Pangangailangan sa Enerhiyang Nuklear para sa Teknolohiya ng AI sa mga Lungsod: Ang Pagsasaalang-alang ng Isang Inhinyero

Ang larawan ng pangangailangan sa enerhiya, na may mga tunay na numero

Ayon sa ulat ng IEA (International Energy Agency) na “Electricity 2024”, noong 2022, ang mga sentro ng data, mga sistema ng AI, at mga sistema ng pagmimina ng cryptocurrency ay gumamit ng humigit-kumulang 460 TWh ng enerhiya, na katumbas ng halos 2% ng kabuuang paggamit ng enerhiya sa buong mundo. Ang ulat ay nagtataya na ang pinagsamang paggamit ng enerhiya para sa mga layuning ito ay maaaring lumampas sa 1,000 TWh by 2026—isang antas na maihahambing sa taunang paggamit ng enerhiya ng Japan. Nagtataguyod kami ng ulat na ito sa halip na ng mga porsyento ng pagtaas sa paggamit ng enerhiya na walang pinagmumulan, dahil ang pinagmumulan ng mga datos ay ang nagtatakda kung ang mga pagtatantiya ay maaaring mapagkatiwalaan o hindi.

Klase 1: mga sentro ng data – kung saan nakatutulong ang sistema ng PV (Photovoltaic) at storage, at kung saan hindi

Para sa isang sentro ng data, ang sistema ng PV plus storage ay nagagamit sa tatlong pangunahing layunin:

1. Pagbabawas sa pinakamataas na pagkakailangan ng kuryente (Peak shaving) : Ang mga baterya ay ginagamit upang mabawasan ang halaga ng kuryente sa panahon ng pinakamataas na pagkakailangan.
2. Pagsingil ng kuryente sa panahon ng mababang pagkakailangan (Valley filling) : Kuryente mula sa mga panel ng PV ay inililipat sa mga sistema ng storage sa hapon, kapag maraming kuryente ang nagagawa at ang presyo ng kuryente ay mababa.
3. Pagpapanatili ng operasyon ng mga mahalagang sistema kahit may mga problema sa grid (Ride-through) : Ang sistema ay nagpapahintulot na ang mga mahalagang sistema ay patuloy na gumana kahit may mga problema sa grid.

Ngunit ang sistema ng PV plus storage ay hindi nagpapalit sa kapasidad ng sentro ng data na kinakailangan upang mapanatili ang tuloy-tuloy na operasyon nito. Upang mapanatili ang kapasidad ng 1 MW ng kuryente sa pamamagitan ng sistema ng PV at storage na tumatagal nang apat na oras, kailangan ang isang malaking bilang ng mga panel ng PV at sistema ng storage na kayang maglaman ng maraming kuryente (sa sukat na MWh). Sa praktika, ang grid o ang kasunduan sa pagbili ng kuryente mula sa tagapaglaan ng kuryente ang nananatiling pangunahing pinagmumulan ng kuryente. Kung ang pitch para sa isang proyekto ay “Ang kuryente ay nagmumula sa solar”, magtanong tungkol sa mga detalye ng kalkulasyon ng kapasidad ng sistema bago pagpapatibay ng proyekto.

Klase 2: Ang mga lugar sa syudad – kung saan ang sistema ng solar na nag-iisa ay ang pinakamagandang solusyon

Sa mga lugar sa syudad, ang sistema ng solar na nag-iisa ay ang pinakamagandang solusyon para sa paglalaan ng kuryente.

Ang “edge load” ay ang lugar kung saan naroon ang ating mga hardware. Ang isang kamera na nagmamatyag sa trapiko ay gumagamit ng ilang watts ng kuryente; ang isang poste ng ilaw na may smart features ay gumagamit ng 10–60 watts ng kuryente sa gabi; ang isang sensor node ay gumagamit ng kulang sa isang watt ng kuryente. Ang mga load na ito ay maliit, at kadalasang nasa mga lugar kung saan ang paggawa ng mga trench ( mga siwang sa lupa para sa mga kable) ay mahal, at ang pagkuha ng koneksyon sa grid ay nangangailangan ng maraming buwan ng pagpapahintulot mula sa mga kinauukulan. Ang mga ito ay nangangailangan lamang ng isang DC power supply na pinagkukunan ng kuryente mula sa mga baterya. Ang paggamit ng sistema na pinagsasama ang solar panels (PV) at storage systems ay hindi isang kompromiso para sa mga ito; ito ay ang tamang solusyon.

Ang pamamaraan ng pagpapasiya sa laki (sizing method) na ginagamit natin ay ang sumunod:

