Ученые из Университета Аалто и Технического исследовательского центра Финляндии изучили, как будущие национальные дата-центры смогут интегрироваться в городские системы теплоснабжения и насколько реалистично их участие в снижении углеродных выбросов.
В двух финских городах Эспоо, где проживает около 310 тысяч человек, и Сейняйоки, население которого составляет примерно 66 тысяч человек, к 2030 году планируется построить центры обработки данных мощностью 100 МВт и 21 МВт соответственно. При этом, как подсчитали исследователи, тепло от объекта в Эспоо теоретически могло бы помочь полностью отказаться от угля, а в Сейняйоки – частично заменить торф, одно из наиболее углеродоемких топлив.
Чтобы проверить эти прогнозы и оценить экономическую и экологическую целесообразность проектов, ученые создали детальные компьютерные модели. Они учитывали почасовые цены на электроэнергию, стоимость топлива, налоговые режимы, температурные графики, а также структуру оборудования самих теплосетей. Это позволило оценить динамику теплогенерации, выбросов CO₂ и финансовых результатов при разных режимах работы дата-центров и коммунальной инфраструктуры.
Одним из ключевых факторов стала работа систем охлаждения. Оператор дата-центра может либо использовать градирню, которая просто выбрасывает тепло в атмосферу, либо включать тепловой насос, позволяющий передавать тепло в сеть. Но тепловой насос потребляет много электроэнергии, поэтому его запускают только тогда, когда это экономически оправдано. Теплосеть, в свою очередь, покупает тепло лишь в тех случаях, когда оно дешевле собственной генерации – биотопливных котельных, газовых установок или электрокотлов в часы низких цен на электричество.
Именно несовпадение этих интересов приводит к тому, что даже при налоговых льготах тепловые насосы работают не постоянно. Как показали результаты моделирования, в Эспоо удается утилизировать лишь 60-70% тепла дата-центра, а в Сейняйоки – около половины. При этом максимальное снижение выбросов CO₂ достигается только в сценариях, где теплосеть может купить все производимое тепло: в Эспоо это уменьшает суммарные годовые выбросы CO₂ со 155 до 140 тысяч тонн, а в Сейняйоки – с 12 до 4 тысяч тонн. Но такие режимы экономически неустойчивы: в часы высоких цен на электроэнергию дата-центр переключается на градирню, тогда как теплосеть как раз нуждается в дополнительном тепле и вынуждена запускать собственные более углеродоемкие установки.
Вместе с тем в Эспоо инвестиции в тепловой насос для дата-центра способны окупиться примерно за семь лет – приемлемый срок для инфраструктурного объекта. В Сейняйоки, напротив, низкие закупочные цены на тепло делают проект малорентабельным: срок окупаемости составляет 25 лет и превышает срок службы оборудования. В результате основная выгода от подключения дата-центров к теплоснабжению достается теплосетям, но их оптимальный режим работы не совпадает с условиями, при которых оператору дата-центра выгодно использовать тепловой насос.
Поэтому исследователи приходят к выводу, что одной только налоговой льготы для реализации такого амбициозного проекта недостаточно. Чтобы использовать весь потенциал утилизации тепла, необходимы долгосрочные контракты между дата-центрами и тепловыми компаниями, которые обеспечат предсказуемый сбыт тепла и компенсируют периоды, когда эксплуатация теплового насоса оказывается экономически неоправданной. Только такая совместная модель позволяет рассчитывать на значимое и устойчивое снижение выбросов CO₂
