Учені вигадали "інформаційні" батареї на заміну літій-іонним

Учені із США представили концепцію "інформаційних" батарей, які можуть замінити літій-іонні. Вони опублікували своє дослідження в науковому виданні ACM Energy Informatics Review.

Вітрові та сонячні електростанції виробляють екологічно безпечну електроенергію за рахунок відновлюваних джерел, однак їхня робота регулярно переривається через погодні умови або залежить від часу доби. Електричні мережі повинні підтримувати баланс між попитом та пропозицією, щоб запобігти перенапрузі та збою, тому під час надмірного виробництва енергія просто скидається. Команда з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго запропонували зберігати надмірну електрику у вигляді обчислень.

Принцип роботи "інформаційних" батарей у тому, що надлишкова відновлювана енергія використовується для складних обчислень у великих центрах обробки даних (ЦОД). Такі ЦОД вимагають величезну кількість електрики: 250-500 ТВт-год у 2018 році та потенційно 840-3640 ТВт-год у 2030 році. У разі багатьох завдань можна заздалегідь розрахувати, скільки енергії знадобиться, і налаштувати "спекулятивне" зміщення навантаження.

Замість того, щоб зберігати енергію в хімічному вигляді, як літій-іонні акумулятори, "інформаційні" батареї зберігають її у вигляді результату виконаних завдань або прогнозів обчислень, які будуть виконані в майбутньому, коли людство почне активніше використовувати відновлювані джерела. За словами винахідників, електрика, здобута вітровими або сонячними електростанціями, перетворюється на "інформаційну потенційну енергію".

"Якщо попередньо обчислені завдання не зовсім відповідають тому, що необхідно, фрагменти обчислень можуть бути повторно зібрані для нового завдання, як шматочки головоломки", — пояснили автори у своїй статті.

За підрахунками вчених, через 5 років кількість відновлюваної енергії, яку щорічно скидають через надлишок у Каліфорнії, зможе покривати потреби Лос-Анджелеса за рік. При цьому ЦОД споживають до 50 разів більше енергії, ніж звичайна офісна будівля. Наприклад, центри YouTube рендерують понад 700 тис. годин відео з різною роздільною здатністю, і енергоспоживання таких обчислень досить передбачуване, щоб використовувати "інформаційні" батареї. Те саме стосується Netflix, яка перекодує відео з одного формату в інші для показу на різних пристроїв, а також навчання штучного інтелекту.

За планування та перемикання навантажень "інформаційних" батарей відповідає диспетчер, який частково нагадує планувальники в операційних системах комп'ютерів чи смартфонів. Він оптимізує подачу енергії, враховуючи її вартість та наявність робочих завдань, для цього передбачено 3 механізми: прогнозування цін, попередній розрахунок та безпосередньо планувальник. Інформаційна батарея сама може вирішувати, коли і яке обчислення варто запускати для отримання максимальної вигоди.

Дослідники розробили модель, яку протестували у мережі одного з ЦОД. Вони стверджують, що для певних типів навантажень "інформаційні" батареї забезпечують більшу ефективність, ніж літій-іонні аналоги, і при цьому обходяться значно дешевше. Очікується, що технологія дозволить ЦОДам на 30% знизити споживання енергії за рахунок відновлюваних джерел та скоротити використання викопного палива.

Раніше вчені випадково збільшили ємність літієвих батарей утричі. Технологію зможуть застосувати в розробці нових електрокарів та мобільних пристроїв.