1. Ayusin muna ang load (ang mga kagamitan na gumagamit ng kuryente). Sumahin ang kabuuang wattage ng mga kagamitan × ang oras ng operasyon kada gabi, plus 10–20% para sa mga gastos sa kontrol at komunikasyon; kasi ang mga tag na nasa mga kagamitan ay kadalasang undercount (baba sa totoo).
2. Dapat ay basehin ang laki ng sistema sa pinakamatindi (pinakamaraming oras ng araw) na buwan, hindi sa pang-araw-araw na average. Gamitin ang buwan na may pinakamababang bilang ng oras ng araw sa lugar, at maglaan ng pagbabawas sa kapasidad ng sistema (system derate) na 0.75–0.85 upang makatawag ng account para sa mga factor gaya ng dumi sa mga panel, temperatura, kable, at mga pagkawala dahil sa controller. Ang sistema na dinisenyo base sa pang-araw-araw na average ng oras ng araw ay kadalasang nagiging hindi sapat sa panahon ng taglamig.
3. Dapat ay ayusin ang laki ng baterya ayon sa target na oras ng pagtatrabaho nang walang kuryente mula sa grid (autonomy). Ang target ay tatlo hanggang limang araw ng pagtatrabaho nang walang kuryente mula sa grid; ang mga lugar sa mataas na latitud at may monsoon ay nangangailangan ng mas malalaking baterya. Kapasidad ng baterya = bilang ng araw ng pagtatrabaho nang walang kuryente × kung gaano karaming Wh (watt-hours) ang baterya ay kayang maglabas ng kuryente kada gabi ÷ ang usable depth of discharge (ang kapasidad ng baterya na maaaring mapaggamit), na para sa LiFePO4 (lithium iron phosphate) ay karaniwang 0.8–0.9.
4. Dapat ay magkakasabay ang laki ng baterya at ng controller. Ang mga modernong panel na may mataas na kapasidad (high-Wp) na ginagamit sa mga sistema na tumatanggap ng 12/24 V kuryente ay nangangailangan ng MPPT (Maximum Power Point Tracking) controller; ang mga panuntunan tungkol sa pagpili ng controller ay nakatala sa aming MPPT vs PWM guide. Ang controller sizing calculator ay tumutulong sa pagkalkula ng mga kinakailangan para sa sistema.

Distributed generation on urban buildings

Ang mga solar panel (PV) na naka-install sa mga rooftop at walls ng mga office building at shopping malls ay unang nagbibigay ng enerhiya para sa mga AI system na ginagamit sa mga gusali na iyon. Ang claim na ang mga solar panel ay maaaring magbigay ng sapat na enerhiya ay nananatiling totoo kapag ang mga kinakailangang assumptions ay isinama sa pagkalkula. Halimbawa, isang medium-sized commercial building na naglaan ng buong roof nito para sa mga solar panel (let’s say 1,000 m² ng usable area, with an average power output of 150 W/m²) ay maaaring maglabas ng humigit-kumulang 150 kWp ng enerhiya. Dati ng 1,200–1,500 kWh ng enerhiya kada kWp kada taon (na nag-iiba-iba batay sa lokasyon), ang building na ito ay maaaring magproducir ng 180,000–225,000 kWh ng enerhiya taon-taon. Ang tunay na mga benepisyo ng paggamit ng solar panels ay hindi lang sa aspekto ng enerhiya, kung hindi rin sa aspekto ng estruktura: ang mga panel ay nasa lugar kung saan ginagamit ang enerhiya, kaya ang mga pagkalugi sa pagdadala ng enerhiya (transmission losses) ay nababawasan; gayundin, ang building ay maaaring mag-adjust sa sarili nitong pagkonsumo ng enerhiya ayon sa pagkakaroon o kakulangan ng enerhiyang nagmumula sa mga solar panel.

Centralized Plants and the Grid

(The real benefits of solar panels are not only in energy savings but also in structural improvements; the panels are placed where energy is used, reducing transmission losses, and allowing buildings to adjust their energy consumption based on solar energy availability.)

Ang mga planta ng lakas-nagamit (utility-scale plants) na matatagpuan sa mga gilid ng siyudad ay nagbibigay ng kuryente nang direkta sa sistema ng kuryente ng siyudad (urban grid), at ang mga sistema ng pag-iimbak ng kuryente (grid-side storage) ay tumutulong upang ilipat ang enerhiyang nanggaling sa solar power sa panahon ng pinakamataas na pangangailangan ng mga sistema na gumagamit ng artificial intelligence (AI). Ang taong namamahala ng koordinasyon sa mga prosesong ito ay ang operator ng grid, hindi ang may-ari ng gusali; ang mga isyung inhinyeriyal (kagaya ng pagkakakonekta ng mga sistema, mga tuntunin tungkol sa pagbabago ng kuryente, at pagbabawas sa paggamit ng kuryente) ay bahagi ng mga pag-uusap na ginagawa ng operator ng grid. Ipinapakita natin ito dito dahil kadalasan ay magkakasanib ang mga detalye tungkol sa dalawang uri ng proyekto (proyektong may solar power at proyektong may gamit ng AI) sa isang solong paglalarawan. Ang totoo ay, ang dalawang ito ay magkaibang proyekto.

Ano ang hindi nasasaklaw ng pahinang ito

Ang pahinang ito ay naglalahad ng mga konsepto at arkitektura ng mga device na ginagamit sa paggamit ng solar power kasama ng mga sistema ng pag-iimbak ng kuryente para sa mga pangangailangan ng mga sistema na gumagamit ng AI. Hindi ito naglalahad ng mga detalye tungkol sa disenyo ng mga data center, mga pag-aaral tungkol sa pagkakakonekta ng mga sistema ng kuryente sa grid (utility interconnection studies), o pagpapabuti ng mga taripa (tariff optimization); ang mga ito ay mga aspekto na espesipiko sa bawat proyekto. Para sa paggamit ng solar power sa mga ilaw sa kalye (streetlights), ang aming produkto na all-in-one solar street light ay ang hardware na ginagamit sa mga proyektong ganitong uri. Ang mga aspekto tungkol sa ekonomiya ng pagpapababa ng paggamit ng kuryente sa panahon ng pinakamataas na pangangailangan ay nauugnay sa mga taripa, hindi sa teknolohiya; kailangan munang magtayo ng model para sa mga tuntunin tungkol sa pagbabago ng singil (rate schedule) bago magtayo ng model para sa mga sistema ng pag-iimbak ng kuryente (battery systems).