Enerji araştırması süper bilgi işlemle buluşuyor: Alman Havacılık ve Uzay Merkezi’ndeki (DLR) araştırmacılar ve BEAM-ME projesindeki ortaklar (Enerji sistemi modellerini optimize etmek için uygulamaya yönelik matematik ve bilgisayar bilimlerinde hızlandırma stratejilerinin gerçekleştirilmesi; Uygulamalı Matematik ve Enerji sistemi modellerinin optimizasyonu için bilgisayar bilimi) özel algoritmalar geliştirdi. Onların yardımıyla, bilim adamları artık zamansal ve mekansal olarak yüksek çözünürlüklü enerji senaryoları oluşturmak için yüksek performanslı bilgisayarların olanaklarını da kullanabilirler. Enerji geçişi bağlamında – yani enerji arzımızın sürdürülebilir dönüşümü – bu tür senaryolar, siyaset, iş dünyası ve toplumdaki karar vericilere kapsamlı bir genel bakış ve değerli bilgiler sağlar: olası gelişme yollarını, alternatif eylem biçimlerini ve ilgili sonuçlar. Örneğin, tek tek şehirlerin, bölgelerin veya ülkelerin enerji taleplerini ucuz, güvenli ve sürdürülebilir bir şekilde nasıl karşılayabilecekleri sorusunu yanıtlıyorlar.
Karmaşık enerji sistemi modelleri – devasa miktarda veri
Enerji piyasasındaki gelişmeler çok karmaşık. Bu nedenle enerji senaryoları, ölçümler, varsayımlar ve olasılıklardan oluşan çok büyük ve çeşitli miktarda veriye dayalıdır. Elektrik ve ısı üretimi için farklı teknolojileri, ağ altyapısını ve depolama kapasitelerini, tüketici davranışlarını ve sosyal ve ekonomik çerçeve koşullarını dikkate alırlar. Modellerin yüksek zamansal ve uzamsal çözünürlüğü, veri miktarını daha da artırır ve bilgi işlem gücü gerektirir: İdeal olarak, araştırmacılar senaryolarında mümkün olan en uzun zaman dilimlerini dikkate almak ve aynı zamanda onları mümkün olan en küçük aralıklara bölmek isterler. genel ve çok kesin açıklamalar yapabilmek. Aynısı uzamsal çözünürlük için de geçerlidir: Mümkün olduğu kadar kapsamlı ve yüksek çözünürlüklü genel bir resim, hepsi ayrı ayrı kontrol edilebilen ve değerlendirilebilen yapbozun birçok küçük parçasından oluşur.
“Bu devasa miktardaki veriler, geleneksel bilgisayarları hızla kapasitelerinin ve performanslarının sınırlarına kadar zorluyor. Terabayt aralığındaki RAM’lerde bile, bilgi işlem süreleri kontrolden çıkıyor. Bu nedenle amacımız, enerji için yüksek performanslı bilgisayarların potansiyelinden yararlanmaktı. senaryolar,” diyor DLR adına disiplinler arası BEAM-ME projesini denetleyen Dr. Benjamin Fuchs. DLR bilimcisi Fuchs, “Geleceğin enerji sisteminin sürekli artan karmaşıklığı ve kapsamlı dijitalleşmesi nedeniyle, enerji geçişinin zorlukları da büyük ölçüde bilgi teknolojisi için bir zorluk oluşturuyor” diye devam ediyor. Bu matematiksel ve teknik zorluğu üstlenen proje ortaklarından oluşan ekip, DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü, Jülich Araştırma Merkezi’ndeki Jülich Süper Hesaplama Merkezi, Stuttgart Üniversitesi’ndeki yüksek performanslı bilgi işlem merkezi, Berlin Zuse Enstitüsü ve Berlin Teknik Üniversitesi Matematik Enstitüsü ve GAMS Software şirketi.
Paralelleştirilebilen algoritmalar, süper bilgisayarların kullanılmasını sağlar
2015’ten 2019’a kadar ortaklar, Jülich ve Stuttgart’taki süper bilgisayarlar için sözde paralelleştirilebilir algoritmaları ortaklaşa geliştirdi ve test etti. Onların yardımıyla, örneğin, DLR enerji sistemi modeli REMix (Sürdürülebilir Elektrik Arzı için Yenilenebilir Enerji Karışımı) bu güçlü bilgisayarlarda hesaplanabildi. Bunlar, paralel olarak yüzlerce ila binlerce çekirdeği kullanır ve tamamen yeni bir performans düzeyi açar. Çok yüksek detay düzeyine sahip enerji senaryoları bu sayede birkaç saat içinde hesaplanabilmektedir. “Önceden, yalnızca sınırlı bir dönemden bireysel numune yıllarını modellemek mümkündü. Bu yeni teknolojinin yardımıyla, artık birkaç on yıl sonrasını planlayabiliyor ve böylece bilimsel enerji sistemi analizini çok daha ayrıntılı, daha ölçeklenebilir, daha anlamlı hale getirebiliyoruz. ve aynı zamanda çok daha hızlı,” diye özetliyor DLR- Araştırmacı Fuchs, projenin önemli bir sonucunu özetliyor.
