Un futuro impulsado por fuentes de energía sostenibles podría salvar al mundo del devastador cambio climático y reducir las facturas de energía. Pero la energía renovable tiene un problema de intermitencia: el sol no proporciona energía durante la noche, mientras que los vientos pueden detenerse repentinamente.
Además, las redes eléctricas deben mantener el suministro y la demanda en equilibrio o correr el riesgo de sobretensiones y apagones. Como resultado, la energía renovable se desperdicia durante los períodos de exceso de producción, mientras que en otros momentos, las plantas de energía queman combustibles fósiles para cubrir los déficits de la red.
"Tal como van las cosas, en cinco años, la cantidad de energía renovable desperdiciada en California cada año será equivalente a la cantidad de energía que usa LA cada año", dijo Barath Raghavan, profesor asistente de informática en la USCEscuela de Ingeniería de Viterbi.
Un mejor almacenamiento de la batería, un santo grial para los científicos de todo el mundo, se considera clave para resolver el problema de la intermitencia mediante el almacenamiento de energía cuando el viento y el sol son fuertes. Pero las soluciones de almacenamiento actuales, incluidas las baterías de iones de litio y las hidroeléctricas bombeadas, son costosasy difícil de escalar.
¿Qué pasaría si el excedente de energía renovable pudiera almacenarse como computación? Ese es el pensamiento detrás de las "baterías de información", un nuevo sistema propuesto por Raghavan y Jennifer Switzer, estudiante de doctorado de UC San Diego, publicado recientemente en el Revisión de informática energética de ACM.
Predicción de posibles cálculos
La idea básica de las baterías de información es simple: cuando la energía renovable está disponible en exceso, se utiliza para realizar cálculos especulativos en grandes centros de datos que consumen mucha energía. Estos centros de datos, desde Google y Facebook hasta la reproducción de películas de Hollywood,consumen de 10 a 50 veces la energía de un edificio comercial típico, según la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable. Los resultados calculados almacenados se pueden usar más adelante cuando la energía verde sea menos abundante.
"Tuvimos la observación de que si podemos predecir posibles cálculos que podrían ocurrir en el futuro, podemos hacer esos cálculos ahora, mientras haya energía disponible, y almacenar los resultados, que ahora tienen energía incorporada", dijo Raghavan, cuyola investigación se centra en los sistemas y la sostenibilidad.
Por ejemplo, todos los días, los centros de datos de YouTube transcodifican más de 700 000 horas de videos a diferentes resoluciones. Muchos de estos cálculos son predecibles y se pueden realizar en un momento en que hay un exceso de energía verde. En este punto, los datos se almacenanen servidores para su uso posterior, cuando hay menos energía renovable disponible en la red, esencialmente moviendo el consumo de electricidad de un período de tiempo a otro.
Entonces, ¿cómo funciona esto como una batería? En el sentido científico, dijo Raghavan, las baterías son almacenes de energía potencial para realizar un trabajo útil, eléctrico o de otro tipo. La mayor parte del almacenamiento de energía en baterías convierte un tipo de energía en otro tipo de energía.energía potencial, por ejemplo, eléctrica en gravitacional. En este caso, la información proporciona energía de la misma manera que una batería porque la energía eléctrica se convierte en lo que podría llamarse "energía potencial de información".
Además de aprovechar la previsibilidad de las tareas, el sistema también es flexible: los cálculos que se completan por adelantado no necesitan coincidir exactamente con los cálculos que se completan en un momento posterior.
"Apoyamos la precomputación de muchos fragmentos de computación y luego podemos elegir pequeñas piezas de computación hechas antes, como piezas de un rompecabezas, y ensamblarlas para calcular rápidamente una tarea computacional totalmente nueva", dijo Raghavan.
Para ciertos tipos de cargas de trabajo, dijo Raghavan, el sistema de baterías de información ofrece una mayor eficiencia que las baterías de iones de litio. La eficiencia específica depende de múltiples factores, como los tipos de cómputo realizados y la previsibilidad de la energía. Pero a diferencia de las baterías de iones de litiobaterías, el almacenamiento de datos es rentable en términos de dinero y energía, lo que podría ayudar a reducir la dependencia de los combustibles fósiles, que son responsables de las tres cuartas partes de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.
Una prometedora alternativa de futuro
Si bien la idea en sí es relativamente simple, el desafío, dijeron los investigadores, es determinar qué cálculo realizar, dónde y cuándo, y cómo se deben realizar estos cálculos para recuperar los resultados de manera eficiente más adelante.
En el documento, titulado "Baterías de información: almacenamiento de energía de oportunidad con ejecución especulativa", Raghavan y Switzer brindan un diseño y una implementación de prueba de concepto del sistema de carbono cero, que incluye redes neuronales recurrentes para predecir la disponibilidad futura de energía renovabley próximas tareas en los centros de datos.
También incluye un caché donde se almacenan las funciones y un compilador modificado para modificar automáticamente el código para almacenar y recuperar resultados. La infraestructura estaría distribuida geográficamente y comprendería muchos centros de datos pequeños y distribuidos, cada uno ubicado en una región del país donde el vientoo se sabe que la producción solar es alta.
"Con este sistema, las empresas utilizarían energía que se habría desechado, y todos los demás se beneficiarían porque el operador de la red no tiene que activar la energía de gas natural en las horas de la noche para compensar la demanda", dijo Raghavan.
Hay ciertas limitaciones, que los investigadores exploran en el estudio: por ejemplo, solo es posible en algunas cargas de trabajo y en algunos contextos. Pero Raghavan cree que con una mejor predicción e integración en grandes sistemas, la tecnología apunta hacia una alternativa futura prometedorapara almacenar energía verde. "En el desafío de la sustentabilidad a escala de civilización", dijo Raghavan, "necesitamos todas las herramientas que podamos obtener".
Fuente de la historia:
Materiales proporcionado por Universidad del Sur de California. Original escrito por Caitlin Dawson. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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