データセンター向けの太陽光-プラス-ストレージ: 単純な切り替えではありません

データセンターの規模と複雑さが増大するにつれ、安価で信頼性の高い電力をデータセンターに供給することがかつてないほど急務になっています。日本の複合企業である日立の一部門である日立エナジーの最高技術責任者 (CTO) であるゲルハルト・サルゲ氏は、再生可能エネルギーとデータセンター運営の関係に光を当て、技術的には実現可能だが、成功するには慎重な計画、適切なインフラストラクチャ、そして総合的なアプローチが必要であると述べた。

「送電網で何が起きているかを見ると、再生可能エネルギーは発電側の積極的な要素であり、データセンターは需要側の積極的な要素である」とサルジ氏はpv誌に語った。 「それに加えて必要なのは、柔軟性の次元です。そのためには、これらすべての要素を統合するために、ここでもアクティブに機能するストレージとグリッドが必要です。」

Salge 氏によれば、鍵となるのはアクティブなグリッドであり、単に状況に反応するパッシブなシステムではありません。再生可能エネルギーの増加、需要パターンの変化、新しい負荷センター、バッテリーなどの貯蔵オプションや揚水水力などの既存施設により、供給の安全性、電力品質、コストの最適化を維持するために、これらのリソースを積極的に調整することが重要です。

「しかし、再生可能エネルギーとデータセンターの間の影響と相関関係について話すときは、需要側、発電側、貯蔵側、そしてその間のアクティブな送電網など、電力システムのすべての要素の柔軟性を常に考慮する必要があります。」と同氏は述べ、弱い送電網や混雑した送電網ではこの目的は果たせないと指摘しました。

AIデータセンター
Salge氏は、すべてのデータセンターが同じではないと警告した。 「従来型のデータセンターとAIデータセンターがある」と同氏は語った。 「従来のデータセンターは本質的に、ある程度の変動を伴う高負荷システムです。検索エンジンや他のアプリケーションからのリクエストを処理するプロセッサが多数含まれているため、ワークロードはそれらのプロセッサ全体に確率的に分散されます。これにより、ランダムな増減を伴うベースライン負荷が生成されます。これが、従来のデータセンターの典型的な負荷パターンです。」

対照的に、AI ワークロードは GPU または AI アクセラレータに大きく依存しており、継続的に大量の電力を消費します。従来のデータセンターとは異なり、AI データセンターは持続的な高負荷で動作することが多く、場合によっては長期間にわたって最大容量に近い状態で動作します。

「AI データセンターは特に並列コンピューティングを得意としています」とサルジ氏は説明しました。 「非常に多くのものが同じ需要パターンで同時に引き起こされるため、需要プロファイルにこのようなスパイクの上下が生じ、それらは完全に並行して発生します。」

これらの変動は、電力供給と、接続されたグリッドの電圧および周波数の品質の両方に課題をもたらします。 「したがって、エネルギー貯蔵システムまたはスーパーキャパシタからAIデータセンターの需要に有効電力を輸送する必要があります。そして、それには実際にデータセンターの有効電力の制御が含まれる必要があります。必要なのは、有効電力を供給するか、その後ピークが下がったときにそれを吸収するために、ストレージユニットとAIデータセンターの間の相互作用です。それはスーパーキャパシタでも行うことができます。」

バッテリーはスーパーキャパシタよりもはるかに多くのエネルギーを保存できますが、スーパーキャパシタはより小さなエネルギーをより頻繁に保存できます。 「しかし、負荷よりも小さいバッテリーを搭載し、実際にバッテリーを全容量までサイクルさせる必要がある場合、バッテリーはデータセンターではあまり長くは持ちません。バーストの頻度が非常に高いため、バッテリーの劣化が非常に早く進みます。そのため、スーパーキャパシタはより多くのサイクルを実行できます」とサルジ氏は強調した。

また、バッテリーとスーパーキャパシタはどちらも成熟したテクノロジーですが、{0}どちらか一方、または従来のキャパシタとの組み合わせの最適な設定は、ストレージのサイズ、ラックの数、電圧レベル、全体的なシステム設計に依存するとも述べました。{1}

AI トレーニング バーストの管理

サルジ氏は、地域を越えてグリッドコードに準拠することの重要性を強調した。 「電力システムに対して善良な市民になる必要がある」と彼は言う。 「地域の電力会社と協力して、系統規約に違反していないこと、またデータセンターを系統に戻すのに支障をきたしていないことを確認する必要があります。再生可能エネルギーとデータセンターが同じ場所に設置されている場合、これを行う良い方法は、データセンター領域内ですでに再生可能エネルギーの供給を管理することです。さらに、将来に適した開発済みの系統を持っていることは明らかな利点です。なぜなら、ストレージと再生可能エネルギーを管理するための柔軟性の要素とアクティブな要素がはるかに多いからです。-統合し、データセンターの動的負荷を管理します。」

グリッドが最新のアクティブに稼働する機器に将来適合しない場合、オペレーターは大幅に大きなストレスを受けることになります。{0} 「代わりに、全体的な計画を立てることで、データセンターの柔軟性の一部を制御可能なデマンドレスポンス機能として利用することもできる」とサルジ氏は述べ、データセンター運営者は電力システムの利用可能な容量がより多くある期間にAIトレーニングのバーストを調整できると付け加えた。これにより、データセンターの需要は予測可能で制御可能となり、準備が整った場合にのみグリッドに負荷がかかります。

「結論として、技術的な実現可能性に関して言えば、可能です。しかし、それには適切な構成が必要です」とサルジ氏は述べた。

経済的実現可能性
経済面に関しては、データセンターとの統合に必要な送電網の柔軟性を考慮しても、太陽光と風力が依然として最も安価な電源であるとサルジ氏は考えています。太陽光発電は最も早く導入でき、風力発電はそれをうまく補完し、両方を並行して拡張できます。

「データセンターの需要が増加するには、再生可能エネルギーか従来型電力かを問わず、投資が必要です。経済は市場に依存しており、市場メカニズム、規制、技術的な送電網計画は相互に関連しており、エネルギーの流れ、価格設定、システムの安定性に影響を与えます」と同氏は述べた。

「開発者には、信頼性、手頃な価格、社会的受容性を確保するために、最初からすべての関係者-電力会社、テクノロジー プロバイダー、プランナー-と協力することをお勧めします。全体的な計画を立てることで、事後対応的な修正が回避され、より良い長期的な成果が得られます。」-と Salge 氏は結論づけています。