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每當人們向ChatGPT尋求幫助時，他們的請求會通過嗡嗡作響的計算機群進行處理。這些被稱為數(shù)據(jù)中心的設(shè)施在2023年消耗了美國4%以上的電力。隨著人工智能（AI）投資的激增，對數(shù)據(jù)中心和電力的需求不斷攀升。對此，研究人員近日宣稱，他們想出了一個巧妙的能效提升方案：利用太陽的熱量提高排放廢熱的溫度，數(shù)據(jù)中心運營商可以在回收部分電力的同時，產(chǎn)生他們所需的大部分電力。日前，相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《太陽能》。
"這是非常有前景的。"美國得克薩斯州立大學(xué)的機械工程師Khosrow Ebrahimi說，“將太陽能與數(shù)據(jù)中心結(jié)合是一種創(chuàng)新方法。”
數(shù)據(jù)中心消耗的能源中，有多達一半用于冷卻系統(tǒng)，以防止電子設(shè)備過熱。這些冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的廢熱通常以水的形式泵出并排放到環(huán)境中。每個數(shù)據(jù)中心因此產(chǎn)生的能源損失，約等于4萬個美國家庭的用電量。多年來，科學(xué)家一直在尋找回收這些廢熱的方法，但他們一直被一個具有諷刺意味的問題所阻礙：它們不夠熱。
原則上，通過把水轉(zhuǎn)化為蒸汽并驅(qū)動發(fā)電機渦輪機，廢熱可以轉(zhuǎn)換回電能。但這個過程需要接近水沸點的溫度，而從數(shù)據(jù)中心流出的物質(zhì)通常只有40℃到60℃。此前的建議提出使用熱泵提高廢熱的溫度，但這種設(shè)置會消耗更多能源。
美國萊斯大學(xué)的機械工程師Laura Schaefer和她的研究生Kashif Liaqat在研究太陽能的新應(yīng)用時，對這個問題感到好奇。他們認為，如果可以用陽光代替熱泵作為額外的熱源，數(shù)據(jù)中心就可以在不需要消耗更多電力的情況下回收電力。
研究人員提出的方案被稱為“太陽能熱泵”，其原理是使數(shù)據(jù)中心的溫水廢液流經(jīng)一系列現(xiàn)成的平板太陽能集熱器。與將陽光轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池板不同，這些集熱器采用深色面板吸收陽光，將工作流體加熱成蒸汽。流經(jīng)集熱器的熱流體經(jīng)太陽輻射與廢熱雙重加熱后，驅(qū)動渦輪機發(fā)電。產(chǎn)生的電力既可返回電網(wǎng)，也可供數(shù)據(jù)中心直接使用。
為驗證該方案在現(xiàn)實中的可行性，研究人員開展了詳細的經(jīng)濟分析，其中包含對美國洛杉磯和阿什本兩個數(shù)據(jù)中心樞紐的案例研究，這兩處接收的日照量存在差異。他們發(fā)現(xiàn)，該方案可滿足數(shù)據(jù)中心約8%的能源需求。平均而言，洛杉磯和阿什本回收電力的成本將分別比當?shù)厥袌鰞r格低16.5%和5.5%。
Schaefer表示，這項技術(shù)“從‘我能否做到’的工程角度看一直是現(xiàn)實的，但從經(jīng)濟角度看則不然。”不過，隨著AI應(yīng)用的不斷增長，到2020年，數(shù)據(jù)中心的能源需求預(yù)計將增加兩倍，不斷上漲的電力成本正在改變這一局面。
“你可以在一段時間內(nèi)提高價格，可以在一段時間內(nèi)擴展能力，但總有一天，橡皮筋會因繃得太緊而無法再拉伸。”Schaefer說，太陽能熱泵會“在一端再綁一根橡皮筋，把它的能力再擴展一點”。
然而，美國勞倫斯伯克利國家實驗室的能源技術(shù)研究員Arman Shehabi擔心這種裝置的成本。研究人員估計，一個數(shù)據(jù)中心運營商安裝平板太陽能集熱器、管道和發(fā)電渦輪機的成本約為6萬美元。Shehabi認為，這"尚可，不算太劃算"——特別是運營商通常可以與公用事業(yè)公司協(xié)商廉價的電力合同，“沒有巨大的經(jīng)濟上的驅(qū)動”。
Ebrahimi基于過去為美國微軟公司提供咨詢服務(wù)的經(jīng)驗，對此持更樂觀態(tài)度。他解釋說，許多科技公司正致力于開發(fā)“獨立電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心”，這些中心依靠太陽能農(nóng)場、模塊化核反應(yīng)堆、地熱或電池儲能系統(tǒng)，以在電網(wǎng)出現(xiàn)問題時保障其數(shù)據(jù)中心的安全性。 他認為，未來這一廢熱回收技術(shù)將成為這些企業(yè)能源工具箱中的又一利器。
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