Reactoarele Modulare Mici, viitorul industriei data center în epoca GenAI
Inteligența Artificială Generativă (GenAI) consumă mult mai multă energie decât anticipau dezvoltatorii, riscând să tensioneze rețelele energetice globale, avertiza Sam Altman, CEO-ul OpenAI, compania din spatele ChatGPT, la începutul anului, în cadrul Forumului Economic Mondial de la Davos. Această declarație este corelată cu datele companiei de cercetare Omdia, care arată că, doar în al doilea trimestru al anului 2023, Nvidia a livrat peste 300.000 de unități GPU H100 pentru aplicații AI și calcul de înaltă performanță (HPC). Totodată, conform Google, costul total al antrenării modelului Google Gemini Ultra s-a ridicat la 191 de milioane de dolari, mare parte din sumă fiind legată de consumul de energie. Pe aceste considerente, majoritatea analiștilor consideră că în următorii ani consumul de energie electrică al centrelor de date va crește considerabil, o analiză a Goldman Sachs Research indicând un plus de 160% până în 2030.
Care este soluția pentru viitor? Sam Altman consideră că pe măsură utilizarea Inteligenței Artificiale se generalizează consumul energetic nu va mai putea fi susținute de rețelele energetice tradiționale ci doar prin noi descoperiri și investiții în fuziunea nucleară. Giganții industriei au ajuns la aceleași concluzii și investesc tot mai mult în energia nucleară și în Reactoarele Modulare Mici (în engleză, Small Modular Reactor – SMR), pe care le consideră singura soluție care poate rezolva inclusiv noile cerințe de sustenabilitate.
Ce sunt Reactoarele Modulare Mici
Reactoarele Modulare Mici (Small Modular Reactors – SMR) sunt un tip de reactor nuclear inovativ, de dimensiuni mai mici decât reactoarele nucleare tradiționale, concepute pentru a fi produse în fabrici și asamblate la fața locului. Designul modular permite producția în serie a componentelor, ceea ce poate reduce costurile și timpul de construcție. Unitățile pot fi asamblate la fața locului și integrate pentru a forma centrale nucleare de capacitate variabilă. SMR-urile sunt proiectate cu multiple caracteristici de siguranță intrinseci, ceea ce înseamnă că sistemele de răcire și control sunt integrate în designul reactorului pentru a reduce riscul de accidente grave. Unele SMR-uri utilizează sisteme pasive de răcire, care nu necesită intervenția umană sau alimentare cu energie externă pentru a preveni supraîncălzirea în caz de avarie.
SMR-urile au o capacitate energetică maximă de până la 300 MW(e), adică aproximativ o treime din capacitatea de generare a reactoarelor nucleare tradiționale, și pot produce 7,2 milioane kWh pe zi, potrivit Agenției Internaționale pentru Energie Atomică. Reactoarele Modulare Mici pot folosi diferiți agenți de răcire (inclusiv apă ușoară, metal lichid sau sare topită) și utilizează reacțiile de fisiune nucleară pentru a genera căldură care poate fi utilizată ca atare sau pentru generarea de energie electrică. O centrală nucleară dedicată unui centru de date va fi compusă dintr-un rezervor mare din oțel inoxidabil, care va conține SMR-ul. Rezervorul va fi amplasat în pământ, la cca 15 metri adâncime, centrul de date fiind construit deasupra și în jurul acestuia, în viziunea Oklo, companie americană dezvoltatoare de SMR-uri, susținută de același Sam Altman.
Avantajele Reactoarelor Modulare Mici
- Dimensiune redusă, design modular. SMR-urile sunt mai mici, pot fi construite aproape complet în fabrică și instalate on-site, chiar și în zone nepotrivite pentru centralele nucleare mari. Amprenta mică la sol permite maximizarea utilizării terenului.
- Costuri inițiale și timp de construire reduse datorită independenței față de locația finală, spre deosebire de reactoarele de mare putere, care sunt proiectate la comandă pentru un anumit amplasament, ceea ce prelungește timpul de construire.
