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Für alle seine Fehler– und davon gibt es viele – das Stromnetz in den Vereinigten Staaten ist ein Wunderwerk: Wenn Sie einen Schalter umlegen, gehen die Lichter fast ausnahmslos an. Aber da erneuerbare Energien wie Sonne und Wind fossile Brennstoffe ersetzen, wird dieses Wunderwerk etwas schwieriger, da Sonnenlicht und Wind nicht immer verfügbar sind. Die Bewältigung dieser Unterbrechung, wie sie unter Energiefreaks bekannt ist, erfordert ein grundlegendes Umdenken darüber, wie Verbraucher Energie nutzen und sogar dabei helfen, Energie zu speichern. Eines Tages könnten beispielsweise Fahrer von Elektrofahrzeugen ihre Autos als riesiges Batterienetz nutzen, das Netzbetreiber anzapfen können, wenn die erneuerbaren Energien nachlassen.
Eine andere Möglichkeit könnte darin bestehen, Informationen als Batterien zu verwenden – in gewisser Weise. Ein Forscherpaar hat vorgeschlagen, dass Unternehmen bestimmte Daten vorab berechnen, wenn das Netz mit Solar- oder Windenergie brummt, und sie dann für eine spätere Verwendung verstauen. Obwohl das Team das Konzept „Informationsbatterien“ nannte, sollte „Batterie“ nicht als physisches Gerät verstanden werden. Dies ist digital, eher eine Timing-Strategie als eine echte Batterie, die darauf abzielt, datenhungrige Unternehmen wie Google, Meta, Amazon, Apple und Netflix dazu zu bringen, sauberen Strom zu nutzen, wenn er reichlich vorhanden ist, damit Versorgungsunternehmen vermeiden können, fossile Brennstoffe zu verbrennen, wenn dies nicht der Fall ist.
Diese Art der Energienutzung ist etwas flexibel, sagt die Informatikerin Jennifer Switzer von der University of California in San Diego. „Sie können Ihr Auto nicht aufladen, wenn sich die Batterie nicht zumindest ein wenig entladen hat, und Sie können Ihre Kleidung nicht waschen, bis Ihre Kleidung schmutzig ist“, sagt Switzer, einer der Forscher, der die Idee in einem zuvor veröffentlichten Artikel vorgeschlagen hat diesen Monat. „Aber mit Computern, wenn Sie eine Möglichkeit haben, mit nur geringer Genauigkeit vorherzusagen, was Sie in Zukunft benötigen werden, können Sie Ergebnisse berechnen, bevor Sie sie tatsächlich benötigen, und diese Ergebnisse speichern. Anstatt Energie zu speichern, um sie später zu verwenden, speichert man Daten.“
Dies ist eine neue Idee, daher wurde sie noch nicht in der realen Welt eingesetzt, hat aber viele potenzielle Anwendungsfälle. Tech-Unternehmen müssen alle Arten von Daten verarbeiten: Google erstellt seine Suchergebnisse und YouTube konvertiert Videos in verschiedene Qualitäten, aus denen Sie auswählen können. Facebook muss Freunde empfehlen und Amazon muss Produkte empfehlen. Ein Großteil dieser Verarbeitungsarbeit wird nach Bedarf ausgeführt. Aber diese Forscher glauben, dass ein Teil davon asynchron erfolgen könnte, wenn grüne Energie in das Netz fließt.
