Kevin Stocklin

16. 5. 2024

Obrovské požadavky datových center na elektřinu zatěžují rozvodnou síť do takové míry, která může v budoucnu vést k výpadkům proudu. Náklady na posílení sítě navíc nesou obyvatelé lokalit, kde se tato centra staví, což vyvolává odpor. Inovativní podnikatelé se proto snaží přenést centra pod hladinu moře.

Zatímco politika uhlíkové neutrality prosazovaná americkou vládou se snaží elektrifikovat dopravu, vytápění a všechny další podstatné věci, jeden z nejžhavějších růstových sektorů americké ekonomiky je také připraven exponenciálně zvýšit poptávku po elektřině. To vede k dalšímu zatěžování energetické infrastruktury, která je tlačena do červených čísel. 

Datová centra, takzvané „mozky internetu“, jsou průmyslové sklady plné serverů. Zpracovávají, komunikují a ukládají data všeho, od bankovních záznamů přes online prodeje a údaje ze sociálních sítí až po filmy na Netflixu a vaše osobní videa pro iPhone.

„Datová centra jsou nezbytná pro cloud computing a jeho schopnost poskytovat uživatelům vzdálený přístup k datům,“ uvádí zpráva Federálního rezervního systému z roku 2023 a cituje článek v Science, který centra nazývá „informační páteří stále více digitalizovaného světa“.

Mnoho analytiků chválí datová centra jako jeden z nejrychleji rostoucích sektorů realitního trhu, ovšem toto odvětví může brzy narazit na zeď, protože místní komunity kladou stále větší odpor vůči zdánlivě neukojitelné chuti tohoto odvětví po elektřině a vodě.

„Zatímco ostatní sektory komerčních nemovitostí zažívají pokles počtu inženýrských sítí, rozvoj datových center dosáhl historického maxima,“ uvádí lednová zpráva společnosti Newmark, poradenské společnosti v oblasti komerčních nemovitostí.

„Růst je však stále více omezován dostupností pozemků a elektřiny, problémy s dodavatelskými řetězci a zpožděním výstavby, nemluvě o rostoucím odporu některých místních jurisdikcí.“

Zpráva uvádí, že poptávku podporuje rychlý růst umělé inteligence (AI) a dalších digitálních technologií. V čele tohoto odvětví stojí giganti cloud computingu, jako jsou Amazon Web Services (AWS), Microsoft Azure, Google Cloud a Meta. Patří sem také digitální pronajímatelé, nazývaní co-location companies, kteří pronajímají úložný prostor třetím stranám. Patří mezi ně Equinix, Digital Realty a CyrusOne.

Poptávka datových center po elektřině se brzy zdvojnásobí

Datové sklady spotřebovaly v roce 2022 17 gigawattů elektřiny, tedy asi 4 % celkové spotřeby v USA. Předpokládá se, že se do roku 2030 se toto číslo zdvojnásobí na 35 gigawattů.

Eric Woodell, který je držitelem doktorátu věd v informačních systémech a komunikacích a je zakladatelem společnosti Amerruss, společnosti pro správu technologické infrastruktury, označil datová centra za „energetické vepře“.

„Ovšem nyní už není datové centrum pro aplikace AI jako vepřík, ale slon, co žije u vás na dvorku,“ řekl deníku The Epoch Times.

Woodell spravuje datová centra 25 let, dříve pro společnost Vanguard, druhého největšího správce aktiv na světě. Pouhých 10 stop čtverečních (0,93 m²) v průměrném datovém centru spotřebuje asi 10krát více elektřiny než průměrná domácnost, říká.

(Nahoře) Centrum pro sběr dat NSA v Utahu, v pozadí Salt Lake City, 17. března 2017. Datové centrum v hodnotě 1,5 miliardy dolarů je považováno za největší na světě. (Dole vlevo) Kabely a servery v počítačové místnosti v datovém centru v Saint-Ouen-l’Aumone ve Francii, 9. července 2021. (Dole vpravo) Google oznámil, že v roce 2022 spotřeboval 5,6 miliardy galonů vody (21,2 miliard litrů), především na chlazení svých datových center. (George Frey/Getty Images, Alain Jocard/AFP přes Getty Images)

„Zatímco konvenční datová centra už nyní spotřebovávají enormní množství energie, AI computing nepoužívá CPU [jednotky centrálního zpracování], ale systémy založené na GPU, protože GPU [jednotky grafického zpracování] jsou přizpůsobeny tak, aby lépe zvládaly složité matematické funkce. Má to ale háček: odebírají pětkrát až desetkrát víc energie než podobně vybavené systémy CPU,“ upozorňuje Woodell. 

