SMR і атомна енергетика: чи змінять вони майбутнє дата-центрів

Очікується, що попит на енергію для центрів обробки даних різко зросте протягом наступних п’яти років. Споживання лише в США, ймовірно, зросте з 17 ГВт у 2022 році до 35 ГВт до 2030 року. Спеціальні ЦОД з ШІ мають стати основним рушієм цього зростання. Адже кожен з них потребує понад 80 МВт потужності електроенергії порівняно з 32 МВт, необхідними для традиційних комерційних центрів.

У зв’язку з цим власники ЦОД все більше досліджують можливості нових джерел енергії, а атомна енергетика з’являється як потенційне рішення.

За словами Кріса Шарпа, технічного директора Digital Realty, звичайний центр обробки даних споживає близько 32 МВт електроенергії, тоді як дата-центр зі ШІ використовує 80 МВт. 

Щоб підтримувати цей обсяг споживання, необхідно відновлюване джерело енергії. Ядерний поділ і термоядерний синтез можуть генерувати величезну кількість енергії з низьким викидом вуглецю. Ядерні реактори також працюють у режимі 24/7 на відміну від виробництва енергії, яке залежить від погоди, як вітер і сонце.

За даними Міністерства енергетики США (DOE), ядерна енергія використовується більш як 60 років для підтримки енергетичних мереж і національної оборони. Але це не стосується живлення центрів обробки даних. Це пов’язано з тим, що ядерні реактори – це масштабні проєкти з жорсткими правилами. Ці обмеження ускладнюють встановлення ядерних реакторів поблизу дата-центрів. Однак винахід SMR може зробити це можливим.

SMR мають потенціал для майбутнього використання ядерної енергії у сфері дата-центрів. Ці реактори є меншими, компактнішими версіями типових ядерних реакторів. Однак, за даними National Grid, SMR виробляє приблизно п’яту частину енергії. Перевагами SMR є їх компактність, що робить їх легкими та дешевими у виробництві та транспортуванні.

SMR зазвичай забезпечують пальним підводні човни та авіаносці, забезпечуючи їх достатньою потужністю до 20 років без перерв. Якщо подібні SMR можна безпечно виробляти в великих масштабах, вони можуть стати спеціальними, стабільними та відновлюваними джерелами живлення для ЦОД з невеликими вимогами до обслуговування.

За даними DOE, зусилля з підтримки розробки SMR наразі на розгляді ліцензування Комісією з ядерного регулювання (NRC) і, ймовірно, будуть розгорнуті наприкінці 2020-х – на початку 2030-х років. Щоб досягти цієї мети, необхідно розглянути технологічні розробки, ліцензування та регуляторні ризики. Експериментальні зусилля зараз проходять тестування, і в разі успіху вони можуть прискорити доступність SMR на внутрішньому та міжнародному ринках. SMR можуть бути доступні для інтеграції на місці в дата-центрах протягом десяти років.

За даними Our World in Data, вугілля створює 970 тонн парникових газів, що в 160 разів більше, ніж атомна енергія на гігават-годину електроенергії. Нафта — на 714 тонн більше викидів, тоді як природний газ — на 434 тонни більше, ніж ядерна енергія. У середньому сонячна та вітрова енергія також виробляють на 47 тонн і на 5 тонн більше, ніж атомна відповідно. Використання ядерної енергії може глобально прискорити декарбонізацію центрів обробки даних.

Атомні установки використовують значно менше землі, ніж інші джерела енергії, а SMR використовують ще менше. Хоча деяка кількість вуглецю може вироблятися під час виробництва ядерних реакторів, загальний вуглецевий слід залишається найнижчим у порівнянні з іншими джерелами електроенергії.

Виробництво та використання енергії є створеними людиною джерелами викидів забруднювачів повітря. Ці забруднювачі включають тверді частки, оксиди сірки та оксиди азоту, які потрапляють в атмосферу та погіршують якість повітря. Атомна енергетика не забруднює повітря, а це означає, що ЦОД можуть допомогти зберегти повітря чистим і вільним від шкідливих забруднюючих речовин.

