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重磅新概念:信息電池,新儲能方式,幾乎零成本!?

背? 景

重磅新概念:信息電池,新儲能方式,幾乎零成本!?

可再生能源有一個間歇性問題——太陽在晚上沒有供電,而風可能會突然停止。當風和太陽強時,更好的電池存儲被認為是通過儲存能量來解決間歇性問題的關鍵。但目前的存儲解決方案,包括鋰離子電池和泵水力,成本高昂,規模也具有挑戰性。
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南加州大學維特比工程學院計算機科學助理教授Barath Raghavan(上圖)表示,五年后,加州每年浪費的可再生能源數量將相當于洛杉磯每年使用的電力量。
如果剩余的可再生能源可以作為計算儲存起來呢?
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這就是“信息電池”(Information batteries背后的想法,這是Raghavan和加州大學圣地亞哥分校的博士生Jennifer Switzer最近在ACM Energy Informatics Review中提出的新系統。

預測可能的計算

信息電池的基本思想很簡單:當可再生能源過剩時,它被用來在大型能源密集型數據中心進行推測性計算。據能源效率和可再生能源辦公室稱,這些數據中心,從谷歌和臉書到好萊塢電影渲染,消耗的能源是典型商業建筑的10到50倍。當綠色能源不那么豐富時,存儲的計算結果可以稍后使用。

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Raghavan說:“我們觀察到,如果我們能預測未來可能發生的計算,我們現在可以在有能源的情況下進行這些計算,并存儲結果,這些結果現在體現了能源”。他的研究重點是系統和可持續性。
例如,YouTube數據中心每天將超過70萬小時的視頻轉碼為不同的分辨率。其中許多計算是可預測的,可以在綠色能源過剩的時候執行。此時,當電網上可用的可再生能源較少時,數據存儲在服務器上供以后使用,基本上將用電量從一個時間段轉移到另一個時間段。

那么,這如何像電池一樣工作?

Raghavan說,從科學的意義上說,電池是勢能的存儲,可以做有用的功,無論是電的還是其他的。大多數能量儲存到電池中,是將一種類型的能量轉化為另一種勢能,例如電能轉化為引力能。在這種情況下,信息以與電池相同的方式提供能源,因為電能被轉化為所謂的“信息勢能”。

除了利用任務可預測性外,該系統也是靈活的:提前完成的計算不需要與稍后完成的計算完全匹配。
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Raghavan說,我們支持預先計算許多計算片段,然后可以選擇之前完成的小計算片段,如拼圖塊,并將其組裝在一起,以快速計算一個全新的計算任務。
Raghavan說,對于某些類型的工作量,信息電池系統比鋰離子電池提供更好的效率。具體效率取決于多個因素,如進行的計算類型和功率的可預測性。但與鋰離子電池不同,存儲數據在金錢和能源方面都具有成本效益。這有助于減少對化石燃料的依賴,化石燃料占全球溫室氣體排放量的四分之三。

一個充滿希望的未來替代方案

研究人員表示,雖然這個想法本身相對簡單,但挑戰在于:

確定要執行什么計算,在哪里和何時執行,以及如何進行這些計算,以便以后有效地檢索結果。
在題為“Information Batteries: Storing Opportunity Power with Speculative Execution”的論文中,Raghavan和Switzer提供了零碳系統概念實施的設計和證明,其中包括用于預測可再生能源未來可用性和數據中心即將完成的任務的經常性神經網絡。
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它還包括存儲函數的緩存和自動修改代碼以存儲和檢索結果的修改編譯器。基礎設施將按地理分布,包括許多小型分布式數據中心,每個數據中心位于該國已知風能或太陽能產量較高的地區。
Raghavan說,有了這個系統,公司將使用本應被廢棄的電力,而其他人都會受益,因為電網運營商不必在晚上轉換天然氣電力來補償需求。
研究人員在研究中探索了某些局限性:例如,只有在一些工作量和某些情況下才有可能。但Raghavan認為,隨著預測的改進和集成到大型系統中,該技術指向了未來儲存綠色能源的有前途的替代方案。Raghavan說,在文明規模的可持續發展挑戰中,我們需要一切能得到的工具。

來源

https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220201115247.htm

https://dl.acm.org/doi/abs/10.1145/3508467.3508468

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