Por Dan Yurman, editor de Neutron Bytes, un boletín que cubre en línea la industria mundial de la energía nuclear comercial desde 2007
A finales del mes pasado, escuchamos informes no confirmados de que Microsoft y OpenAI planean construir una supercomputadora 'Stargate' de 100 mil millones de dólares que requeriría 5 GW de energía eléctrica cuando esté terminada en algún momento de la década de 2030.
Se espera que el proyecto dependa de reactores nucleares para generar la energía necesaria para las computadoras del sitio. El informe de la prensa especializada cita una fecha de lanzamiento en 2028 para comenzar a trabajar en la instalación.
Este es un gran proyecto y conlleva un montón de preguntas sobre su viabilidad. A continuación se presentan las preguntas y algunas respuestas plausibles.
¿Quién construirá 5 GW de capacidad de generación nuclear?
Por más grandes que sean, ninguna de las principales plataformas de TI, como Microsoft, Google o Amazon, se meterá en el negocio de construir 5 GW de reactores nucleares o reactores nucleares de cualquier tamaño. La principal forma de acceso a la energía nuclear para estas empresas será a través de acuerdos de compra de energía con empresas de servicios nucleares.
Microsoft ya ha adoptado este enfoque con Constellation, y Amazon compró directamente un centro de datos debido a su relación con una empresa de servicios nucleares en Pensilvania.
Ninguno de estos acuerdos tiene la escala necesaria para proporcionar 5 GW de energía. ¿Quién o qué organización/empresa estaría en condiciones de aceptar compromisos de Acuerdos de Compra de Energía (PPA) para construir a esta escala?
El problema de la formación de capital para cualquier empresa de servicios públicos o de propiedad estatal para construir 5GW de capacidad de generación nuclear es del orden de 30.000 a 40.000 millones de dólares por 5GW de energía nuclear. El plazo para su finalización es de al menos una década, y eso es sólo para la potencia. Se necesitaría un cronograma, un paquete de financiamiento y un proyecto de construcción completamente separados para construir el centro de datos.
Hasta ahora, a nivel mundial, sólo hay unos pocos ejemplos de nuevas construcciones nucleares a esta escala: en Rusia, Akkuyu en Turquía, El Daaba en Egipto (los dos últimos son cuatro unidades de 1.200 MW cada una o 4,8 GW). Y luego está China, que está construyendo simultáneamente plantas de energía nuclear de escala comercial de 30 GWe, compuestas por múltiples reactores de más de 1.000 MW.
No hay forma de que Microsoft o cualquier otra plataforma de TI occidental aloje sus centros de datos de inteligencia artificial ubicados en China continental, donde está prohibido enviar los últimos chips. Existe una barrera similar para considerar centros de datos vinculados a plantas de energía nuclear construidas en Rusia.
Los Emiratos Árabes Unidos (EAU) han construido y puesto en funcionamiento 5,6 GW de capacidad de generación nuclear (cuatro unidades de 1,4 GW cada una). Los Emiratos Árabes Unidos celebraron un contrato con un consorcio de empresas surcoreanas. Se tardó más de una década en completar las cuatro unidades de 1,4 GW en los Emiratos Árabes Unidos, a un costo de alrededor de 30 mil millones de dólares. La cuarta unidad acaba de entrar en servicio fiscal este mes. La primera unidad comenzó a construirse en 2012.
En el Reino Unido y Francia, la empresa estatal francesa EDF está construyendo múltiples reactores nucleares de 1,6 GW y cada uno de ellos sufre graves aumentos de costos y retrasos en los cronogramas. Entre ellos se incluyen los proyectos Hinkley Point y Sizewell en el Reino Unido y el proyecto Flamanville en Francia. La empresa estatal acaba de someterse a una importante reorganización en un esfuerzo por agilizar su camino hacia la construcción de ocho nuevos reactores en Francia para iniciar el proceso de sustitución de la actual y envejecida flota de centrales eléctricas del país. Evidentemente, EDF tiene el plato lleno.
En Estados Unidos, Westinghouse completó con éxito la construcción de dos reactores comerciales AP1000 de 1.150 MW en el sitio de Vogtle en Georgia, pero entregó los dos reactores con siete años de retraso y 17 mil millones de dólares por encima del presupuesto.
Associated Press informó que los costos y retrasos de Vogtle podrían disuadir a otras empresas de servicios públicos estadounidenses de construir plantas nucleares, a pesar de que generan electricidad sin liberar emisiones de carbono que modifican el clima.
Un proyecto separado y similar de Westinghouse en Carolina del Sur fracasó, lo que llevó a la empresa a buscar protección por quiebra. El proyecto fallido dejó a los contribuyentes de Carolina del Sur con la bolsa de $9 mil millones en costos. La culpa por el fracaso del proyecto VC Summer, los AP1000 gemelos, resultó en varias condenas por delitos graves de ejecutivos de la empresa de servicios públicos por sus funciones.
