Учёные предлагают использовать для хранения возобновляемой энергии «информационные аккумуляторы»
Неоднократно говорилось о том, что возобновляемые источники энергии имеют проблему в своей прерывистости. Ветер может внезапно прекратиться, а солнце ночью заходит за горизонт. При этом электрические сети должны поддерживать баланс между спросом и предложением, чтобы не происходило ситуаций с перенапряжением и отключением электроэнергии. Получается, что возобновляемая энергия сбрасывается при избыточном производстве, в моменты дефицита приходится сжигать ископаемое топливо для восполнения дефицита энергии в сети.
Барат Рагхаван из University of Southern California (USC) говорит, что примерно через пять лет количество возобновляемой энергии, теряемой при избыточном производстве в Калифорнии, будет эквивалентно количеству энергии, используемый ежегодно Лос-Анджелесом для жизнедеятельности.
Ключом к решению проблем учёные считают аккумуляторные системы для хранения энергии. Они позволяют накапливать избыточную энергию, а затем расходовать её для нужд сети в периоды дефицита. При этом нынешнее решение в виде литий-ионных аккумуляторов и гидронасосов являются дорогими и сложными в масштабировании. Учёные из USC предлагают в качестве альтернативы использовать так называемые «информационные аккумуляторы». Идею предложили Барат Рагхаван и Дженнифер Свитцер. Она заключается в том, чтобы хранить энергию в виде вычислений. Описание своей концепции они представили в этой статье.
Прогнозирование возможных вычислений
Предложенная концепция заключается в том, что избыточная возобновляемая энергия используется для спекулятивных вычислений в крупных энергоёмких центрах обработки данных (ЦОД). Как показывают данные Управления по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии, такими центрами могут быть серверы Google и Facebook, компьютер для рендеринга видео и т. п. Подобные объекты потребляют в 10-50 раз больше энергии, чем стандартное коммерческое здание. Сохранённые результаты вычислений предлагается использовать позже, когда количество возобновляемой энергии уменьшится. Рагхаван говорит, что они могут предсказать возможные вычисления, которые могут произойти в будущем. Поэтому их можно сделать в моменты избытка возобновляемой энергии и сохранить результаты. А когда в сети будет наблюдаться дефицит энергии, эти вычисления выполняться не будут.
ЦОД видеохостинга Youtube ежедневно занимаются кодировкой более 700 тысяч часов видеороликов в разные разрешения. Большинство из этих вычислений предсказуемые и могут выполняться в моменты избытка возобновляемой энергии. Далее полученные данные можно сохранить на серверах для последующего использования. В моменты дефицита возобновляемой энергии в сети можно будет уменьшить интенсивность этих вычислений или прекратить их.
Рагхаван говорить, что информационные аккумуляторы являются хранилищами потенциальной энергии для выполнения полезной работы. Большая часть накопленных в аккумуляторах энергии обычно преобразуют один тип энергии в другой вид энергии. К примеру, это может быть преобразование электрической энергии в гравитационную. В случае информационных аккумуляторов, электрическая энергия превращается в нечто, что Рагхаван называет «информационной потенциальной энергией».
Что говорят учёные, предложенная система является весьма гибкой. Например, вычисления, которые выполнены ранее, необязательно должны точно совпадать с вычислениями, которые будет выполняться позже. Рагхаван говорить, что информационные аккумуляторы будут поддерживать предварительные вычисления многих фрагментов, а затем можно будет выбирать эти небольшие фрагменты, выполненные ранее, чтобы обеспечить выполнение совершенно новой вычислительной задачи.
Исследователи утверждают, что для некоторых типов рабочих нагрузок система информационных аккумуляторов способным обеспечит более высокую эффективность, чем литий-ионные аккумуляторные системы хранения энергия. Рагхаван говорить, что конкретная эффективность будет зависеть от множества факторов, среди которых предсказуемость мощности, типы проводимых вычислений и т. п. Однако в отличие от литий-ионных аккумуляторов использование возобновляемой энергии таким способом является более выгодным с экономической точки зрения и с точки зрения эффективного использования энергии. В результате, это поможет снизить зависимость от ископаемого топлива, на которое приходится 3/4 всех выбросов парниковых газов в атмосферу.
Многообещающая альтернатива на будущее
Несмотря на то, что концепция является относительно простой, основная проблема заключается в определении, какие вычисления нужно выполнять, когда и где. Важной задачей является обеспечение эффективного извлечения результатов позже. В своей статье под названием «Информационные батареи: накопление энергии с помощью спекулятивных вычислений» Рагхаван и Свитцер представили проект и доказательства реализации концепции с нулевыми выбросами углерода. Модель включает в себя рекуррентные нейронные сети для прогнозирования доступности возобновляемых источников энергии в будущем и предстоящих задач в дата-центрах.
Они тоже описывают в своей концепции кеш, в котором будут храниться функции, а также модифицированный компилятор для автоматического изменения кода для сохранения и извлечения результатов. Инфраструктуру для этого планируется сделать географически распределенной. Она будет состоять из множества мелких распределенных центров обработки данных. Каждый из таких центров и будет находиться в регионе страны, где периодически наблюдается избыток солнечной и ветровой энергии.
Рагхаван добавляет, что благодаря такой системе компании будут использовать сбрасываемую избыточную энергию. Все выигрывают от подобной схемы, поскольку сетевым оператором не придется увеличивать мощности вечерние часы для компенсации спроса, сжигая для этого ископаемое топливо. Есть, конечно определённые ограничения, которые исследователи упоминают в своей работе. Но в целом они называют эту концепцию многообещающей альтернативой для хранения возобновляемой энергии в будущем.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
