Siêu máy tính giải quyết thách thức lưới điện

Siêu máy tính giải quyết thách thức lưới điện

Dữ liệu lớn  đang đóng một vai trò ngày càng lớn trong ngành công nghiệp năng lượng tái tạo và sự chuyển đổi của lưới điện của quốc gia, và không có thực thể duy nhất cung cấp một công cụ tốt hơn cho dữ liệu đó hơn Hệ thống Năng lượng Cơ sở tích hợp của Bộ Năng lượng (ESIF) nằm trong khuôn viên trường Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo quốc gia (NREL). Tưởng tượng của các nhà lãnh đạo NREL người đã nhìn thấy trước các khả năng tính toán hiệu năng cao (HPC), trung tâm dữ liệu HPC của ESIF là hoàn thành mục tiêu xử lý các bộ dữ liệu lớn và phức tạp vượt quá các quy trình cơ sở dữ liệu truyền thống.

"Khi ngành công nghiệp di chuyển về phía trước để tích hợp tất cả các năng lượng tái tạo, dữ liệu lớn là một phần quan trọng của câu đố," Giám đốc phát triển kinh doanh ESIF Martha Symko-Davies nói."Mối liên hệ giữa mô hình hóa và mô phỏng, phần cứng, và tốt, xấu, và tổng hợp dữ liệu - tất cả các bộ phận của toàn bộ câu đố - bị bắt giữ tại ESIF thông qua dữ liệu lớn." Đó là lý do tại sao Peregrine siêu máy tính của ESIF, dành riêng bởi Bộ trưởng Năng lượng Ernest Moniz trong tháng 9 năm 2013, là rất quan trọng; nó có thể làm nhiều hơn một nghìn triệu triệu phép tính mỗi giây là một phần của trung tâm dữ liệu trên thế giới hầu hết năng lượng-hiệu quả HPC.

Đặt câu hỏi lớn

"Peregrine cung cấp khả năng tính toán rất cần thiết để mô hình các hệ thống phức tạp như lưới điện, cho phép chúng tôi hỏi 'nếu' câu hỏi, và để tối ưu hóa cách các hệ thống được thiết kế và triển khai với sự tự tin cao hơn nhiều hiệu quả và mạnh mẽ của họ," NREL Trung tâm Khoa học tính toán Giám đốc Steve Hammond cho biết.

Ngày càng có nhiều những "cái gì nếu" liên quan đến những thách thức của việc cung cấp năng lượng phân phối cho lưới điện khi mặt trời chiếu sáng và gió thổi, trong khi làm cho nó thậm chí còn đáng tin cậy hơn khi lưới điện là một hệ thống phân phối một chiều của nhiên liệu hóa thạch dựa trên năng lượng . "Bằng cách tập trung vào việc tích hợp và tối ưu hóa các hệ thống năng lượng trên cơ sở hạ tầng năng lượng, chúng ta có thể hiểu rõ hơn và sử dụng tiềm năng đồng lợi ích làm tăng độ tin cậy và hiệu suất, giảm chi phí, và giảm thiểu tác động môi trường," NREL Giám đốc Hệ thống năng lượng tích hợp ( ESI) Ben Kroposki nói.

Tập trung này sẽ giúp bản đồ đường NREL sẽ đi tiên phong với Bộ Năng lượng để hiện đại hóa lưới điện của quốc gia. Các ESIF "sẽ là một trọng tâm chính của DOE để giúp chúng tôi chuyển đổi hệ thống năng lượng mà chúng ta cần trong năm 2030," Moniz nói với khán giả tại sự cống hiến của ESIF. Các ESIF là "bước lên chúng ta cần phải nâng cao hệ thống năng lượng tích hợp", ông nói.

Nhờ vào năng lực của ESIF và Peregrine, các nỗ lực đang được tiến hành tại NREL để di chuyển nghiên cứu quy mô thương mại và phát triển và thử nghiệm về phía trước. Vào tháng Giêng năm 2014, NREL đã bắt đầu lắp ráp một liên kết ảo từ ESIF Trung tâm Công nghệ Quốc gia NREL gió và các phòng thí nghiệm và các trường đại học quốc gia khác. "Chúng tôi đang thiết lập mạng ảo này để chúng tôi có thể gõ vào nguồn lực và kiến ​​thức của người khác và không cố gắng để tạo lại nó ở đây tại 

NREL," NREL Phó Giám đốc Phòng thí nghiệm cho ESI Bryan Hannegan nói.

