Přebytečnou elektřinu z velkých fotovoltaických farem, kterou přenosové sítě během slunečných poledních špiček odmítají převzít, mohou přímo na místě spotřebovat modulární datová centra pro výpočty umělé inteligence. Tento koncept nabízí možnost zužitkovat jinak ztracenou čistou energii bez mnohaletého čekání na posílení distribuční infrastruktury, zároveň však naráží na limity v podobě náročného chlazení v horké krajině a sporné ekonomiky drahého výpočetního hardwaru.
Výstavba nových datových center naráží na opačný problém než solární parky. Zajištění dostatečného příkonu pro servery zaměřené na strojové učení zabírá roky. Distribuční společnosti nestíhají posilovat transformátory ani stavět nová vedení. Americký startup Rune Energy zkouší obě překážky spojit do jednoho funkčního celku, jak uvedl magazín IEEE Spectrum.
Problém zmařené výroby a záporných cen
Během slunečných dnů vyrábějí fotovoltaická pole více elektřiny, než kolik dokáže okolní infrastruktura absorbovat. Tento jev se v energetice označuje jako nucené omezování výkonu neboli curtailment. Dochází k němu především v poledních hodinách, kdy křivka spotřeby neodpovídá prudkému nárůstu výroby ze slunce.
Typickým příkladem je kalifornský operátor sítě CAISO. V jarních měsících tam běžně dochází k situacím, kdy provozovatel sítě musí v jediném měsíci odpojit stovky gigawatthodin čisté energie, aby ochránil přenosovou soustavu před destabilizací. Podobný scénář se stále častěji odehrává také na evropských krátkodobých trzích, například na burze EPEX SPOT. Zde velkoobchodní ceny elektřiny v hodinách kolem poledne padají do záporných hodnot, takže výrobci bez garantovaných výkupních cen za dodávku proudu do sítě sami platí.
Kapacita dálkových linek je vyčerpaná a budování nových přenosových tras trvá desetiletí. Běžným řešením bývá instalace velkých bateriových úložišť. Projekty typu Solar-Plus-Storage sice pomáhají přebytečnou energii akumulovat, samy však vyžadují náročná stavební povolení a investiční náklady na bateriovou kapacitu zůstávají vysoké.
Výpočetní technika přímo u panelů
Místo čekání na modernizaci sítě staví společnost Rune modulární datová centra přímo do prostorů mezi řadami fotovoltaických panelů. Kontejnerové buňky obsahují grafické procesory připravené pro zpracování náročných matematických úloh a trénování modelů umělé inteligence.
Klíčovým inženýrským prvkem celého uspořádání je přímé napojení na stejnosměrnou sběrnici o napětí 1500 V DC, která je standardem moderních solárních elektráren v užitkovém měřítku. V běžném provozu putuje stejnosměrný proud z panelů do centrálních střídačů, kde se mění na střídavý, a následně prochází velkými transformátory pro vyvedení do distribuční sítě. V koncovém datovém centru se pak proud musí opětovně usměrňovat. Tento řetězec přináší energetické ztráty a vyžaduje masivní transformátory, jejichž dodací lhůty na globálním trhu přesahují tři až čtyři roky.
Kontejnerové moduly tyto komplikace obcházejí. Odebírají energii přímo ze sběrnice 1500 V DC a pomocí interních stejnosměrných měničů (DC-DC) upravují napětí rovnou pro napájecí větve výpočetních jednotek. Do centrální sítě tak elektrárna neposílá žádný proud navíc. Když provozovatel sítě vyhlásí omezování výkonu, střídače nemusí odpojovat fotovoltaické řady – přebytečný výkon pokračuje přímo do serverových skříní, které jej spotřebují v místě vzniku.
Odpadá tím zdlouhavé vyřizování nových odběrných míst i proces schvalování připojení k síti, který u běžných staveb trvá tři až pět let.
Výzva chlazení na rozpálených polích
Instalace serverů v otevřené krajině přináší specifické inženýrské komplikace. Velké solární parky se často nacházejí v suchých a horkých oblastech s vysokou prašností. Teplota vzduchu těsně nad zemí může v létě snadno přesahovat 40 °C, což klade enormní nároky na chlazení výpočetní techniky.
Klasické vzduchové chlazení spotřebovává velké množství energie a vyžaduje neustálou filtraci prachu. Provozovatelé modulárních kontejnerů proto sahají po pokročilejších metodách, jako je kapalinové nebo přímo imerzní chlazení, kde jsou serverové desky ponořeny do nevodivé kapaliny. Tím se snižuje spotřeba vody i energie potřebné na odvod tepla v nehostinném prostředí.
Ekonomika drahého hardwaru
Základní ekonomickou otázkou zůstává návratnost výpočetní techniky. Nejmodernější akcelerátory pro umělou inteligenci stojí desítky tisíc dolarů za kus a investoři obvykle požadují jejich vytížení v nepřetržitém režimu 24/7, aby se vysoké kapitálové náklady splatily před morálním zastaráním čipů. Nechat takto drahý hardware běžet pouze šest až osm hodin denně během slunečního svitu by bylo ztrátové.
Ekonomika proto dává smysl především při nasazení starších generací grafických karet, jejichž pořizovací hodnota je již z velké části odepsaná, nebo u specifických úloh. Provozovatelé dělí výpočetní zátěž podle její citlivosti na přerušení:
- Kritické služby: Běžný webový hosting a klientské aplikace vyžadují nepřetržité napájení a pro tento typ instalace se nehodí.
- Dávkové výpočty: Dlouhodobé trénování modelů a dávkové zpracování vědeckých dat lze pozastavit a obnovit ve chvíli, kdy panely opět vyrábějí přebytek.
Kombinace solárních parků s lokálními spotřebiči snižuje ekonomické ztráty provozovatelů elektráren a brání plýtvání čistou energií. Zda se modulární kontejnery uplatní v masovém měřítku, určí především rovnováha mezi cenou použitého hardwaru a úsporami za prakticky bezplatnou přebytečnou elektřinu.