Атомна енергетика має високу енергетичну потужність, тобто кількість електроенергії, яку генератор виробляє на максимальній потужності. Він також має високу щільність енергії, тому ядерні реактори виробляють велику кількість енергії з невеликою кількістю палива. Реактори також не залежать від погоди, щоб працювати належним чином. Ці високі рівні потужності, ефективності та узгодженості забезпечують стабільне та надійне живлення, що потрібне дата-центрам для забезпечення максимального часу безвідмовної роботи.

Нинішня кількість ядерних реакторів незначна. Частково це пов’язано з капітальними інвестиціями, необхідними для будівництва атомних станцій, тривалим часом розробки, поганим сприйняттям громадськістю ядерної безпеки та суворим регулятивним наглядом. Обмеження для ЦОД повинні бути знижені в міру розвитку ядерних технологій.

Хоча ядерні реактори не утворюють багато відходів, використане паливо є небезпечним для обслуговування та складним для звалища. Інструменти для переробки та повторного використання ядерної енергії все ще знаходяться на стадії розробки та тестування. Хоча SMR потребують набагато менше обслуговування та спеціальних знань для роботи порівняно з великими об’єктами, інфраструктура для центрів обробки даних недоступна.

Фінансування будівництва ядерного об’єкта – непросте завдання, тому лише найбільші центри обробки даних розглядають атомну енергетику. Крім витрат на будівництво, експлуатаційні витрати є високими через суворі протоколи та досвід високого рівня, необхідні для експлуатації ядерних реакторів.

Безпека має першочергове значення, тому для використання ядерної енергії потрібні чіткі та суворі стандарти. Власники ЦОД повинні дотримуватися цих політик і процедур. 

У 2024 році Amazon придбав у Talen Energy кампус дата-центру, що живиться від атомної електростанції. Ця угода доповнює її зусилля з використання безвуглецевої енергії для живлення центрів обробки даних AWS по всьому світу.

Public Service Enterprise Group вивчає потенціал прямих продажів електроенергії дата-центрам зі своїх атомних станцій, а Constellation може будувати передові реактори на існуючих заводах для енергопостачання ЦОД. Google також підписав угоду про співпрацю з корпорацією Nucor для надання передових ядерних проєктів онлайн.

Корпорація Майкрософт має нові вакансії, пов’язані з розробкою дієвих стратегій у сфері передової ядерної енергетики. Корпорація Майкрософт шукає людей, які б ініціювали плани SMR для живлення своїх центрів обробки даних.

Крім того, з 2014 року DOE інвестувало понад 600 мільйонів доларів США на підтримку розробки, ліцензування та розміщення дизайну NuScale SMR, його заводу-виробника та інших вітчизняних концепцій SMR. NRC сертифікував дизайн SMR NuScale у 2023 році, і очікується, що перший модуль запрацює до 2029 року.

Минулі аварії ядерних реакторів, такі як Чорнобиль чи Фукусіма залишили негативний слід на атомній енергетиці Сучасні проєкти передових ядерних технологій порівняно безпечніші.

Розробка Стандартів безпеки Міжнародного агентства з атомної енергії (МАГАТЕ) збігається з міжнародним консенсусом світових лідерів у галузі ядерної безпеки. Стандарти стосуються всіх аспектів безпеки під час експлуатації атомних електростанцій та регуляторної діяльності.

Реактори останнього покоління поступово вдосконалювалися порівняно з попередніми поколіннями, щоб захистити від усього, від розплавлення та аварій до помилок людини. SMR інтенсивно досліджуються і загалом вважаються безпечними. SMR покладаються на пасивні системи, які автоматично вимикаються в разі аварії або збою обладнання. Усі конструкції реакторів повинні пройти ретельні перевірки, схвалення та випробування, перш ніж вони будуть сертифіковані для отримання ліцензії.

SMR потребують незначного втручання операторів центрів обробки даних. Проте технічне обслуговування обладнання та утилізація ядерних відходів є необхідними, і ними повинні займатися сертифіковані спеціалісти. Дотримання строгих правил і протоколів безпеки може виявитися складним, але це необхідно для безпеки.