Знаете ли вы, что обычный смартфон потребляет за год электроэнергии больше, чем среднестатистический холодильник? При этом с течением времени его аппетиты не только не уменьшаются, но стремительно растут. Между тем основным сырьём для получения электричества в мире остаётся каменный уголь, а он, как известно, относится к исчерпаемым и невозобновляемым природным ресурсам.

smref-02

В августе 2013 года компания Digital Power Group, специализирующаяся на консультациях по инвестициям, провела на средства Национальной ассоциации работников горной промышленности США (NMA) и Американской коалиции за экологически чистый уголь (ACCCE) исследование под названием «Облако начинается с угля: большие объёмы данных, большие сети, большая инфраструктура и большая мощность. Обзор электричества, используемого глобальной цифровой экосистемой». В ходе этой работы были получены довольно неожиданные и, увы, весьма неутешительные результаты.

Главный вывод исследования заключается в том, что мировая информационно-коммуникационная инфраструктура (Information Communication Technology, ITC), включающая в себя, помимо прочего, смартфоны, информационные терминалы и огромные «серверные фермы», использует всё большую и большую часть электроэнергии, вырабатываемой на планете. По данным главы Digital Power Group Марка Миллса, экосистема ITC уже отбирает почти 10% мирового электричества, или около 1 500 тВт•ч энергии в год. Для справки: один тераватт-час равен триллиону ватт-часов, чего достаточно для энергоснабжения целого города с населением 200 тысяч жителей в течение всего года. В 1985-м этого объёма электричества хватило бы для освещения всего земного шара.

Самый обычный смартфон потребляет в течение года около 361 кВт•ч, что больше норматива для современного холодильника, удовлетворяющего требованиям Energy Star и составляющего не более 322 кВт•ч. Уму непостижимо, но это факт! На еженедельный просмотр потокового видео в течение часа уходит в год больше электричества, чем потребляют два новых холодильника! Более того, трансляция потокового видео высокого разрешения требует больше электроэнергии, чем производство и доставка диска с этим фильмом!

smref-01

Почему так происходит? Всё дело в том, что значительная часть информационно-коммуникационной инфраструктуры работает постоянно, без каких-либо перерывов на обед и выходные. В отличие от люстры, телевизора или кондиционера, сетевое оборудование не выключается никогда. Многие ли из нас отключают мобильный телефон или беспроводной роутер на ночь? Все знают, что для экономии заряда батарейки смартфона нужно отключить модули Bluetooth и Wi-Fi, но мало кто задумывался, насколько много электричества в глобальном масштабе эти модули потребляют. Трудно даже представить, какая часть энергии, поставляемой в бытовые сети, расходуется исключительно на зарядку аккумуляторов телефонов, планшетов и других портативных гаджетов.

Число постоянно включённых сетевых устройств неуклонно растёт, и они требуют всё больше и больше электричества. С распространением облачных технологий к «облакам» подключается всё новые и новые устройства. В результате стремительно увеличиваются и сами «облака», для функционирования которых необходимо всё больше электроэнергии.

По оценкам Digital Power Group, объём интернет-трафика за один час скоро будет превышать таковой за весь 2000 год. Информационно-коммуникационная экосистема принципиально изменила всю структуру потребления электричества. При этом спрос на информационные технологии растёт не только за счёт желания потребителей посмотреть новое кино или получить доступ к каким-то данным, но и в связи с новой организацией других общественных процессов – от производства и здравоохранения до банковской системы и сельского хозяйства. Однако исторически спрос на информационные технологии всегда рос быстрее, чем их энергоэффективность, поэтому, учитывая тот факт, что требуемые объёмы электроэнергии для этого сегмента в ближайшее десятилетие удвоятся, уже прямо сейчас нужны беспрецедентные прорывы в области снижения энергопотребления и в мировой энергетике.

К счастью, в настоящее время объёмы выработки электричества в мире растут быстрее, чем спрос на него. Рост населения и экономики – движущие силы развития электроэнергетики. По прогнозу Exxon, в 2035 году мировое потребление электричества превысит потребление всех других видов энергии; в США это произошло ещё в 1995 году. И главная причина этого – именно развитие и повсеместное распространение информационно-коммуникационной инфраструктуры.