Tento výrazný nárůst poptávky po elektřině zatěžuje síť, u které se v nadcházejících letech očekávají problémy s nedostatkem elektřiny a rutinní výpadky proudu. Je to způsobeno vyššími požadavky na síť v době, kdy energetické společnosti odstavují uhelné a plynové elektrárny při přechodu na větrnou a solární energii.

Podle únorové případové studie jedné velké regionální elektroenergetické společnosti PJM, od společnosti Quanta Technologies, bude příštích několik let představovat „přetížení zařízení, která povedou ke snížení zátěže až o 6 826 MW během průměrné zimní špičky“.

Odpojení zátěže (load shedding) znamená snížení dodávky elektřiny pro spotřebitele, známé také jako výpadky proudu neboli blackouty, aby se zabránilo kolapsu systému. „Analýza odhaluje očekávané přetížení 30 velkoobjemových přenosových zařízení (230 kV a více) v létě 2028 především kvůli vysokému nárůstu zatížení spojenému převážně s novými datovými centry,“ uvádí zpráva.

Muž posedává ve stínu, zatímco si jeho psi hrají pod vedením vysokého napětí v Redondo Beach v Kalifornii, 6. srpna 2020. Kalifornie v tomto roce nařídila plánované přerušení dodávek elektřiny kvůli vlně veder, která stát na několik týdnů postihla. (Apu Gomes/AFP přes Getty Images)

Je zvláštní, že vzhledem k tomu, že přechod na obnovitelné zdroje energie je zdánlivě bojem proti rostoucím teplotám, zpráva Quanta zjišťuje, že „poptávka po elektřině kulminuje méně v létě a více v zimě“. To je obzvláště znepokojivé, protože státy na západním pobřeží a na severovýchodě, které představují téměř jednu třetinu spotřebitelů zemního plynu v celých Spojených státech, zakazují vytápění plynem v nových domech, což nutí tyto domácnosti spoléhat se na elektřinu pro základní vytápění. 

Podle Woodella předpovídá PJM nárůst spotřeby nových datových center o 7 500 MW do roku 2028 a zároveň deaktivuje 11 100 MW energie z fosilních paliv, což ponechává mezeru 18,6 GW mezi novou poptávkou a zbývajícími rezervami v tomto sektoru.

Datové město

Podle Ryana Yonka, ekonoma z Amerického institutu pro ekonomický výzkum, datová centra celosvětově spotřebují asi tři procenta světové elektřiny. Tato spotřeba má tendenci být stálá a předvídatelná a sítě se mohou rozšířit, aby poptávku pokryly. 

Problémy však nastávají, když se centra soustředí v jediné oblasti, zejména pokud tato oblast přechází z fosilních paliv na obnovitelné zdroje.

Oblast pokrytá PJM a studií Quanta je významná, protože zahrnuje největší datový uzel na světě, kde se nachází asi polovina všech datových center v USA, přes které prochází odhadem 70 procent světového internetového provozu.

U každého, kdo hledá na Googlu nebo nakupuje na Amazonu, bude tato transakce pravděpodobně zpracována v lokalitě známé jako Data Center Alley, kde se nachází asi 150 datových skladů v okrese Loudoun v severní Virginii.

Data Center Alley se datuje do začátku 80. let 20. století, kdy na daném místě sídlila společnost America Online (AOL). Ta rychle přitáhla další díky své blízkosti k Washingtonu, výstavbě „nejhustší“ sítě optických vláken na světě, dodávce relativně levné elektřiny a místním daňovým pobídkám.

„Toto je oblast, kde chcete být, abyste se spojili se vším ostatním. V těchto datových centrech na sobě všichni staví. Musíte to brát jako jednu obří síť, která spolu komunikuje,“ vysvětluje listu Epoch Times Julie Bolthouseová, ředitelka územního odboru Piedmont Environmental Council (PEC).