- Siguranță sporită. SMR-urile sunt considerate mai sigure datorită designului simplificat și caracteristicilor de siguranță pasivă (nu depind de intervenția umană, alimentare electrică sau sisteme mecanice active). Anumite SMR-uri sunt proiectate pentru a opera până la 30 de ani fără necesitatea de realimentare, ceea ce reduce accidentele cauzate în timpul transportului combustibilului nuclear.
- Numărul de SMR-uri poate fi ajustat în funcție de cerințele de energie ale centrului de date, oferind o soluție flexibilă și adaptabilă.
- Beneficii de mediu. Utilizarea SMR-urilor poate ajuta centrele de date să își atingă obiectivele de sustenabilitate, să reducă emisiile de carbon și să mențină o amprentă la sol redusă, pentru a evita taxele care penalizează practicile nesustenabile.
Provocări și dezavantaje
- Deșeurile radioactive. SMR-urile generează deșeuri nucleare care trebuie gestionate cu grijă, deoarece rămân radioactive timp de mii de ani, necesitând soluții de stocare pe termen lung. În California, compania Oklo, care susține că are un design de SMR pregătit pentru faza de producție, răspunde acestor îngrijorări. Potrivit reprezentanților Oklo, compania gestionează deșeurile prin reciclarea combustibilului nuclear , iar noile reactoare sunt concepute pentru a se auto-regla și sunt prevăzute cu sisteme de răcire autonome, evitându-se astfel riscurile de topire.
- Provocări de reglementare. Procesul de autorizare și reglementare este adesea lung și costisitor, necesitând ani de evaluări pentru a asigura siguranța și eficiența. Acest lucru poate întârzia implementarea tehnologiei pe scară largă. Îngrijorările privind potențialele accidente și impactul pe termen lung al deșeurilor radioactive pot genera opoziție și întârzieri suplimentare.
- Provocări de aprovizionare. Stabilirea unor lanțuri de aprovizionare cu uraniu și gestionarea combustibilului de uraniu puternic îmbogățit adaugă noi dificultăți.
- Costuri și planificare. Deși SMR-urile sunt mai economice decât reactoarele mari, implementarea și integrarea lor necesită planificare și investiții considerabile. Doug Parr, om de știință în cadrul Greenpeace UK, organizație care se opune utilizării energiei nucleare, susține că estimările optimiste privind costurile sunt nerealiste iar operatorii de centre de date vor renunța la SMR-uri când vor apărea estimările de costuri revizuite, care le vor face mai puțin competitive în comparație cu sursele de energie regenerabilă.
Investiții masive sunt deja în curs
Operatorii de centre de date, și nu numai, investesc deja milioane de dolari pentru a accesa energia nucleară.
- SUA a anunțat, în 2022, investiții în valoare de 14 milioane de dolari pentru proiectarea unei centrale cu SMR în România (Doicești, Dâmbovița). Proiectul va fi finalizat în 2027-2028, iar centrala va avea 6 module, o putere instalată de 462 Mwe (ar putea alimenta 46.200 gospodării) și 193 de angajați permanenți, potrivit Europa Liberă România. Acest prim SMR din Europa va fi construit prin parteneriatul dintre NuScale Power, una dintre cele mai avansate companii din domeniu și prima care a obținut aprobarea de proiectare din partea Comisiei de Reglementare Nucleară din SUA în 2020, și Nuclearelectrica.
- Operatorul de centre de date Standard Power va folosi SMR-urile NuScale pentru a construi două centrale nucleare în Ohio și Pennsylvania, pentru a furniza aproape 2 GW de energie pentru centrele de date din apropiere până în 2029. Similar, Green Energy Partners plănuiește să utilizeze până la 6 SMR-uri pentru alimentarea a 30 de centre de date.
- Google ia în considerare semnarea unui contract de achiziție de energie electrică (PPA) cu dezvoltatori de reactoare modulare mici (SMR). Directorul global pentru energie curată al Google, Maud Texier, a comparat costurile dezvoltării/implementării tehnologiei nucleare actuale cu echivalentul costurilor pentru energie eoliană și solară în urmă cu 15 ani, sugerând că reducerea costurilor va veni, pe termen lung. Google a semnat recent un acord cu Microsoft și Nucor pentru a accelera adoptarea de tehnologii avansate de energie curată, inclusiv energie nucleară.