Людям требуется ограниченное число лампочек на квадратный метр, разумные объёмы еды и определённое количество бензина на заправку автомобиля. Но измерить потребность человека в информационных технологиях даже на самую ближайшую перспективу просто невозможно. Сегодня, когда традиционный интернет гиперссылок превращается в интернет вещей и то, что называют «облаком», ещё сложнее предположить, какой может быть реальный спрос на услуги передачи, хранения и обработки информации. Масштабы изменений сопоставимы с переходом от мейнфреймов к персональным компьютерам и от отдельных ПК к проводному интернету.

smref-03

Вместе с тем недостаточно знать энергопотребление только одного смартфона или планшета – необходимо оценивать всю информационно-коммуникационную экосистему, которая делает возможным полноценную работу всех этих устройств, включая доступ в «облака». Для включения лампочки не требуется поворачивать миллионы выключателей и включать ещё тысячи лампочек. Но когда вы собираетесь посмотреть потоковое видео с iPad, используется вся инфраструктура, физически расположенная в самых разных частях света. Никакая другая технология не работает таким образом: включая телевизор, вы не активируете никаких других приборов, заводя автомобиль, не включаете фары у всех окрестных машин.

Существует четыре главных потребителя электричества в рамках информационно-коммуникационной инфраструктуры: это «серверные фермы», то есть крупные дата-центры, хранящие, передающие и обрабатывающие данные (250–350 тВт•ч в год во всём мире); проводные и беспроводные сети различных типов, включая сотовые (250–600 тВт•ч); пользовательское оборудование (460–1 200 тВт•ч) и, наконец, заводы, на которых выпускается вся эта электроника (560–800 тВт•ч).

Отлично видно, что хотя «серверные фермы» потребляют огромное количество электроэнергии, но они сосредоточены в одном месте; на пользовательские устройства – смартфоны, планшеты, роутеры и телеприставки – приходится намного больше электричества, но при этом они рассеяны по площади всего земного шара.

Общее энергопотребление всей глобальной информационно-коммуникационной инфраструктуры в Digital Power Group оценивают в 1 100–2 800 тВт•ч. Столь значительный диапазон объясняется тем, что многие исследования проводились в «допланшетную эпоху», а предоставляемые предприятиями данные не отражают реального потребления. К тому же сумма может меняться в зависимости от того, какие устройства включать в расчёты: например, телевидение во многих странах переходит от эфирного распространение на кабельное, разные каналы доступны также и через интернет.

Между тем каменный уголь остаётся главным сырьём для выработки электроэнергии в мире: сегодня 40% электростанций работают именно на угле, а в ближайшие 20 лет доля угля вырастет, по прогнозам, до 50–60%. Доминирование угля (на втором месте – природный газ, на третьем – вода, на четвёртом – ядерная энергия) объясняется необходимостью удержания низкой себестоимости и тарифов, особенно для развивающихся стран, причём какие-либо приемлемые альтернативы, доступные в сравнимых объёмах, отсутствуют. Можно без преувеличения сказать, что «цифровая вселенная» и «облачные технологии» начинаются с угля.

smref-04

Однако уголь относится к исчерпаемым и невозобновляемым природным ресурсам, поэтому с ростом спроса на электроэнергию должна повышаться доля воспроизводимых ресурсов в качестве её источника. Но здесь возникает проблема доступности: в информационно-коммуникационной экосистеме энергия должна быть доступна именно в момент передачи информации. Традиционные электростанции, работающие на угле, газе или уране, действуют постоянно и обеспечивают 80–90-процентную доступность, в то время как, к примеру, доступность энергии ветра не превышает 20–30%. Строительство гидроэлектростанций также ограничено естественными природными особенностями.

Выводы неутешительны: в ближайшие 20 лет электростанции продолжат сжигать уголь, а воспроизводимые ресурсы будут использоваться лишь в качестве дополнения к этому основному источнику электроэнергии. Разрушительные аварии на атомных электростанциях не способствуют популярности такого способа производства энергии, и, скорее всего, такие станции и дальше будут выводиться из эксплуатации. Что же остаётся? Однозначного ответа всё ещё нет, зато пока ещё есть уголь.