„To, co se stalo od 90. let do současnosti, je, že jsme je mnohonásobně zvětšili. Přešli jsme z malé budovy, která byla součástí většího obchodního kampusu a měla pouhých pět megawattů, do těchto hypervelkých budov typu skladu, které mají nyní 200 000 čtverečních stop (1 858 m²) a spotřebovávají až 90 megawattů na budovu,“ konstatuje Bolthouseová. 90 megawattů představuje podle zprávy PEC spotřebu elektřiny pro asi 22 000 domácností.

Síť datových center v severní Virginii se v roce 2022 rozšířila o lokalitu nazvanou Digital Gateway, což je klastr nemovitostí o velikosti zhruba jako Digital Alley, který se nachází v nedalekém okrese Prince William. Tato nová výstavba zahrnuje 37 budov a 14 rozvoden o velikosti 200 000 čtverečních stop, popisuje Bolthouseová s tím, že další výstavba v oblasti bude následovat. 

Současná a budoucí datová centra by zvýšila spotřebu elektřiny o více než 20 GW, uvádí PEC ve zprávě. V současné době je celková spotřeba ve špičce v tomto regionu 23 GW, což znamená, že datová centra v severní Virginii by téměř zdvojnásobila místní poptávku po elektřině srovnatelnou se spotřebou asi 5,5 milionu domácností.

Návštěvníci pláže se 6. srpna 2022 procházejí poblíž větrných turbín podél pobřeží Pingtanu v provincii Fujian v jižní Číně. (Ng Han Guan/AP Photo, File) 

Problém pro místní komunity spočívá v tom, že jakmile obec schválí výstavbu, musí elektrárenská společnost vybudovat nové zařízení pro výrobu energie a rozvodnou síť, které bude tuto elektřinu doručovat na své místo. Náklady na tuto novou infrastrukturu z velké části nese komunita ve formě vyšších účtů za elektřinu pro všechny poplatníky.

„Když každý měsíc platíme účty za elektřinu, dáváte obrovskou dotaci mnohamiliardovým společnostem jako Amazon, Google, Microsoft a Apple,“ uvádí zpráva PEC.

Výsledkem je, že datová centra stále častěji čelí odporu místních obyvatel. Jednou z aktivistických organizací, která proti výstavbě datových center lobuje, je Virginia Data Center Reform Coalition. Sdružuje 40 různých neziskovek včetně sdružení vlastníků domů, spolků na ochranu přírody, skupin na ochranu historických památek a klimatických aktivistů. Tato organizace, ve které působí i Bolthouseová, usiluje o přijetí lokálních předpisů, které expanzi datových center zpomalí nebo zastaví.

Hledání nových míst 

V důsledku toho začali developeři hledat půdu, levnou elektřinu a dostatek podzemní vody jinde. Cílová místa zahrnují Atlantu ve státu Georgie a Columbus v Ohiu. Město Cheyenne ve Wyomingu také schválilo významný rozvoj datových center. 

Developeři datových center hledají lokality i v zahraničí. BBC v červnu 2023 uvedla, že datová centra spotřebovávají asi pětinu veškeré elektřiny v Irsku, což je ekvivalent spotřeby všech městských oblastí v zemi. Spotřeba elektřiny těmito datovými sklady vzrostla v Irsku od roku 2021 do roku 2022 o 31 procent a od roku 2015 o 400 procent, uvedla BBC.

Před ruskou invazí na Ukrajinu se v jednu chvíli dokonce uvažovalo o umístění datových center v mrazivých částech Ruska, jako je Sibiř. Na některých místech je tu totiž dostatek elektřiny z jaderných zdrojů, podotýká Woodell. 

Podle něj dojde v blízké době k nějaké formě regulace, protože elektrické společnosti v rostoucím počtu zemí začínají mít problémy s uspokojením běžné poptávky po energii. Tento problém bude patrný zejména s přechodem z fosilních paliv, jako je uhlí, na obnovitelné zdroje a zvyšovanou elektrifikací spojenou s plněním klimatických cílů. 

„Myslím, že nakonec budou moratoria. V Evropě a Velké Británii v podstatě zavedli moratoria na jakékoli nové stavby datových center, protože prostě není dostatek energie,“ říká Woodell. Odčerpávání místních zdrojů se ale týká nejenom elektřiny, nýbrž i vody. 

Protože datová centra soustřeďují značné množství energie do malého prostoru a generují více tepla, než dokáže zmírnit samotné chlazení vzduchem, musí spotřebovávat obrovské množství vody, aby se servery nepřehřívaly.

