотность энергии, поэтому ядерные реакторы производят большое количество энергии с небольшим количеством топлива. Реакторы также не зависят от погоды, чтобы работать должным образом. Эти высокие уровни мощности, эффективности и согласованности обеспечивают стабильное и надежное питание, необходимое дата-центрам для обеспечения максимального времени безотказной работы.

Недостатки ядерной энергетики 

  • Имеет низкую доступность
Нынешнее количество ядерных реакторов незначительно. Частично это связано с капитальными инвестициями, необходимыми для строительства атомных станций, длительным временем разработки, плохим восприятием общественностью ядерной безопасности и строгим регулятивным надзором. Ограничения для ЦОД должны быть снижены по мере развития ядерных технологий.
  • Трудно утилизировать или переработать отходы
Хотя ядерные реакторы не образуют много отходов, использованное топливо является опасным для обслуживания и сложным для свалки. Инструменты для переработки и повторного использования ядерной энергии все еще находятся на стадии разработки и тестирования. Хотя SMR требуют гораздо меньше обслуживания и специальных знаний для работы по сравнению с крупными объектами, инфраструктура для центров обработки данных недоступна.
  • Имеет дорогостоящую начальную стоимость
Финансирование строительства ядерного объекта - непростая задача, поэтому только крупнейшие центры обработки данных рассматривают атомную энергетику. Помимо затрат на строительство, эксплуатационные расходы высоки из-за строгих протоколов и опыта высокого уровня, необходимых для эксплуатации ядерных реакторов.
  • Связанный строгой нормативной средой
Безопасность имеет первостепенное значение, поэтому использование ядерной энергии требует четких и строгих стандартов. Владельцы ЦОД должны придерживаться этих политик и процедур. 

Примеры развития ядерной энергетики мировыми игроками

В 2024 году Amazon приобрел у Talen Energy кампус дата-центра, питающегося от атомной электростанции. Эта сделка дополняет ее усилия по использованию безуглеродной энергии для питания центров обработки данных AWS по всему миру.
Public Service Enterprise Group изучает потенциал прямых продаж электроэнергии дата-центрам со своих атомных станций, а Constellation может строить передовые реакторы на существующих заводах для энергоснабжения ЦОД. Google также подписал соглашение о сотрудничестве с корпорацией Nucor для предоставления передовых ядерных проектов онлайн.
Корпорация Майкрософт имеет новые вакансии, связанные с разработкой действенных стратегий в сфере передовой ядерной энергетики. Корпорация Майкрософт ищет людей, которые бы инициировали планы SMR для питания своих центров обработки данных.
Кроме того, с 2014 года DOE инвестировало более 600 миллионов долларов США в поддержку разработки, лицензирования и размещения дизайна NuScale SMR, его завода-изготовителя и других отечественных концепций SMR. NRC сертифицировал дизайн SMR NuScale в 2023 году, и ожидается, что первый модуль заработает к 2029 году.

Что нужно для обеспечения безопасности

Прошлые аварии ядерных реакторов, такие как Чернобыль или Фукусима оставили негативный след на атомной энергетике Современные проекты передовых ядерных технологий сравнительно безопаснее.
Разработка Стандартов безопасности Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) совпадает с международным консенсусом мировых лидеров в области ядерной безопасности. Стандарты касаются всех аспектов безопасности при эксплуатации атомных электростанций и регуляторной деятельности.
Реакторы последнего поколения постепенно совершенствовались по сравнению с предыдущими поколениями, чтобы защитить от всего, от расплавления и аварий до ошибок человека. SMR интенсивно исследуются и в целом считаются безопасными. SMR полагаются на пассивные системы, которые автоматически отключаются в случае аварии или сбоя оборудования. Все конструкции реакторов должны пройти тщательные проверки, одобрение и испытания, прежде чем они будут сертифицированы для получения лицензии.
SMR требуют незначительного вмешательства операторов центров обработки данных. Однако техническое обслуживание оборудования и утилизация ядерных отходов необходимы, и ими должны заниматься сертифицированные специалисты. Соблюдение строгих правил и протоколов безопасности может оказаться сложным, но это необходимо для безопасности.