- Microsoft a încheiat acorduri PPA cu Helion Energy pentru a primi energie obținută prin fuziune nucleară începând cu 2028. Fuziunea nucleară, spre deosebire de fusiune, nu produce deșeuri radioactive și este considerată o tehnologie mai avansată, deși în prezent există doar în stadiu teoretic. În octombrie 2023, Microsoft a scos la concurs un post de „Manager principal de program, tehnologie nucleară”, un rol care presupune conducerea și implementarea unei strategii mondiale pentru reactoarele modulare mici (SMR) și microreactoare.
- Amazon (AWS) a cumpărat un mare centru de date în SUA, situat lângă a șasea cea mai mare centrală nucleară a țării (deținută de Talen Energy), care îi furnizează 100% din energia necesară, la un preț fix.
- Sam Altman (OpenAI) a investit 375 de milioane de dolari în Helion Energy, companie de pionierat în fuziunea nucleară. În plus, el este președintele startup-ului Oklo, dezvoltator de SMR-uri. Equinix, de exemplu, a făcut o plată în avans de 25 de milioane de dolari către Oklo pentru a achiziționa până la 500 MW de energie nucleară.
- Bill Gates, prin compania sa, TerraPower, a demarat în iunie, în Wyoming, SUA, lucrările de construire pentru un reactor nuclear pe bază de sodiu, o variantă experimentală care promite să fie de 25 de ori mai ieftină decât fisiunea nucleară tradițională. Acesta este primul proiect de reactor nuclear fără apă ușoară care intră în faza de construcție, potrivit companiei.
- Rolls-Royce (Marea Britanie) dezvoltă un SMR cu o putere de 470 MW, iar compania își propune să creeze module care pot fi fabricate și asamblate rapid în locații multiple. În prezent, instituțiile de reglementare din Regatul Unit analizează proiectul din punct de vedere al normelor de siguranță.
Statele Unite, Marea Britanie și Canada sunt printre țările cele mai avansate în dezvoltarea tehnologiei SMR. Uniunea Europeană vine din urmă, intenționând să își mărească capacitatea de energie nucleară până în 2050, prin implementarea unei flote de SMR-uri. Între timp, Rusia și China sunt singurele state care au reactoare modulare mici deja funcționale (KLT-40S, HTR-PM), din 2019, respectiv 2023, deși performanțele energetice raportate au fost slabe, din motive încă necunoscute.
Un ultim obstacol pentru dezvoltatorii de SMR-uri rămâne standardizarea internațională a licențierii, un factor esențial pentru adoptarea la scară largă. Fără o abordare unificată la nivel global, dezvoltatorii se vor confrunta cu provocări semnificative în navigarea diferitelor reglementări naționale, ceea ce va încetini progresul și implementarea acestor tehnologii promițătoare. Prin urmare, colaborarea internațională în stabilirea unor standarde comune de licențiere este crucială pentru a facilita adoptarea Reactoarelor Modulare Mici, care promit să devină viitorul industriei data center.
Surse utilizate în articol:
- https://www.datacenterknowledge.com/next-gen-data-centers/welcome-to-the-era-of-the-nuclear-powered-data-center
- https://english.elpais.com/technology/2024-04-30/why-data-centers-want-to-have-their-own-nuclear-reactors.html#
- https://romania.europalibera.org/a/centrala-nculeara-doicesti/31917155.html
- https://www.bbc.com/news/business-68238330
- https://www.datacenters.com/news/the-data-center-industry-s-transition-to-nuclear-power
- https://www.powerelectronicsnews.com/industry-examines-nuclear-energy-to-power-data-centers-and-ai-workloads/
- https://www.lastenergy.com/blog/smrs-colocation-data-centers
- https://world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/nuclear-power-reactors/small-nuclear-power-reactors