En el extranjero, Westinghouse firmó un acuerdo con el gobierno de Polonia para construir seis AP1000 (6,9GW) en ese país. Sin embargo, la financiación del proyecto por parte del gobierno polaco sigue siendo un trabajo en progreso. Westinghouse y su socio Bechtel Corp. declinaron tomar una participación accionaria en el proyecto. Westinghouse está involucrada en un acuerdo similar en Bulgaria para dos AP1000 y enfrenta desafíos similares para financiarlo. La empresa también es postora para construir un nuevo reactor para CEZ, la empresa estatal de servicios públicos de la República Checa.
¿Dónde podrían construirse el centro de datos y los reactores estadounidenses?
Estados Unidos tiene varios sitios que anteriormente fueron considerados para nuevos reactores nucleares.
Por ejemplo, Duke Power consideró en un momento construir AP1000 gemelos en Florida (Condado de Levy), Carolina del Sur (Wm States Lee) y Carolina del Norte (Shearon-Harris) para un total de seis reactores y 6,9 GWe de potencia.
Por otra parte, en todo Estados Unidos hay más de una docena de proyectos de energía nuclear planificados que solicitaron u obtuvieron licencias de la NRC y que nunca se construyeron. Uno o más de ellos podrían ser candidatos para proyectos de energía nuclear para alimentar centros de datos.
¿Debería Microsoft construir todo el centro de datos en un solo sitio?
Una pregunta que Microsoft podría considerar es si ensamblar los 5GWE necesarios de capacidad de generación nuclear a través de una red de plantas de energía de 1GWe en lugar de construir un solo sitio con todos los 5GW de energía.
Dados los requisitos de capital necesarios para financiar el centro de datos y los reactores nucleares que lo alimentarán, una alternativa sería construir cinco centros de datos separados de 1 GW con el tiempo. Dado que Microsoft es una empresa global, un enfoque más eficiente podría ser construir las cinco unidades en diferentes partes del mundo en lugar de en un solo lugar.
Este enfoque distribuiría el riesgo de formación de capital, atraería a más inversores país por país y acortaría el tiempo de finalización para tener 5 GW de energía nuclear y capacidad de procesamiento de datos disponibles. La razón es que las cinco instalaciones conjuntas de datos y energía en diferentes partes del mundo podrían tener fechas de inicio más cercanas entre sí. Los países candidatos incluyen el Reino Unido, Francia, Suecia, Finlandia, Polonia, Rumania, la República Checa, India y Corea del Sur.
India es de particular interés ya que NPCIL cambió recientemente una política de larga duración y ahora permitirá que empresas privadas financien nuevos reactores. India está construyendo una flota de PHWR de 700 MW de diseño nacional. Según la Asociación Nuclear Mundial, NPCIL pretende crear cinco "parques de energía nuclear", cada uno con capacidad para albergar hasta ocho reactores de nueva generación de 1.000 MWe cada uno.
Sin embargo, existen desafíos con este enfoque. El primero es el hecho de que no funcionarían como una única supercomputadora, lo que parece ser un requisito fundamental para OpenAI. La latencia que plantea la separación haría imposible manejar un solo entrenamiento a través de continentes.
En segundo lugar, trasladarlo a varios países generaría dolores de cabeza regulatorios para OpenAI, que ha preferido mantener su capacitación en los EE. UU. para evitar desafíos.
¿Cuánto terreno necesitaría un centro de datos 5GWe?
Se espera que el centro de datos de supercomputadoras de Microsoft, valorado en mil millones de dólares y actualmente en construcción en Mt. Pleasant, Wisconsin, esté terminado en 2034. La empresa está comprando terrenos no urbanizados para el proyecto.
En términos de los planes de Microsoft para un centro de datos de 5GWe y la posible ubicación conjunta de reactores nucleares para alimentarlo, el área de terreno requerida incluye la superficie para el centro de datos y la enorme huella física para el reactor nuclear que tendría una zona de amortiguamiento alrededor por motivos de seguridad y protección.
¿Qué implica la ingeniería, adquisición y construcción del centro de datos?
Existen enormes desafíos para la cadena de suministro, por ejemplo, largos plazos de entrega de componentes para los reactores y un desafío paralelo para contratar mano de obra para construir los reactores y los centros de datos.
Hay largos tiempos de espera para las vasijas de presión de los reactores, los sistemas de vapor, las turbinas y los transformadores de los patios de distribución. El ciclo de adquisición de cinco reactores nucleares de 1.000 GWe se extendería fácilmente a lo largo de una década. La cadena de suministro de los propios centros de computación también se llevaría a cabo a una escala logística sin precedentes en términos de fabricación, instalación y aceptación.