Tento obrázek nemá vyplněný atribut alt; název souboru je id5631734-gettyimages-1180870108.webp.
Nové datové centrum Facebooku ve výstavbě v Eagle Mountain v Utahu, 7. listopadu 2019. Areál má rozlohu dvou čtverečních kilometrů. (George Frey/AFP přes Getty Images) 

Google například uvedl, že v roce 2022 spotřeboval 5,6 miliardy galonů vody (21,2 miliard litrů), především na chlazení svých datových center. To byl 20procentní nárůst oproti roku 2021. Zpráva Fedu uvádí, že odvětví datových center se v roce 2021 zařadilo mezi 10 odvětví s největším odběrem vody.

Podvodní datová centra

Podle Owena Williamse, hlavního technického ředitele Subsea Cloud, výrobce podvodních datových „podů“, když se elektřina použije do průmyslového stroje, auta nebo letadla, tato energie se přemění na fyzický pohyb nebo „práci“. 

„Když ale mluvíte o datových centrech, v počítači se absolutně žádná práce neodehrává. A když elektřina proudí do stroje a v tom stroji neprobíhá žádná práce, každý kousek energie, který jde dovnitř, musí znovu vyjít ven jako teplo,“ líčí Williams. 

„Sto procent energie, kterou pustíte do serveru, z něj musí být odvedeno. Pokud ho necháte nahromadit, v podstatě shoří, takže s rostoucí hustotou počítačů se poptávka po odstranění tohoto tepla stala extrémní,“ pokračuje. 

Podle něj kromě elektřiny použité k napájení počítačů je k jejich chlazení zapotřebí v průměru dalších 40 procent. To představuje dodatečnou zátěž pro elektrické sítě a vede ke spotřebě obrovského množství vody. 

Společnosti jako Microsoft, Subsea Cloud a někteří čínští konkurenti věří, že našli řešení tohoto problému: umístit datová centra do modulů, které se potopí do moře. Tyto společnosti vyvinuly nové technologie, díky nimž lze uložit datová centra do pobřežních vod, stovky metrů pod povrchem.

Grafické vyobrazení modulu podmořského datového centra od společnosti Subsea Cloud. (screenshot z webu Subsea Cloud)

Normální provozní teplota počítačového čipu je nad 70 stupňů Celsia, takže i v tropických vodách „máte stále rozdíl mezi vodou a čipem, který je tak velký, že se toto teplo přenese pryč z čipů, aniž by na to byla vynaložena jakákoli energie,“ říká Williams.

Nicméně tam, kde Microsoft zkonstruoval datové nádrže s 12 centimetrů tlustými ocelovými stěnami, aby zabránil hlubinnému tlaku v rozdrcení konstrukce, Subsea Cloud plní své moduly patentovanou nekorozivní kapalinou, v níž mohou pevné disky fungovat. To plní dvě funkce.

Zakladatel a generální ředitel Stimergy Christophe Perron pózuje v Paříži před „digitálním bojlerem“ své společnosti instalovaným na městském koupališti, které využívá jeho teplo, 18. dubna 2018. (Eric Piermont / AFP Getty Images) 

„Zaprvé velmi efektivně přenáší teplo a zadruhé udržuje tlak uvnitř modulu, který je stejný jako venku,“ objasňuje Williams. To vyžaduje, aby stěny podmořských podů byly silné pouze půl centimetru.

I když bylo potřeba digitální společnosti trochu přesvědčovat, aby zvážily podvodní alternativu, poptávka po podmořských modelech je v tuto chvíli obrovská, pochvaluje si podnikatel a dodává: „Máme velké štěstí, že jsme v bodě, kde s námi mluví velmi velké společnosti – a také vlády.“ 

Ponorné datové moduly mohou pomoci snížit nároky na půdu, elektřinu a vodu, které jsou potřeba k nasycení rostoucí poptávky datových center, nicméně i tak bude globální datový průmysl ke svému růstu stále potřebovat obrovské množství elektřiny, což bude nadále zatěžovat rozvodnou síť. 

Podle Woodella bude muset průmysl digitálních technologií jednoho dne buď vynalézt nové a efektivní způsoby zpracování dat, nebo čelit praktickým a regulačním překážkám dalšího růstu.

Článek původně vyšel na stránkách americké redakce Epoch Times. 

Epoch sdílení

Facebook
Twitter
LinkedIn
Truth Social
Telegram