Karmaşık enerji sistemi modelleri – devasa miktarda veri
Enerji piyasasındaki gelişmeler çok karmaşık. Bu nedenle enerji senaryoları, ölçümler, varsayımlar ve olasılıklardan oluşan çok büyük ve çeşitli miktarda veriye dayalıdır. Elektrik ve ısı üretimi için farklı teknolojileri, ağ altyapısını ve depolama kapasitelerini, tüketici davranışlarını ve sosyal ve ekonomik çerçeve koşullarını dikkate alırlar. Modellerin yüksek zamansal ve uzamsal çözünürlüğü, veri miktarını daha da artırır ve bilgi işlem gücü gerektirir: İdeal olarak, araştırmacılar senaryolarında mümkün olan en uzun zaman dilimlerini dikkate almak ve aynı zamanda onları mümkün olan en küçük aralıklara bölmek isterler. genel ve çok kesin açıklamalar yapabilmek. Aynısı uzamsal çözünürlük için de geçerlidir: Mümkün olduğu kadar kapsamlı ve yüksek çözünürlüklü genel bir resim, hepsi ayrı ayrı kontrol edilebilen ve değerlendirilebilen yapbozun birçok küçük parçasından oluşur.
“Bu devasa miktardaki veriler, geleneksel bilgisayarları hızla kapasitelerinin ve performanslarının sınırlarına kadar zorluyor. Terabayt aralığındaki RAM’lerde bile, bilgi işlem süreleri kontrolden çıkıyor. Bu nedenle amacımız, enerji için yüksek performanslı bilgisayarların potansiyelinden yararlanmaktı. senaryolar,” diyor DLR adına disiplinler arası BEAM-ME projesini denetleyen Dr. Benjamin Fuchs. DLR bilimcisi Fuchs, “Geleceğin enerji sisteminin sürekli artan karmaşıklığı ve kapsamlı dijitalleşmesi nedeniyle, enerji geçişinin zorlukları da büyük ölçüde bilgi teknolojisi için bir zorluk oluşturuyor” diye devam ediyor. Bu matematiksel ve teknik zorluğu üstlenen proje ortaklarından oluşan ekip, DLR Teknik Termodinamik Enstitüsü, Jülich Araştırma Merkezi’ndeki Jülich Süper Hesaplama Merkezi, Stuttgart Üniversitesi’ndeki yüksek performanslı bilgi işlem merkezi, Berlin Zuse Enstitüsü ve Berlin Teknik Üniversitesi Matematik Enstitüsü ve GAMS Software şirketi.
Paralelleştirilebilen algoritmalar, süper bilgisayarların kullanılmasını sağlar
2015’ten 2019’a kadar ortaklar, Jülich ve Stuttgart’taki süper bilgisayarlar için sözde paralelleştirilebilir algoritmaları ortaklaşa geliştirdi ve test etti. Onların yardımıyla, örneğin, DLR enerji sistemi modeli REMix (Sürdürülebilir Elektrik Arzı için Yenilenebilir Enerji Karışımı) bu güçlü bilgisayarlarda hesaplanabildi. Bunlar, paralel olarak yüzlerce ila binlerce çekirdeği kullanır ve tamamen yeni bir performans düzeyi açar. Çok yüksek detay düzeyine sahip enerji senaryoları bu sayede birkaç saat içinde hesaplanabilmektedir. “Önceden, yalnızca sınırlı bir dönemden bireysel numune yıllarını modellemek mümkündü. Bu yeni teknolojinin yardımıyla, artık birkaç on yıl sonrasını planlayabiliyor ve böylece bilimsel enerji sistemi analizini çok daha ayrıntılı, daha ölçeklenebilir, daha anlamlı hale getirebiliyoruz. ve aynı zamanda çok daha hızlı,” diye özetliyor DLR- Araştırmacı Fuchs, projenin önemli bir sonucunu özetliyor.