شہری کمپیوٹری علوم (AI) کے لیے سولر پاور: ایک انجینیر کا نظریہ

بجلی کی مطلوبات کا تجزیہ (Analysis of Electricity Demand)

IEA کی رپورٹ “Electricity 2024” کے مطابق، 2022 میں ڈیٹا سنٹر، کمپیوٹری علوم، اور کرپٹوکرنسی کی کانی کے عملیات میں تقریباً 460 ٹیراواٹ-گھنٹے (TWh) بجلی کا خرچ ہوا؛ جو عالمی بجلی کے کُل خرچ کا تقریباً 2% تھا۔ رپورٹ میں پیش گوئی کی گئی ہے کہ 2026 تک یہ مجموعی خرچ 1,000 ٹیراواٹ-گھنٹے سے بھی زیادہ ہو سکتا ہے… جو جاپان کے سالانہ بجلی کے خرچ کے برابر ہوگا۔ ہم اسی رپورٹ کو حوالہ دیتے ہیں، نہ کہ بغیر مصدر کے اعداد کو… کیوں کہ مصدر کی معلومات ہی ایک اعداد کو حقیقی اعداد میں بدل سکتی ہےۤ

کلاس 1: ڈیٹا سینٹرز – جہاں سولر پاور (PV) اور اسٹوریج (Storage) کی مدد کار ہے، اور جہاں نہیں

ڈیٹا سینٹرز میں، سولر پاور اور اسٹوریج کے تین اہم کام ہیں:

1. پیک شیونگ (Peak Shaving): مطلوبہ بجلی کے وقت بیٹریاں چارج کرکے بجلی کے استعمال کے پیک کو کم کرنا۔
2. ویلی فلینگ (Valley Filling): دن کے وقت، جب بجلی کی پیداوار زیادہ ہوتی ہے اور اس کی قیمت کم ہوتی ہے، سولر پاور سے بیٹریاں چارج کرنا۔
3. رائڈ-تھرو (Ride-Through): بجلی کے نظام میں کسی بھی خرابی کے دوران بھی اہم سسٹموں کو چلانا جاری رکھنا۔

لیکن سولر پاور اور اسٹوریج، مستقل بجلی کے استعمال کیلئے مطلوب مستحکم بجلی کی پیداوار کا متبادل نہیں بن سکتے۔ مثلاً، 1 میگاواٹ کے مستقل بجلی کے استعمال کیلئے سولر پاور اور چار گھنٹے کی اسٹوریج کی ضرورت ہوتی ہے؛ اس کیلئے بڑے پیمانے پر سولر پاور پلانٹ اور اسٹوریج سسٹم لگانے پڑتے ہیں۔ عملی طور پر، گریڈ (Grid) یا مستحکم بجلی خریداری کے معاہدے (Firm Power Purchase Agreement) ہی بجلی کا بڑا ماخذ رہتے ہیں۔ اگر کسی پروجیکٹ کے تعاریف میں لکھا ہے کہ “سولر پاور ڈیٹا سینٹر کو چلاتی ہے”， تو پہلے ہی اس پروجیکٹ کے حسابات کو جان لیں۔

کلاس 2: شہری علاقے – جہاں سولر پاور کا استعمال قدرتی انتخاب ہے

شہری علاقوں میں، سولر پاور کا استعمال بجلی کی پیداوار اور تقسیم کے نظام کا قدرتی حصہ بن گیا ہے؛ یہاں سولر پاور کے ذریعہ بجلی کی پیداوار کی کفایت اور قابل اعتمادیت زیادہ ہے۔

