Як Фінляндія збирає відпрацьоване тепло з центрів обробки даних
Коли фінський інженер Арі Курві приймає гарячий душ або вмикає термостат у своїй квартирі, він використовує відпрацьоване тепло 75-мегаватного датацентру, розташованого за 5 км від нього. Поки його комп'ютерні сервери обробляють терабайти цифрової інформації для підтримки відеодзвінків, автомобільних навігаційних систем і вебпошуку, складна система труб і насосів збирає відпрацьовану енергію і подає її до будинків у містечку Манцала на півдні Фінляндії. Про це розповідає Bloomberg.
З моменту запуску близько десяти років тому центр обробки даних забезпечує місто теплом. Минулого року він обігрів еквівалент 2500 будинків, що становить близько двох третин потреб Манцали, скоротивши витрати на електроенергію для мешканців і допомігши нівелювати екологічні проблеми, пов'язані з енергоємною обчислювальною інфраструктурою. Деякі з найбільших світових технологічних компаній зараз впроваджують рекуперацію тепла з центрів обробки даних.
Курві є одним з піонерів цієї нової технології: Працюючи інженером та менеджером проєктів у Hewlett Packard у 1980-х роках, він провів роки, працюючи зі штабелями обладнання, що гуділи в гарячих серверних кімнатах під час морозних фінських зим. Це змусило його замислитися над тим, що має бути хороший спосіб використати це марно витрачене тепло.
«Спочатку я зосередився на здоров'ї сервера. Я розумів, що тепло всередині шкідливе, але коли я сам виходив на вулицю, то потребував тепла, бо було холодно. Я дійшов цього простого розуміння: Є тепло, є холод, і, можливо, ми можемо чимось обмінятися», — каже Курві.
Вперше він застосував цю концепцію у 2009 році в центрі в Куопіо в центральній Фінляндії, де відпрацьоване тепло продавалося назад власнику будівлі. П'ять років по тому він розширив масштаби і очолив роботу на об'єкті Nebius Group NV, який опалює його будинок. Проєкт для Nebius, за його словами, став значним кроком вперед — вперше технологія була застосована в такому великому масштабі у Фінляндії, а можливо, і в усьому світі.
Зараз під Гельсінкі реалізується найбільший у світі проєкт із застосуванням технології рекуперації тепла. Корпорація Microsoft будує кластер центрів обробки даних, який після завершення будівництва має забезпечити теплом 40% Еспоо, другого за величиною міста Фінляндії. Це близько 100 000 будинків. Місцева вугільна теплоелектростанція вже закрилася, оскільки в ній більше немає потреби.
У травні та березні було оголошено про нові великі проєкти фінських датацентрів з використанням рекуперації тепла; інші приклади вже реалізуються у Швеції.
Жоден датацентр не є корисним для довкілля, але такі проєкти можуть допомогти пом'якшити їхній негативний вплив, оскільки попит на обчислювальні потужності зростає в усьому світі. Найбільші комерційні центри обробки даних — так звані гіпермасштабні об'єкти — можуть споживати електроенергії на рівні міста, переважна більшість якої виробляється із забруднюючих викопних видів палива. А зі зростанням використання штучного інтелекту їм знадобиться ще більше. За даними Goldman Sachs Group Inc., споживання електроенергії промисловістю в усьому світі збільшиться на 50% до 2027 року порівняно з 2023 роком, а звіт, опублікований Міжнародним енергетичним агентством у квітні, прогнозує, що попит на електроенергію з боку центрів обробки даних подвоїться до 2030 року.
«Якщо ми приймемо як даність, що центри обробки даних повинні існувати, що вони потрібні нам для наших дзвінків у Zoom, тоді нам потрібно знайти найкращі місця для них. Найкраще місце — це те, де можна утилізувати відпрацьоване тепло, а центр обробки даних може працювати на відновлюваних джерелах енергії», — сказала Веера Лайтикайнен, старша співробітниця місцевого органу влади, яка оцінювала вплив об'єкта Microsoft на довкілля.