En términos de gestión de proyectos, una central nuclear de 1.000 MWe requiere, en el mejor de los casos, de cuatro a cinco años para construirse y una mano de obra de unas 4.000 personas o más. Dotar de personal a los reactores requiere un personal técnico y administrativo permanente de 400 a 600 trabajadores por cada sitio. Si bien los centros de datos están altamente automatizados, aún se necesitan humanos para mantenerlos en funcionamiento. En general, la ubicación de los centros de datos y sus plantas de energía nuclear tendría enormes impactos socioeconómicos en cualquier comunidad donde estuvieran ubicados.
¿Qué pasa con la necesidad de agua para enfriar los reactores y los centros de datos?
Los centros de datos masivos, que tienen enormes demandas de agua de refrigeración, comparten ese perfil con las centrales nucleares. La dispersión de las cargas de calor de ambos tipos de instalaciones requerirá enormes cantidades de agua que probablemente competirían con otros tipos de uso en la región donde se construye el centro de datos.
Los sitios costeros para utilizar agua de mar para la refrigeración podrían ser la mejor opción, especialmente para los reactores. Un buen ejemplo son los reactores gemelos de Diablo Canyon en la costa del Océano Pacífico cerca de San Luis Obispo, CA.
¿Está haciendo algo el gobierno federal para conseguir más potencia para los centros de datos masivos?
El mes pasado, en una visita a Michigan, la secretaria del DOE, Jennifer Granholm, dijo que la administración Biden quiere "acelerar" sus conversaciones con las grandes empresas de tecnología sobre cómo generar más electricidad -incluso con energía nuclear- para satisfacer su demanda masiva de computación con inteligencia artificial.
Granholm hizo sus comentarios después de anunciar un préstamo de 1.520 millones de dólares a Holtec International para reabrir la planta de energía nuclear Palisades de 800 MWe .
La creciente demanda de energía de la IA y los centros de datos es un "problema" que debe abordarse, dijo Granholm a Axios en una amplia entrevista.
Señaló que el DOE está explorando cómo empresas de tecnología como Microsoft, Google y Amazon podrían albergar pequeñas plantas nucleares en los campus de sus enormes centros de datos. Dijo que las conversaciones con las grandes empresas deben "acelerarse, porque esta demanda de energía sólo está aumentando". Los pequeños reactores nucleares (SMR) vienen en varios diseños, pero generalmente ofrecen entre 50 y 300 MW de potencia.
Sólo un desarrollador estadounidense, NuScale, ha completado con éxito la revisión de la NRC para obtener la licencia de su reactor de agua ligera SMR de 77 MW. NuScale ofrece el SMR en configuraciones de dos, cuatro y seis unidades. Otros proveedores estadounidenses de SMR incluyen GE-Hitachi con un SMR de 300 MW y Holtec International con un SMR de tamaño similar.
GE Hitachi tiene un acuerdo con la Autoridad del Valle de Tennessee (TVA) para construir hasta 800 MW de capacidad de generación basada en SMR en el sitio de Clinch River de la empresa de servicios públicos. La empresa tiene un acuerdo similar para construir uno o más SMR en el sitio de Darlington de Ontario Power Generation. Holtec dice que planea construir dos SMR en el sitio de Palisades en Michigan y está considerando el sitio nuclear desmantelado de Oyster Creek en Nueva Jersey para un proyecto similar.
Granholm no lo mencionó, pero uno de los otros problemas que enfrentan los desarrolladores de centros de datos que buscan energía es el acceso a la red de plantas de energía que no están adyacentes a los centros de datos. Se supone que la Comisión Federal Reguladora de Energía (FERC) está "reformando el proceso" mediante el cual se aprueba la construcción y operación de nuevas líneas de transmisión de electricidad de alto voltaje.
Una enorme acumulación de decisiones indica que la agencia tiene mucho trabajo por delante. Según S&P Global, a finales de 2022, más de 2.000 GW de generación y almacenamiento (equivalente a toda la capacidad de generación existente en EE. UU.) estaban esperando en colas de interconexión, y los proyectos exitosos pueden enfrentar tiempos de espera de hasta cinco años para conectarse a la red.
¿Es el Stargate de Microsoft un caso de extralimitación?
En resumen, vale la pena hacer una última pregunta: ¿Los planes de Microsoft para un centro de datos 5GWe son extralimitados?
Si bien la empresa no se dedicaría a la construcción de reactores nucleares, sus planes de ofrecer compromisos de PPA para la energía nuclear a esta escala pondrían a cualquier empresa eléctrica que cotiza en bolsa en una postura de "apostar por la empresa".
Basado en la experiencia en EE.UU. hasta el momento, con los reactores Westinghouse en Georgia, es dudoso, al menos por ahora, que alguna empresa nuclear estadounidense dé un paso al frente para asumir el proyecto, incluso con los profundos bolsillos de Microsoft escribiendo los cheques. Microsoft tiene una gran tarea por delante y es convencer a los productores de energía en Estados Unidos, o a nivel mundial, de que no está tragando más de lo que puede masticar.