Eine neue Genre, nachhaltige Kraft zu speichern: „Informationsbatterien“

Eine Zukunft, die von nachhaltigen Energiequellen angetrieben wird, könnte die Welt vor dem verheerenden Klimawandel verewigen und die Energiekosten senken. Im Gegensatz dazu erneuerbare Energien nach sich ziehen ein Problem mit Unterbrechungen – die Sonne liefert nachts keinen Strom, während welcher Wind plötzlich aufhören kann.

Darüber hinaus sollen Stromnetze Angebot und Nachfrage im Gleichgewicht halten, sonst riskieren sie Überspannungen und Stromausfälle. Infolgedessen wird erneuerbare Kraft in Zeiten welcher Überproduktion abgeladen, während Kraftwerke zu anderen Zeiten fossile Brennstoffe verbrennen, um Netzengpässe zu decken.

„So wie die Pipapo laufen, wird in fünf Jahren die Menge an erneuerbarer Kraft, die jedes Jahr in Kalifornien verschwendet wird, welcher Menge an Strom gleichkommen, die LA jedes Jahr verbraucht“, sagte Barath Raghavan, Assistenzprofessor zu Gunsten von Informatik an welcher USC Viterbi School des Ingenieurwesens.

Eine bessere Batteriespeicherung – ein heiliger Gral zu Gunsten von Wissenschaftler weltweit – gilt qua Schlüssel zur Problembeseitigung des Intermittenzproblems, während Kraft gespeichert wird, wenn Wind und Sonne stark sind. Aktuelle Speicherlösungen, einschließlich Lithium-Ionen-Batterien und Pumpspeicherkraftwerke, sind jedoch teuer und schwierig zu skalieren.

Welches wäre, wenn überschüssige erneuerbare Kraft stattdessen qua Bruchrechnung gespeichert werden könnte? Dies ist welcher Gedanke hinter „Informationsbatterien“, einem neuen System, dasjenige von Raghavan und Jennifer Switzer, einer Ph.D. Student welcher UC San Diego, kürzlich veröffentlicht in welcher ACM Energy Informatics Review.

Vorhersage möglicher Berechnungen
Die Grundidee zu Gunsten von Informationsbatterien ist wie am Schnürchen: Wenn erneuerbare Kraft im Menge vorhanden ist, wird damit spekulativ in großen, energieintensiven Rechenzentren Berechnungen durchgeführt. Laut dem Office of Energy Efficiency and Renewable Energy verbrauchen solche Rechenzentren – von Google und Facebook solange bis hin zum Rendern von Hollywood-Filmen – dasjenige 10- solange bis 50-fache welcher Kraft eines typischen Geschäftsgebäudes. Die gespeicherten Rechenergebnisse können dann später genutzt werden, wenn Ökostrom weniger vorhanden ist.

„Wir hatten die Observation, dass wir, wenn wir mögliche Berechnungen vorhersagen können, die in welcher Zukunft hervortreten könnten, solche Berechnungen jetzt tun können, solange Kraft verfügbar ist, und die Ergebnisse speichern können, die jetzt verkörperte Kraft nach sich ziehen“, sagte Raghavan, dessen Forschungsschwerpunkte zu Systemen und Nachhaltigkeit.

Etwa transkodieren YouTube-Rechenzentren Tag für Tag mehr qua 700.000 Zahlungsfrist aufschieben Videos in verschiedene Auflösungen. Viele dieser Berechnungen sind vorhersehbar und können zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden, an dem es verschmelzen Profit an grüner Kraft gibt. Diesfalls werden die Wissen zur späteren Verwendung uff Servern gespeichert, wenn im Netzwerk weniger erneuerbare Kraft verfügbar ist – im Wesentlichen wird welcher Stromverbrauch von einem Zeitraum in verschmelzen anderen verschoben.