“ایج لوڈ” (Edge Load) وہی ہے جہاں ہمارے ہارڈویئر کا استعمال ہوتا ہے۔ ایک ٹریفک کیمرہ چند واٹ بجلی کا استعمال کرتی ہے؛ ایک اسمارٹ سٹریٹ لائٹ پول رات بھر میں 10 سے 60 واٹ بجلی کا استعمال کرتا ہے؛ جبکہ ایک سنسر نوڈ (Sensor Node) تقریبا ایک واٹ بجلی ہی خرچ کرتا ہے۔ یہ سب چھوٹے بجلی کے استعمال کرنے والے آلے ہیں، اور ان کو ایسی جگہوں پر لگایا جاتا ہے جہاں کھدائی کرنا مہنگا ہے، اور گریڈ (Grid) سے جوڑنے کے لئے مہینوں کے اجازت نامے لگانے پڑتے ہیں… ان کیلئے بیٹری سے مدد یافتہ ڈی سی (DC) بجلی کا سپلائی کافی ہے۔ ان کے لئے “ایسٹینڈ الون فوٹو وولٹائک (Standalone Photovoltaic) + اسٹوریج (Storage)” سسٹم کوئی مصالحہ نہیں ہے؛ بلکہ یہی درست حل ہے۔ ہم جو طریقہ اپناتے ہیں، اس کا ترتیبی بیان یہ ہے…

1. پہلے بوجھ کو درست کریں۔ کُل فیکٹری کی واٹیج × راترانہ آپریشنل گھنٹے، اضافی 10–20% کا اضافہ کنٹرول اور کمیونیکیشن کے اخراجات کے لئے؛ کیونکہ نیمبر پلیٹ (nameplate) پر دی گئی معلومات کم ہوتی ہے۔
2. سسٹم کا حجم سب سے بدترین ماہ کے حساب سے تعیین کریں، نہ کہ سالانہ اوسط کے حساب سے۔ سائٹ پر سب سے کم سورج کے روشنی کے گھنٹوں والے ماہ کو استعمال کریں، اور سسٹم کی کارکردگی میں 0.75–0.85 کی کمی لے کر (جو دھوئی، درجہ حرارت، تاروں اور کنٹرولر کے نقصانات کی وجہ سے ہوتی ہے)۔ اگر سسٹم کا حجم سالانہ اوسط کے حساب سے تعیین کیا جائے، تو ہر دسمبر میں یہ فیل ہو جائے گا۔
3. بیٹری کا حجم اس طرح تعیین کریں کہ سسٹم مطلوبہ خودمختاری (autonomy) کے وقت تک کام کر سکے۔ ایج لوڈ (edge load) کے لئے تین سے پانچ دن کا کامیابی کا دائرہ لازم ہے؛ عالی عرض البلد کے موسم سرما اور موسم بارانی میں یہ ضرورت بڑھ جاتی ہے۔ بیٹری کی کیپیسٹی = خودمختاری کے دن × راترانہ واٹ-گھنٹے (Wh/hour) ÷ قابل استعمال دیسچارج (discharge) کی گہرائی؛ لیتھیئم آئر آئر فاسفیٹ (LiFePO4) بیٹریوں کیلئے یہ 0.8–0.9 ہے۔
4. کنٹرولر کو سسٹم کے حجم کے مطابق منتخب کریںے۔ جدید، زیادہ واٹ پیدا کرنے والے پینلوں کے لئے 12/24 وولٹ بینک کے ساتھ MPPT (میکسیمم پاور پوائنٹ ٹریکنگ – Maximum Power Point Tracking) کنٹرولر ضروری ہے؛ وولٹیج-ریشو کے معیارات ہمارے MPPT vs PWM گائڈ میں دیے گئے ہیں۔ ہمارا کنٹرولر سائزنگ کیلکولیٹر پورے عمل کو انجام دیتا ہے۔

شہری عمارتوں میں بڑھتی ہوئی بجلی کی پیداوار (Distributed Generation on Urban Buildings)