NREL không làm việc một mình, Symko-Davies ghi nhận. "Các nhà nghiên cứu ở đây, cùng với những nỗ lực của Bộ Năng lượng, và các đối tác bên ngoài - các công ty lớn và nhỏ, tiện ích, các học viện, hoạch định chính sách, và những người khác - tất cả đều giúp đỡ để giải quyết các vấn đề chung."

ESIF và NREL Đối tác làm việc cùng nhau

Hợp tác là chìa khóa, và rất khó có dây vào cốt lõi của ESIF. NREL hợp tác với Hewlett-Packard (HP) và Intel để phát triển sáng tạo nước ấm, làm mát bằng nước Peregrine siêu máy tính.

HP Apollo nền tảng siêu máy tính làm mát bằng nước cung cấp nền tảng cho mô hình số và mô phỏng, cho phép các nhà khoa học để đạt được những hiểu biết mới vào một loạt các chủ đề. Tuy nhiên, như các hệ thống HPC mở rộng quy mô của bậc độ lớn, tiêu thụ năng lượng và căng thẳng tản nhiệt các hệ thống hỗ trợ và các cơ sở mà chúng được đặt. HPC với trung tâm dữ liệu của NREL, 90% hoặc nhiều hơn nhiệt thải của máy tính bị bắt và tái sử dụng như là nguồn nhiệt chính cho văn phòng ESIF và không gian trong phòng thí nghiệm.

Các ESIF thực sự được thiết kế cho các đối tác - và NREL và cơ sở vật chất đẳng cấp thế giới của nó đã làm cho nó biết rằng họ đang mở ra cho doanh nghiệp. "Chúng ta đã biết rằng ngành công nghiệp rất háo hức cho một nơi như ESIF, cho phép các công ty tiện ích và các nhà đầu tư để xem công nghệ làm việc trong thời gian thực và trên quy mô lớn", Giám đốc NREL Dan Arvizu nói.

Ví dụ, ngành công nghiệp năng lượng nâng cao được tích hợp truy cập vào phòng thí nghiệm của ESIF Power Systems thử nghiệm công nghệ biến tần mới của quang điện năng lượng mặt trời (PV) với phần cứng-in-the-loop hệ thống của cơ sở và mô phỏng lưới megawatt quy mô. Biến tần của công ty sẽ hỗ trợ một mạng lưới thông minh hơn có thể xử lý dòng chảy hai chiều của quyền lực và thông tin liên lạc trong khi giảm chi phí phần cứng.

Do tính chất của biến đổi khí hậu toàn cầu, điều quan trọng là các ESIF có một khoảng cách xa. Trong một sáng kiến ​​chung gần đây giữa Hải quân Mỹ và các phòng thí nghiệm, NREL trình diễn thành công một hệ thống quản lý năng lượng tùy chỉnh thiết kế mới để tối đa hóa năng lượng mặt trời PV trên một căn cứ hải quân ở Hawaii trong khi làm mịn ảnh hưởng của thế hệ pin mặt trời biến bằng cách nạp và xả pin.

Khi nhu cầu về các ESIF mở rộng, nó giúp một khu vực quan trọng của tăng trưởng: thương mại hóa. "Khi ngành công nghiệp và NREL làm việc chặt chẽ với nhau, những điều tuyệt vời xảy ra. Các khả năng của các nhà sản xuất cho phép ESIF, công nghiệp và các lĩnh vực năng lượng sạch để mang lại những ý tưởng mới để thị trường", Phó giám đốc Phòng thí nghiệm NREL Đổi mới, Hợp tác, và Outreach Bill Farris nói .

Và nó xuất hiện có khả năng là ESIF và khả năng HPC của nó sẽ có nhu cầu ngày càng tăng trong những năm tới. Từ đó đã được ra trên cơ sở phòng thí nghiệm một năm tuổi, đó là nhà của 200 nhà khoa học và kỹ sư - và các biên tập viên của Tạp chí R & D đã đặt tên nó là 2014 phòng thí nghiệm của năm.

Không ngạc nhiên, trung tâm dữ liệu HPC siêu hiệu quả được sự chú ý. Nó đã giúp NREL kiếm 2013 Sở giải thưởng bền vững Năng lượng Mỹ cho lãnh đạo trong công nghệ thông tin xanh, bao gồm thực hành quản lý điện tử của phòng thí nghiệm và đẳng cấp thế giới trung tâm dữ liệu HPC.

Các ESIF và mô hình Peregrine những gì tương lai giữ cho hệ thống lưới điện và năng lượng, đồng thời giúp ngành công nghiệp và các đối tác tìm một con đường để thương mại hóa các công nghệ cần thiết để thực hiện chuyển đổi đó.