Solar-plus-lagring för datacenter: inte en enkel switch

När datacenter växer i storlek och komplexitet har det aldrig varit mer pressande att förse dem med billig och pålitlig kraft. Gerhard Salge, chief technology officer (CTO) på Hitachi Energy, en enhet i det japanska konglomeratet Hitachi, kastade ljus över förhållandet mellan förnybar energi och datacenterdrift och noterade att även om det är tekniskt genomförbart kräver framgång noggrann planering, rätt infrastruktur och ett holistiskt tillvägagångssätt.

"När vi tittar på vad som händer i elnäten, då är förnybar energi ett aktivt element på kraftgenereringssidan, och datacentren är ett aktivt element på efterfrågesidan", sa Salge till tidningen pv. "Vad du behöver utöver det är dimensionerna av flexibilitet, för vilka vi behöver lagring och ett rutnät som också aktivt kan agera här för att få ihop alla dessa element."

Enligt Salge är nyckeln aktiva nät, inte passiva system som helt enkelt reagerar på förhållanden. Med fler förnybara energikällor, förändrade efterfrågemönster, nya lastcentra och lagringsalternativ som batterier och befintliga anläggningar som pumpad vattenkraft, är det avgörande att samordna dessa resurser aktivt för att upprätthålla leveranssäkerhet, strömkvalitet och kostnadsoptimering.

"Men när man talar om påverkan och sambandet mellan förnybara energikällor och datacenter måste man alltid överväga hela omfattningen av flexibiliteten i ett kraftsystem av alla element-efterfrågesidan, generationssidan, lagringssidan och det aktiva nätet däremellan", sa han och noterade att svaga eller överbelastade nät inte skulle tjäna detta syfte.

AI-datacenter
Salge varnade för att inte alla datacenter är likadana. "Det finns konventionella datacenter och AI-datacenter", sa han. "Konventionella datacenter är i huvudsak hög-belastningssystem med vissa fluktuationer ovanpå. De innehåller många processorer som hanterar förfrågningar-från sökmotorer eller andra applikationer-så arbetsbelastningen fördelas stokastiskt över dem. Detta skapar en baslinjebelastning med slumpmässiga upp- och nedgångar, vilket är det typiska belastningsmönstret för ett konventionellt datacenter."

AI-arbetsbelastning, däremot, är starkt beroende av GPU:er eller AI-acceleratorer, som förbrukar betydande ström kontinuerligt. Till skillnad från konventionella datacenter kör AI-datacenter ofta med ihållande hög belastning, ibland nära maximal kapacitet under långa perioder.

"AI-datacenter är särskilt bra på att göra parallell beräkning," förklarade Salge. "Så många av dem triggas med samma efterfrågemönster samtidigt, vilket skapar dessa toppar upp och ner i efterfrågeprofilen, och de kommer parallellt helt och hållet."

Dessa fluktuationer utmanar både strömförsörjningen och spännings- och frekvenskvaliteten hos det anslutna nätet. "Så, du behöver transportera aktiv kraft från ett energilagringssystem eller en superkondensator till efterfrågan från AI-datacentret. Och det behöver då verkligen involvera styrningen av datacentrets aktiva effekt. Det du behöver är interaktionen mellan lagringsenheten och AI-datacentret för att ge aktiv kraft eller för att absorbera den efteråt när toppen går ner. Det kan också göras av en superkondensator."

Batterier kan lagra mycket mer energi än superkondensatorer, men de senare kan lagra mindre energi oftare. "Men om du sätter ett batteri som är mindre än belastningen, och du verkligen behöver cykla batteriet genom dess fulla kapacitet, kommer batteriet inte att överleva särskilt länge med ditt datacenter, eftersom frekvensen av dessa skurar är så hög, då åldras du batteriet väldigt, väldigt snabbt, ja, så superkondensatorer kan göra fler cykler," betonade Salge.

Han noterade också att batterier och superkondensatorer båda är mogna tekniker, men den optimala inställningen-oavsett om den ena, den andra eller en kombination med traditionella kondensatorer-beror på lagringsstorlek, antal rack, spänningsnivåer och övergripande systemdesign.

Hantera AI-träningsskurar

Salge betonade vikten av att följa nätkoder över geografiska områden. "Du måste bli en god medborgare i kraftsystemet," sa han. "Du måste samarbeta med lokala företag för att se till att du inte gör intrång i nätkoderna och att du inte stör datacentret tillbaka till nätet. Ett bra sätt att göra detta, när förnybar energi och datacenter är sam-lokaliserade, är att hantera förnybar energiförsörjning redan inom datacentrets territorium. Dessutom, att ha en tydlig framtida fördel av detta{{5} är att du har en mycket bättre fördel. flexibilitetselement och de aktiva elementen för att hantera lagring och förnybar integration, och för att hantera den dynamiska belastningen av datacenter."

Om nätet inte är framtida-passat med modern, aktivt fungerande utrustning kommer operatörerna att se betydligt mer stress. "Med holistisk planering kan du istället använda en del av datacentrets flexibilitet som en kontrollerbar och efterfrågesvar typ av funktion," sa Salge och tillade att datacenteroperatörer kan koordinera AI-träningsskurar till perioder när kraftsystemet har mer tillgänglig kapacitet. Detta gör datacentret till ett förutsägbart, kontrollerbart behov, som stressar nätet först när det är förberett.

"Sammanfattningsvis, angående teknisk genomförbarhet: ja, det är möjligt, men det kräver rätt konfiguration," sa Salge.

Ekonomisk genomförbarhet
När det gäller ekonomi tror Salge att sol och vind förblir de billigaste kraftkällorna, även när man tar hänsyn till den nätflexibilitet som krävs för att integrera dem med datacenter. Solenergi är den snabbaste att distribuera, vind kompletterar den väl och båda kan skalas parallellt.

"All ökning av efterfrågan på datacenter kräver investeringar, oavsett om det kommer från förnybar energi eller konventionell kraft. Ekonomin beror på marknaden, och marknadsmekanismer, regleringar och teknisk nätplanering är sammankopplade, vilket påverkar energiflödet, prissättningen och systemstabiliteten", sa han.

"Vi rekommenderar utvecklare att arbeta med alla intressenter-verktyg, teknikleverantörer och planerare-från början för att säkerställa tillförlitlighet, prisvärdhet och social acceptans. Holistisk planering undviker reaktiva korrigeringar och leder till bättre långsiktiga-resultat", avslutade Salge.