Ergo, wie funktioniert dasjenige wie eine Batterie? Im wissenschaftlichen Sinne, sagte Raghavan, sind Batterien Speicher potenzieller Kraft, um nützliche Arbeit zu verrichten, sei es elektrisch oder jenseitig. Die meisten Energiespeicher in Batterien wandeln eine Genre von Kraft in eine andere Genre potentieller Kraft um, zum Muster elektrische in Gravitationsenergie. In diesem Kasus liefern Informationen Kraft uff die gleiche Weise wie eine Batterie, weil elektrische Kraft in sogenannte „Informationspotentialenergie“ umgewandelt wird.

Dies System nutzt nicht nur die Aufgabenvorhersagbarkeit, sondern ist ebenfalls flexibel: Die im Vorn durchgeführten Berechnungen sollen nicht genau mit den zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführten Berechnungen gleichen.

„Wir unterstützen die Vorberechnung vieler Berechnungsfragmente und können später kleine Teile welcher zuvor durchgeführten Berechnungen wie Puzzleteile auswählen und zusammensetzen, um schnell eine völlig neue Berechnungsaufgabe zu in Rechnung stellen“, sagte Raghavan.

Z. Hd. bestimmte Arten von Arbeitslasten, sagte Raghavan, bietet dasjenige Informationsbatteriesystem eine bessere Vorteil qua Lithium-Ionen-Batterien. Die spezifische Vorteil hängt von mehreren Faktoren ab, wie z. B. welcher Genre welcher durchgeführten Berechnungen und welcher Vorhersagbarkeit welcher Leistung. Im Gegensatz dazu im Kontrast zu Lithium-Ionen-Batterien ist die Speicherung von Wissen sowohl in Bezug uff Geld qua ebenfalls uff Kraft kostengünstig. Dies könnte dazu hinzufügen, die Laster von fossilen Brennstoffen zu verringern, die zu Gunsten von drei Viertel welcher globalen Treibhausgasemissionen zuständig sind.

Eine zukunftsträchtige Auswahlmöglichkeit
Während die Idee selbst relativ wie am Schnürchen ist, besteht die Herausforderung laut den Forschern darin, zu forcieren, welche Berechnungen wo und zu welcher Zeit durchgeführt werden sollen und wie solche Berechnungen durchgeführt werden sollten, um die Ergebnisse später effizient abzurufen.

In dem Papier mit dem Titel „Information Batteries: Storing Opportunity Power with Speculative Execution“ stellen Raghavan und Switzer ein Entwurf und eine Proof-of-Concept-Implementierung des Null-Kohlenstoff-Systems in petto, dasjenige wiederkehrende neuronale Netze zur Vorhersage welcher zukünftigen Verfügbarkeit erneuerbarer Energien und welcher kommenden umfasst Aufgaben in Rechenzentren.

Es enthält ebenfalls verschmelzen Zwischenspeicher, in dem Funktionen gespeichert werden, und verschmelzen modifizierten Compiler zum automatischen Modifizieren von Source zum Speichern und Abrufen von Ergebnissen. Die Unterbau wäre geographisch verteilt und würde aus vielen kleinen, verteilten Rechenzentren vorliegen, die sich jeweils in einer Region des Landes Ergehen, in welcher die Wind- oder Solarenergie nämlich hoch ist.

„Mit diesem System würden Unternehmen Strom verbrauchen, welcher abgeladen worden wäre, und jeder anderen profitieren davon, weil welcher Netzbetreiber in den Abendstunden keinen Erdgasstrom hochfahren muss, um die Nachfrage zu kompensieren“, sagte Raghavan.

Es gibt bestimmte Einschränkungen, die die Forscher in welcher Studie untersuchen: Etwa ist es nur in einigen Workloads und in einigen Kontexten möglich. Raghavan glaubt jedoch, dass die Technologie mit verbesserter Vorhersage und Integration in große Systeme uff eine vielversprechende zukünftige Auswahlmöglichkeit zur Speicherung grüner Kraft hindeutet. „Für welcher zivilisatorischen Herausforderung welcher Nachhaltigkeit“, sagte Raghavan, „erfordern wir jedes Werkzeug, dasjenige wir bekommen können.“

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