Ученые придумали "информационные" батареи на замену литий-ионным

Ученые из США представили концепцию "информационных" батарей, которые могут заменить литий-ионные. Они опубликовали свое исследование в научном издании ACM Energy Informatics Review.

Ветровые и солнечные электростанции производят экологически безопасную электроэнергию за счет возобновляемых источников, однако их работа регулярно прерывается из-за погодных условий или зависит от времени суток. Электрические сети должны поддерживать баланс между спросом и предложением, чтобы предотвратить перенапряжение и сбои, поэтому во время чрезмерного производства энергия попросту сбрасывается. Команда из Калифорнийского университета в Сан-Диего предложили хранить избыточное электричество в виде вычислений.

Принцип работы "информационных" батарей заключается в том, что избыточная возобновляемая энергия используется для сложных вычислений в крупных центрах обработки данных (ЦОД). Такие ЦОД требуют огромное количество электричества: 250-500 ТВт-ч в 2018 году и потенциально 840-3640 ТВт-ч в 2030 году. В случае со многими задачами можно заранее рассчитать, какое количество энергии понадобится, и настроить "спекулятивное" смещение нагрузки.

Вместо того, чтобы хранить энергию в химическом виде, как литий-ионные аккумуляторы, "информационные" батареи хранят ее в виде результата выполненных задач или прогнозов вычислений, которые будут выполнены в будущем, когда человечество начнет активнее использовать возобновляемые источники. По словам изобретателей, электричество, добытое ветровыми или солнечными электростанциями, превращается "информационную потенциальную энергию".

"Если предварительно вычисленные задачи не совсем соответствуют тому, что необходимо, то фрагменты вычислений могут быть повторно собраны для новой задачи, как кусочки головоломки", — объяснили авторы в своей статье.

По подсчетам ученых, через 5 лет количество возобновляемой энергии, которую ежегодно сбрасывают из-за избытка в Калифорнии, сможет покрывать нужды Лос-Анджелеса за год. При этом ЦОД потребляют до 50-ти раз больше энергии, чем обычное офисное здание. К примеру, центры YouTube рендерят более 700 тыс. часов видео с разным разрешением, и энергопотребление таких вычислений достаточно предсказуемо, чтобы использовать "информационные" батареи. То же касается Netflix, которая перекодирует видео из одного формата в другие для показа на разных устройств, а также обучения искусственного интеллекта.

За планирование и переключение нагрузок "информационных" батарей отвечает диспетчер, который отчасти напоминает планировщики в операционных системах компьютеров или смартфонов. Он оптимизирует подачу энергии, учитывая ее стоимость и наличие рабочих задач, для этого предусмотрены 3 механизма: прогнозирование цен, предварительный расчет и непосредственно планировщик. "Информационная" батарея сама может решать, когда и какое вычисление стоит запускать для получения максимальной выгоды.

Исследователи разработали модель, которую протестировали в сети одного из ЦОД. Они утверждают, что для определенных типов нагрузок "информационные" батареи обеспечивают более высокую эффективность, чем литий-ионные аналоги, и при этом обходятся значительно дешевле. Ожидается, что технология позволит ЦОД-ам на 30% снизить потребление энергии за счет возобновляемых источников и сократить использование ископаемого топлива.

Ранее ученые случайно увеличили емкость литиевых батарей в три раза. Технологию смогут применить в разработке новых электрокаров и мобильных устройств.