Заброшенные шахты в Пенсильвании и переработка отходящего тепла могут сделать огромные новые дата-центры штата значительно более устойчивыми

(MENAFN- The Conversation) Электроэнергия, необходимая для питания новых дата-центров в Пенсильвании, уже находящихся на продвинутых стадиях планирования, могла бы обеспечить 11 миллионов домов — почти вдвое больше, чем общее число домохозяйств в штате.

Компании, желающие построить дата-центры для расширения своих облачных и искусственных интеллектуальных вычислений, привлекает Пенсильвания благодаря близости к крупным городам Восточного побережья, относительно доступной земле и электроэнергии, а также наследственной промышленной инфраструктуре. Например, планируется превратить заброшенную сталелитейную фабрику в Питтсбурге в высокоплотный дата-центр, который сможет использовать существующую инфраструктуру для электроснабжения и водоснабжения.

Если все дата-центры, находящиеся в стадии планирования, будут построены, их суммарная мощность составит около 13 гигаватт.

По мере того как в штате предлагаются новые проекты дата-центров, жители и политики задают важные вопросы: сколько энергии и воды потребляют эти дата-центры? И что можно сделать для управления их экологическим следом?

Как профессор архитектурного инженерного дела в Пенсильванском государственном университете, я сосредоточен на оптимальном проектировании и управлении систем охлаждения дата-центров. Я знаю, что ключ к минимизации негативных эффектов дата-центров — это охлаждение.

Дата-центры выделяют много тепла

Каждая единица потребляемой электроэнергии преобразуется в тепло, которое необходимо удалить и выпустить в окружающую среду. Системы охлаждения, включая чиллеры и охлаждающие башни, являются критически важной инфраструктурой.

Без эффективного охлаждения температура в вычислительных устройствах быстро достигнет опасных уровней, что вынудит системы отключиться. В ноябре 2025 года Чикагская товарная биржа столкнулась с крупным сбоем, когда система охлаждения одного из дата-центров вышла из строя. Это приостановило торговлю на несколько часов.

В настоящее время дата-центры составляют около 4,4% от общего потребления электроэнергии в США, и по прогнозам Лоренсберкли-Национальной лаборатории, к 2028 году эта доля может увеличиться до 6,7–12,0%.

Они также потребляли почти 211 миллиардов галлонов воды в 2023 году, большая часть которой связана с производством электроэнергии. В отдельных объектах охлаждение составляет около 40% общего потребления электроэнергии.

Эффективность охлаждения в Пенсильвании имеет важные последствия для потребления энергии, водных ресурсов и влияния на сообщества.

Проблемы охлаждения

Работы с искусственным интеллектом требуют высокой вычислительной мощности, что приводит к большему выделению тепла, которое необходимо удалять.

Традиционные системы воздушного охлаждения используют мощные вентиляторы и механические чиллеры, которые потребляют значительное количество электроэнергии.

В жаркое и влажное лето в Пенсильвании потребности в охлаждении дата-центров могут резко возрасти. Это увеличивает нагрузку на электросеть, требует дорогостоящих инфраструктурных обновлений, и стоимость часто делится со всеми пользователями, включая жителей, что вызывает вопросы справедливости.

Вода — еще одна проблема. Многие крупные объекты используют испарительные охлаждающие башни, потребляющие миллионы галлонов воды в день. В регионах, сталкивающихся с периодическими засухами или ограниченными водными ресурсами, это может создавать напряженность в местных сообществах.

Шум — третья, часто недооцениваемая проблема. Большинство жалоб от жителей, живущих рядом с дата-центрами, связаны не с серверами, а с системами охлаждения. Большие вентиляторы охлаждающих башен, воздуховоды на крышах и сухие охладители создают постоянный низкочастотный шум. Чиллеры и компрессоры добавляют вибрацию и тональный гул. В тихих сельских или пригородных районах — особенно ночью — этот постоянный звук может распространяться на удивление далеко.

Климат Пенсильвании создает как вызовы, так и возможности для охлаждения дата-центров. Холодные зимы могут поддерживать энергоэффективное охлаждение в течение части года. Однако жаркое и влажное лето ограничивают эффективность этих бесплатных стратегий охлаждения.

В то же время многие предлагаемые площадки расположены рядом с наследственной промышленной инфраструктурой, включая заброшенные угольные шахты, что может способствовать внедрению инновационных решений.

Преобразование тепла в возможности

Повышение эффективности охлаждения — это простой способ минимизировать негативное воздействие дата-центров.

В проекте Министерства энергетики США, над которым работала моя команда, мы продемонстрировали снижение потребления энергии на охлаждение на 74% в дата-центре в Массачусетсе. Это было достигнуто с помощью цифрового двойника дата-центра. Цифровой двойник — это виртуальное представление реальной системы. Используя его, мы смогли выявить и устранить различные неисправности системы охлаждения. Также мы использовали цифрового двойника для оптимизации управляющих параметров на основе нагрузки и погодных условий, чтобы обеспечить охлаждение с меньшим потреблением энергии.

Дополнительно, можно добиться большего экономии, интегрируя цифровых двойников с искусственным интеллектом, который может выполнять оптимальное управление охлаждением с минимальным участием человека. Этот концепт — я называю его «Искусственный интеллект для устойчивого ИИ» — направлен на снижение экологического следа систем, поддерживающих революцию ИИ. В настоящее время мы сотрудничаем с дата-центром Alerify в Харрисбурге для снижения его энергопотребления на охлаждение с помощью этой технологии.

Пенсильвания также обладает потенциалом для геотермального охлаждения благодаря заброшенным шахтам по всему штату. Например, подземный дата-центр Iron Mountain в западной Пенсильвании, примерно в часе езды к северу от Питтсбурга. Он расположен на глубине 220 футов в бывшей известняковой шахте. Стабильная и естественно прохладная подземная среда — около 11 градусов Цельсия (52 градуса Фаренгейта) — и подземное озеро снижают зависимость от традиционного механического охлаждения.

Помимо повышения эффективности, повторное использование отходящего тепла может изменить подход к дата-центрам. В Айдахо стартап использует тепло серверов для поддержки гидропонных теплиц для круглогодичного производства продуктов питания. В Париже избыточное тепло дата-центров согрело бассейны, используемые на Олимпиаде 2024 года, а один из дата-центров Meta в Дании обеспечивает теплом районную систему отопления, обслуживающую около 11 000 домов. В Колорадо Национальная лаборатория Рокки-Маунтин использует тепло от высокопроизводительных вычислительных систем для обогрева зданий и таяния снега.

Также есть возможности в пищевой промышленности и аквакультуре. В Норвегии отходящее тепло дата-центра используется для нагрева воды для наземного рыбоводства. Исследования показывают, что отходящее тепло дата-центров может также поддерживать процессы сушки кофе, фруктов и овощей.

Для экономической целесообразности эти решения часто требуют постоянного теплового спроса, расположенного рядом с дата-центром, что в некоторых случаях может быть недоступно.

Дата-центры, вероятно, будут играть все более важную роль в экономике Пенсильвании. Вопрос не в том, будут ли они потреблять энергию и выделять тепло — это неизбежно. Вопрос в том, будем ли мы проектировать их так, чтобы просто выпускать тепло в воздух и воду, или создавать системы охлаждения, позволяющие использовать его более устойчиво.

Читайте больше наших статей о Филадельфии и Пенсильвании или подпишитесь на нашу рассылку о Филадельфии на Substack.