Прохолодні технології
З холодним кліматом і енергосистемою, в якій переважають відновлювані джерела енергії — переважно гідроелектростанції, вітер і атомна енергія, — Скандинавський регіон став магнітом для технологічних компаній, які розміщують тут свої серверні ферми. Тут центри обробки даних часто можна охолоджувати звичайним зовнішнім повітрям, що зменшує споживання електроенергії. Ще однією перевагою є те, що регіональні ціни на електроенергію є одними з найнижчих у світі — приблизно вдвічі нижчими, ніж у Німеччині, одній з провідних країн для центрів обробки даних.
Але справжня цінність регіону знаходиться під землею, в десятках тисяч кілометрів ізольованих труб, які змійкою проходять під будинками та офісами. Багато міст Фінляндії покладаються на централізовані енергетичні системи, в яких центральна електростанція розподіляє пару або перегріту воду між окремими будівлями, кампусами або цілими районами. Цей принцип бере свій початок у Стародавньому Римі, але перші комерційні системи з'явилися в 19 столітті; сотні міст Північної Америки, включаючи Нью-Йорк, Бостон і Філадельфію, мають «парові райони» в активному використанні. (Вони є джерелом тих вражаючих шлейфів пари, які здіймаються над міськими вулицями, часто після дощу). Централізована енергетика також поширена в Європі та Азії.
Належна мережа централізованого теплопостачання може бути надзвичайно енергоефективною, особливо в поєднанні з інфраструктурою, яка вже генерує багато відпрацьованого тепла, наприклад, метрополітеном або великим центром обробки даних.
Ось як це працює в кампусі Microsoft: Тепла вода, приблизно 25°-35 °C, подається з центрів обробки даних до установки з утилізації відпрацьованого тепла, оснащеної трьома десятками теплових насосів типу «вода-вода». Насоси витягують тепло, відправляючи холодну воду назад до дата-центру, а воду температурою 86 °C — до двох великих електричних котлів. Вони нагрівають воду до 115 °C — достатньо гарячу, щоб її можна було подавати до системи централізованого теплопостачання.
Процес рекуперації тепла
Обіцянка підключитися до системи централізованого теплопостачання — це те, що привабило Microsoft побудувати свій флагманський об'єкт у лісистій місцевості неподалік від Гельсінкі. На цьому об'єкті, затиснутому між двома великими автомагістралями, буде розміщено 150 МВт ІТ-потужностей і працюватиме до 240 осіб, які обслуговуватимуть стоси серверів.
Хоча зараз це лише жвавий будівельний майданчик розміром з 70 футбольних полів, теплоутилізатор місцевої комунальної компанії Fortum Oyj вже збудований і буде готовий до експлуатації взимку.
«Ці центри обробки даних насправді є великими вентиляторами, що дозволяють дешево перетворювати електроенергію в тепло. Це рідкість легше виробляти електроенергію без викидів, ніж тепло без викидів», — сказав Кай Мікканен, мер міста Еспоо і колишній міністр клімату Фінляндії.
Повторне використання відпрацьованого тепла також означає відсутність необхідності інвестувати в електростанції, які спалюють біомасу або деревину. Наразі близько чверті тепла в місті виробляється з газу, а п'ята частина — з відновлюваних джерел. Теплові насоси та рекуперація тепла складають близько третини, а решта виробляється за допомогою електроенергії.
Підключення датацентру Microsoft до міської мережі централізованого теплопостачання допоможе до 2030 року ліквідувати викиди вуглекислого газу в системі.
«Це головне рішення для вуглецевої нейтральності нашої енергетики», — каже Мікканен.
За оцінками Microsoft, рекуперація відпрацьованого тепла відповідатиме приблизно 1% скорочення викидів, необхідного для досягнення мети Фінляндії щодо вуглецевої нейтральності.