دفتری عمارتوں اور شاپنگ مولز پر لگائے گئے چھت پر اور دیواروں پر موجود سولر پاور (PV) سسٹم، پہلے خود عمارت کے آرٹیفیشیل انٹیلیجن (AI) سسٹموں کو بجلی فراہم کرتے ہیں؛ اور یہ دعوی معیاری جانچ سے پاس ہو جاتا ہے جب اسکے حسابات درست طریقے سے کئے جائیں۔ ایک متوسط حجم کی کمرشل عمارت، اگر اپنی پوری چھت کو سولر پاور سسٹم کے لئے استعمال کرے (مثلاً، 1,000 مربع میٹر کا استعمالی رقبہ، جس پر تقریباً 150 واٹ/مربع میٹر کی بجلی کی پیداوار ہوتی ہے)، تو تقریباً 150 کیلوواٹ پاور (kWp) کی بجلی پیدا کرے گی۔ اگر بجلی کی پیداوار کی شرح سالانہ 1,200 سے 1,500 کیلوواٹ-گھنٹہ (kWh/pkWp) کے درمیان ہو (جو جگہ کے حساب سے مختلف ہوسکتی ہے)، تو اس عمارت کو سالانہ تقریباً 180,000 سے 225,000 کیلوواٹ-گھنٹہ کی بجلی ملے گی۔ اس کے حقیقی فوائد صرف بجلی کے استعمال کے تعلق سے نہیں، بلکہ عمارت کی ساخت کے لحاظ سے بھی ہیں: چونکہ بجلی کی پیداواری عمارت کے اندر ہی ہوتی ہے، اس لئے بجلی کے نقل وحمل کے نقصان کم ہو جاتے ہیں، اور عمارت اپنے بجلی کے استعمال کو سولر پاور سسٹم کی پیداواری کے حساب سے مطابقت میں تنظیم کر سکتی ہے۔

مرکزی بجلی کے پلانٹ اور بجلی کا نیٹ ورک (Centralized power plants and the power grid)

شہر کے کنارے واقع بڑے پیمانے کے بجلی کے پلانٹس براہِ راست شہری بجلی نظام (urban grid) کو بجلی فراہم کرتے ہیں، اور ان پلانٹوں میں موجود ذخیرہ کرنے کی سہولیات سورج کی بجلی کو ان وقتوں میں استعمال کرنے میں مدد کرتی ہیں جب آرٹیفیشیل انٹیلیجنس (AI) کی طلب سب سے زیادہ ہوتی ہے۔ ان تمام معاملات میں تعاون شہری بجلی نظام کے آپریٹر کے ذریعہ کیا جاتا ہے، نہ کہ عمارت کے مالک کے ذریعہ؛ انجینئرنگ سے متعلق مسائل (جیسے بجلی کے نظاموں کا آپس میں جوڑنا، بجلی کی فراہمی کی شرحوں کا تعین، اور بجلی کی کمی کو کم کرنے کے طریقے) بھی اسی آپریٹر کے دائرہ کے اختیار میں ہیں۔ ہم اس بات کو یہاں اشارہ کر رہے ہیں کیوں کہ کئی پروجیکٹ دستاویزات ان دونوں پہلوؤں (بڑے پیمانے کے بجلی پلانٹس اور ذخیرہ کرنے کی سہولیات) کو ایک ہی پروجیکٹ کے طور پر پیش کرتی ہیں، جبکہ در حقیقت یے دو الگ الگ پروجیکٹ ہیں۔

اس صفحے میں کیا نہیں شامل ہے:

اس صفحے میں ان خیالات اور ٹکنولوجیوں کی تفصیلات شامل نہیں ہیں جو ڈیٹا سنٹرز کے ڈیزائن، بجلی کے نظاموں کے آپس میں جوڑنے کے مطالعات، یا بجلی کی شرحوں کو بہتر بنانے سے متعلق ہیں؛ یہ سب پروجیکٹ کے خاص مسائل ہیں۔ سڑک کے روشنی کے لیے استعمال ہونے والے سولر سسٹموں کے لحاظ سے، ہمارا ایک-فی-ایک سولر سٹریٹ لائٹ ہارڈویئر اسی تکنولوجی کا نتیجہ ہے۔ بجلی کی ضروریات کو کم کرنے سے متعلق معاشی فوائد بجلی کی شرحوں میں ہی نمایاں ہوتے ہیں، نہ کہ تکنولوجی میں؛ لہٰذا بیٹری کے ماڈل کو بنانے سے پہلے اپنے بجلی کے شرح کے پلان کو ضرور مدون کریں۔