مراكز البيانات المرنة بوصفها موارد طاقة تفاعلية مع الشبكة: إطار تحسين متعدد الأهداف للاستجابة للطلب، ودمج الطاقة المتجددة، وتخزين الطاقة

الملخص

يؤدي التوسع المتسارع في الحوسبة السحابية والذكاء الاصطناعي إلى زيادة الطلب على الكهرباء في مراكز البيانات، بالتزامن مع تفاقم ازدحام الشبكات الكهربائية المحلية وتأخر عمليات الربط بها. ومع ذلك، تمتلك مراكز البيانات مجموعة من الموارد القابلة للتحكم، تشمل أحمال الحوسبة القابلة للتأجيل، وأنظمة تخزين الطاقة بالبطاريات، وتوليد الطاقة المتجددة في الموقع، وأنظمة التبريد المرنة، مما يتيح لها العمل بوصفها موارد طاقة تفاعلية مع الشبكة. تطوّر هذه الدراسة إطار تحسين خطي متعدد الأهداف لتنسيق تشغيل هذه الموارد. ويهدف النموذج المقترح بصورة متزامنة إلى تقليل تكاليف الكهرباء، والانبعاثات الكربونية التشغيلية، والطلب الأقصى على الشبكة، مع الحفاظ على متطلبات خدمات الحوسبة، والحدود التشغيلية للبطارية، وتوازن القدرة .استُخدمت دراسة حالة توضيحية وشفافة تمتد على مدار 24 ساعة لعرض فاعلية الإطار المقترح. وقورنت أربع استراتيجيات تشغيلية، هي: التشغيل التقليدي، وترحيل أحمال الحوسبة زمنياً، والمرونة المعتمدة على البطارية فقط، والتحسين المنسق. وفي ظل الافتراضات الاصطناعية المحددة، أسهمت استراتيجية التحسين المنسق في خفض ذروة الطلب على الشبكة، وتكاليف الطاقة اليومية، والانبعاثات التشغيلية مقارنةً بحالة التشغيل التقليدي، مع المحافظة على الاستفادة الكاملة من الطاقة المتجددة المتاحة في الموقع. كما توضح النتائج أن جدولة أحمال الحوسبة وتخزين الطاقة يمثلان موردين متكاملين؛ إذ تعمل الجدولة على نقل الطلب القابل للتأجيل إلى الفترات التي تنخفض فيها أسعار الكهرباء والانبعاثات الكربونية، في حين يوفر التخزين موازنة زمنية سريعة ودعماً خلال فترات ذروة الطلب. ويوفر الإطار المقترح أساساً قابلاً لإعادة التطبيق في دراسات أوسع تشمل مواقع متعددة لمراكز البيانات، وحالات عدم اليقين، وأسواق الخدمات المساندة، والديناميكيات الحرارية، والحوسبة المراعية للانبعاثات الكربونية. وينبغي تفسير النتائج بوصفها عرضاً منهجياً متسقاً داخلياً، وليس قياسات فعلية مأخوذة من منشأة تجارية.