Американська компанія не віддаватиме це надлишкове тепло безкоштовно, але Microsoft відмовилася розкривати деталі контрактів. За словами Fortum, для споживачів отримання тепла від постійного джерела, такого як центр обробки даних, має тенденцію утримувати ціни більш стабільними.
За словами Джона Саммерса, науковця шведського дослідницького інституту RISE, який публікує статті про центри обробки даних з 2010 року, утилізація відпрацьованого тепла з центрів обробки даних — це «найкраще, що можна зробити» з точки зору «зелених» сертифікатів.
«Це проєкт, який наносить на карту — в Брюсселі та Європі — можливість центрів обробки даних повторно використовувати відпрацьоване тепло. Такі інновації можуть поширюватися і надихати інші компанії», — сказала Гільда Аморозі, керівниця енергетичного підрозділу Microsoft в регіоні EMEA.
За прогнозами Брайана Вада Матісена, професора сталого енергетичного планування Ольборзького університету в Данії, до 2050 року, можливо, навіть раніше, обсяг тепла, що вироблятиметься центрами обробки даних в Європі, становитиме щонайменше 200 ТВт-годин на рік, що в чотири рази більше, ніж сьогодні.
«Звичайно, не все це тепло буде використано. Ви повинні ставити вимоги до центрів обробки даних, в ідеалі — з моменту їх будівництва», — каже він.
Недосконалий шлюб
Але попри весь потенціал технології, існують і обмеження. Величезна кількість електроенергії, яку споживають нові датацентри в Скандинавії, є надзвичайно суперечливою, а з електрифікацією всього, від важкої промисловості до приватних транспортних засобів, боротьба за електроенергію стане ще запеклішою. В Ірландії, де багато американських операторів відкрили свої магазини, центри обробки даних споживають близько 20% електроенергії країни, що викликає негативну реакцію з боку місцевих лідерів. Малочисельні центри обробки даних також конкурують за електроенергію з фабриками, які забезпечують більш значний економічний імпульс завдяки кількості зайнятих на них людей.
«Індустрія центрів обробки даних говорить про це так, ніби вони є постачальниками електроенергії, тому що вони постачають тепло, але вони споживають електроенергію, яку ми могли б використовувати для інших речей. Вони безсоромно вимагають електроенергії. Вони можуть запропонувати кілька робочих місць, але не так багато», — каже Софі Мархауг, членкиня норвезького парламенту.
Фінські політики також звертають на це увагу. У березні Міністерство фінансів запропонувало скасувати податкові пільги для центрів обробки даних, що коштуватиме галузі 30 млн євро на рік. Це призвело до того, що один проєкт у Пелло, фінська Лапландія, був відкладений після того, як девелопер, TLS Energy Oy, не погодився з потенційним 40-кратним збільшенням його рахунку за податок на електроенергію.
Також може виникнути географічна невідповідність між центрами обробки даних і системами централізованого теплопостачання, які, зазвичай, розташовуються в центральних містах, де ціни на землю вищі. За словами Петтера Егіля Рокке, який очолює відділ теплової енергії норвезького науково-дослідного інституту Sintef, розміщення центрів обробки даних глибоко в лісі, як, наприклад, гігантського центру Google на південь від Осло, в Норвегії створило перешкоди через відсутність споживачів поблизу.
Є приклади, які показують, що впровадження технології рекуперації тепла не є простим. Що стосується проєкту Microsoft у Фінляндії, то «на одному з трьох об'єктів, у Віхті, не було рекуперації відпрацьованого тепла, і наша оцінка з кліматичної точки зору була значно більш негативною через це», — сказав Лайтікайнен з місцевого управління з охорони навколишнього середовища.
Тим не менш, додавання технології уловлювання тепла до центрів обробки даних не робить проєкти корисними для клімату — воно просто робить їх менш шкідливими. У цьому сенсі для двох об'єктів, де буде утилізуватися відпрацьоване тепло, оцінка впливу на довкілля не виявила значної користі для клімату.
