Екзафлоповите суперкомпютри и центровете за данни могат да се окажат сърцето на бъдещите градски топлофикации (снимка: CC0 Public Domain)
Екзафлоповите компютри са способни да се справят с колосални изчислителни задачи. Като всеки съвременен център за данни обаче и те отделят много излишна топлина. Сега изследователи търсят начин да се уверят, че жегата от екзафлоповите суперкомпютри, отнемана чрез течни охладители, може да се пренася някъде, където да е полезна – в домовете на хората.
Международен проект на стойност 3,3 милиона долара ще проучва съхраняването на отпадна топлина от бъдещия суперкомпютър в Единбургския университет и използването ѝ за отопление на домовете в града.
Модерният изчислителен център на университета в Единбург – Advanced Computing Facility (ACF) – вече разполага със суперкомпютър и по план трябва да стане дом на първия екзафлопов компютър в Обединеното кралство. Това ще се случи през 2025 г.
Но не само учените от света на фармацевтиката и климатологията горят от нетърпение да видят новата машина в действие. Изследователи от Edinburgh Geobattery ще проучват полезните странични ефекти от работата на екзафлоповото чудовище – използването на нейната жега за отопление на къщите на гражданите.
ЦоД като топлофикация
Компютрите и центровете за данни отдавна се разглеждат като източници на отопление за домовете, разположени недалеч. Схемата изглежда като да е такава, в която всички печелят: центърът за данни се отървава от излишната топлина, а хората получават топлина без горене на изкопаеми горива. И, евентуално, по-евтино.
За да стане възможно това обаче е необходимо домовете в дадено селища да са свързани към голяма, обща топлопреносна мрежа. Такива мрежи има в много европейски градове. Някога захранвани от въглищни ТЕЦ, сега повечето такива мрежи усвояват топлинна енергия от ново поколение генератори, работещи с по-екологични горива (слама, селскостопански отпадъци, костилки и др) или дори с абсолютно екологична енергия (слънчева, геотермална).
Според плана на Единбургския университет, жегата от нейния ACF ще може да стопля най-малко 5000 домакинства, след като се изгради екзафлоповата машина. ACF и сега освобождава до 70 GWh излишна топлина годишно. Това количество обаче ще се увеличи до 272 GWh, след като пристигне суперкомпютърът от следващо поколение с екзафлопови параметри, за който финансиране дава правителството на Обединеното кралство.
Системата, която трябва да бъде инсталирана в специално построено крило на ACF на стойност 39,24 милиона долара, със сигурност ще използва течно охлаждане като всички съвременни високопроизводителни изчислителни системи (HPC).
Топлинен буфер
Едно от големите предизвикателства на топлофикационните мрежи, черпещи енергия от слънцето или от центрове за данни, е в разминаването между генерация и потребление. Слънцето пече най-много и подгрява водата в колекторите през лятото – време, в което не искаме отопление на домовете. Искаме го през зимата, но тогава слънцето е слабо.
При центровете за данни също има съществено разминаване: те произвеждат топлина постоянно, като изчислителната им дейност постоянно се увеличава и жегата става все повече – а ние искаме да я използваме вкъщи само през зимата.
Поради това голяма част от съвременните топлофикации предвиждат т. нар. топлинен буфер – голям и добре изолиран резервоар, който съхранява топлината до настъпването на зимата.
В Единбург за топлинен буфер обаче ще се използват стари мини. Идеята е за съхраняване на топла вода при 40 градуса в изоставени минни галерии, преди да дойде време тя да се използва за битово отопление в града.
Изследователската част от проекта е точно в тази част: той ще разгледа транспортирането на отпадната топлина от суперкомпютъра на университета до минните тунели „чрез естествен поток от подземни води“ и след това използване на термопомпи за преместване на тази топлоенергия, така че да може да затопля домовете на хората.
Университетът казва, че „една четвърт от домовете в Обединеното кралство … се намират над бивши мини“, което означава, че потенциално седем милиона домакинства могат да получават топлина по този начин.
Но почакайте, 40 градуса не е ли малко?
Нискотемпературно отопление
40 градуса изглежда доста малко за отопление чрез топлофикация. Традиционните топлофикационни мрежи, захранвани от ТЕЦ, обичайно доставят доста по-висока температура до радиаторите в домовете.
Инициаторите на проекта в Единбург не споделят какво е технологичното решение в техния проект. Като цяло в подобен сценарий съществуват две решения.
Нискотемпературното отопление е съвременната тенденция за подгряване на жилищата, която се очаква да стане популярна в съвременното строителство. При този похват жилищата нямат радиатори, а тръбни серпентини, вградени в подовете и стените. В тези тръбни пътища циркулира топлопреносна течност с относително ниска температура – не повече от 42 градуса. Поддържането на подовете и стените топли създава уют и несравним термален комфорт.
По-важното обаче е, че тази технология се смята за такава с по-висока енергийна ефективност. Приложима е за сгради с добра топлоизолация.
Извличането на топлината от 40-градусовата вода посредством термопомпи е другият вариант за проекта в Единбург. В случая става дума за промишлени термопомпи, които отопляват цели градове. От водата, поддържана топла в изоставените мини, термопомпите ще извлекат жега, за да я подадат към топлофикационната мрежа. Тази технология е приложима за „старите“ радиатори, при които подгряващият флуид трябва да е наистина горещ.