«Центр обробки даних не є благом для клімату», — сказала в інтерв'ю Реетта Суні, старший офіцер місцевої влади.
В інших країнах Скандинавії поєднання центрів обробки даних і централізованого теплопостачання розвивається повільніше.
Плани Meta Platforms Inc. щодо розширення свого дата-центру в данському Оденсе, який забезпечує теплом близько 7000 будинків, були заморожені у 2022 році, поки компанія переглядала свої плани розвитку. В іншій частині Данії компанія Apple Inc. оголосила у 2015 році, що тепло від серверів її центру у місті Віборг вартістю 1 мільярд доларів буде передаватися місцевій громаді через систему централізованого теплопостачання. Це ще не реалізовано, хоча місцева теплопостачальна компанія заявляє, що запуск послуги заплановано на 2027 рік.
Правила ефективності
На півдні Стокгольма, за чотириметровим парканом, компанія Conapto AB відкрила минулого року свій четвертий і найбільший центр обробки даних. Об'єкт потужністю 20 МВт подає свою надлишкову теплову енергію до міської системи централізованого теплопостачання, яка розподіляє її до 10 000 будинків.
«Ми, як галузь, повинні підвищити рівень нашої гри. У майбутньому сталий розвиток буде обов'язковою вимогою при обслуговуванні наших клієнтів», оскільки «клієнти зараз вимагають більш високих стандартів, а з боку ЄС існує більше регуляторних вимог», — сказав Стефан Нільссон, комерційний директор Conapto.
Він додав, що фірма не будуватиме жодного нового об'єкта у Стокгольмі без цієї технології.
Едвард Галвін, засновник компанії DC Byte, що займається дослідженням ринку, каже, що новий закон про ефективність у Німеччині, ймовірно, матиме навіть більший вплив, ніж нормативні акти Європейського Союзу. Згідно з ним, великі центри обробки даних, які відкриються у 2026 році, повинні використовувати 10% відпрацьованого тепла, а ті, що відкриються у 2028 році, — 20%. Попередній показник у 30% був знижений через заперечення з боку галузі.
Хоча початкова мета є досить легкою, «перевага законодавства полягає в тому, що воно створює абсолютно рівні умови для гри», — сказав Галвін.
Наразі ЄС поставив перед країнами-членами обов'язкову мету колективно скоротити кінцеве споживання енергії майже на 12% до кінця десятиліття порівняно з прогнозами, зробленими у 2020 році. Згідно з правилами, центри обробки даних потужністю не менше 500 кіловат повинні публічно ділитися ключовою інформацією, включаючи споживання енергії та використання води.
15 травня Європейська комісія має представити звіт з оцінкою того, чи будуть потрібні заходи для подальшого вирішення проблеми енергоспоживання в цьому секторі, включаючи мінімальні стандарти продуктивності.
Хоча Нільссон з Conapto каже, що фірма «не розбагатіє» від продажу надлишкового тепла, «це безпрограшний варіант для нас, наших клієнтів і громади», — сказав він.
У Фінляндії готується ще більше проєктів з рекуперації тепла. 25 березня компанія Polarnode оголосила про плани побудувати на сході країни центр обробки даних потужністю 150 МВт, який також буде підключений до мережі централізованого теплопостачання. За словами Міки Суомі, керівника операційного відділу, компанія обере замовника до серпня в рамках тендеру, який розпочнеться в наступному кварталі.
Хоча технологія все ще перебуває на стадії розробки, Курві, який зараз обіймає посаду директора з розвитку в компанії Hyperco, що займається нерухомістю, орієнтованою на центри обробки даних, задоволений тим, що його наполегливість поки що приносить свої плоди.
«У фінській мові є таке слово: sisu. Це слово важко перекласти, воно означає впертість, бажання щось зробити», — зауважує Курві.