Stellen Sie sich das Konzept der Informationsbatterie ein bisschen wie die Post vor: Die Agentur weiß ungefähr, wie viele Briefe an einem bestimmten Tag voraussichtlich zugestellt werden müssen, aber nicht, welchen konkreten Brief ein Zusteller zu Ihnen nach Hause bringen muss. Die Post muss also Energie aufwenden, um einige Wartungsaufgaben im Voraus zu erledigen (wie das Hochfahren von Sortierzentren), um die weniger vorhersehbaren Aufgaben zu ermöglichen (wie die Zustellung eines Briefes an eine bestimmte Adresse). Wenn Technologieunternehmen routinemäßige Datenaufgaben erledigen können, wenn erneuerbare Energien verfügbar sind, wird die Intermittenz dieser Energiequellen in ähnlicher Weise kein so großes Problem sein, wenn es später um On-Demand-Berechnungen geht. „Das Kernkonzept hier ist, dass Informationen eine verkörperte Energie haben“, sagt der Informatiker Barath Raghavan von der University of Southern California, der das Papier gemeinsam mit Switzer verfasst hat. „Informationsbatterien werden dort gut funktionieren, wo die Dinge sehr vorhersehbar sind. Das bekommt man bei Videokodierung, Filmwiedergabe, Grafikarbeit.“
Sobald Sie beispielsweise eine Suchanfrage bei Google eingeben, muss das System die Anfrage verarbeiten. Einige dieser Arbeiten können nicht im Voraus erledigt werden, da Ihre genaue Anfrage unvorhersehbar ist. (Google kann Ihre Gedanken nicht lesen – zumindest noch nicht.) Aber die Grundlage des Suchwerkzeugs beruht auch auf einer Menge Routineberechnungen, unsexy Arbeit, die in großen Rechenzentren geleistet wird, die viel Energie verbrauchen. Teile dieser Art von Berechnungen sind gut erledigt, bevor Sie auf „Ich fühle mich glücklich“ klicken. Oder denken Sie an die Rechenleistung, die für die Bereitstellung von Streaming-Videos erforderlich ist. Bei der Verarbeitung von Videodateien sagt Switzer: „Wenn Sie wissen, dass es zu einer bestimmten Tageszeit viel Netflix-Verkehr geben wird, können Sie dies im Voraus tun und dies für einige beliebte Shows und Filme bereithalten, auch wenn dies nicht der Fall ist alle diese werden tatsächlich angefordert.“
Die wahrscheinlichsten Kandidaten für die Erprobung dieses Konzepts sind Unternehmen, die riesige Rechenzentren betreiben, da die Nachfrage nach energieintensiver Rechenleistung – bekannt als Compute – stark ansteigt. „Die weltweite Größenordnung für Computer nimmt dramatisch zu, und ich denke, dass Sie sehen werden, dass große Anbieter wie Amazon, Microsoft, Google und Facebook den größten Teil oder sogar die gesamte Energie aus erneuerbaren Energien beziehen“, sagt George Porter, Co-Direktor vom Center for Networked Systems an der University of California San Diego und arbeitet mit Raghavan und Switzer zusammen, war aber nicht an der neuen Arbeit beteiligt. „In diesem speziellen Fall denke ich, dass die Bewältigung dieses Intermittenzproblems eine Art Herausforderung sein wird.“
Aber Raghavan glaubt, dass diese Technik auch für weniger intensive Energieverbraucher funktionieren könnte, wie etwa Forscher, die Klimamodelle erstellen. „Sie können einen Bruchteil der Teilaufgaben innerhalb dieser Makro-Rechenaufgabe vorhersagen“, sagt er. „Und wenn Sie bei diesen Unteraufgaben eine anständige Genauigkeit erzielen können, können Sie sie vorberechnen und später die Ergebnisse abrufen.“ (Es würde nicht so gut funktionieren für Wetter Modelle, da dies unmittelbarer und weniger vorhersehbar ist.)
Diese Art der Stapelverarbeitung wird in anderen Kontexten schon seit langem durchgeführt. Nachts gibt es zum Beispiel weniger Konkurrenz um Rechenleistung in Rechenzentren, weil die meisten Leute dann nicht arbeiten. Leute, die ein komplexes Programm ausführen müssen, könnten es also so planen, dass es über Nacht ausgeführt wird, sagt Kurtis Heimerl, ein Informatiker an der University of Washington, der an dem Vorschlag nicht beteiligt war. „Das wirklich Interessante an diesem Papier ist, dass es wirklich in einen Bereich der Energieeinsparung verschoben wird, anstatt normalerweise nur Rechenressourcen im Allgemeinen zu sparen“, sagt er.
„Ich denke, es ist wirklich innovativ“, sagt Porter. „Es verlagert die Arbeit tatsächlich von der Zukunft ins Jetzt. Es ist wie in einem Restaurant, wo sie wissen, wie viele Kuchen sie pro Tag verkaufen. Sie machen also morgens eine ganze Menge und nicht auf Abruf, und das ist effizienter und bequemer.“
Aber wie ein Restaurantpersonal können Benutzer von Informationsbatterien die Zukunft nicht vorhersagen – nur Teile der Zukunft. Ein Bäcker weiß vielleicht ungefähr, wie viele Kuchen er verkaufen wird, aber nicht das Alter, die Größe, das Gewicht und den sozioökonomischen Status der Kunden, die sie kaufen werden. Das ist zu viel verlangt. Und so bittet man ein Technologieunternehmen, vorzumahlen und dann zu lagern alle die Daten, die es morgen braucht. Der Trick – und hier setzen Switzer und Raghavan ihre Forschung an – besteht darin, Tools zu entwickeln, die Datenbereiche isolieren, die sich gut für die Vorberechnung eignen. Dazu müsste man die einzigartigen Bedürfnisse eines bestimmten Unternehmens oder eines wissenschaftlichen Modellierungsteams kennen.
Dennoch sind Informationsbatterien nicht jedermanns Sache. „Wo die Informationsbatterie anfängt, nicht mehr so gut zu funktionieren, wird es sein, wenn die Aufgaben zu klein sind, wo es sich aus energetischer Sicht nicht lohnt, sie vorzurechnen und zu speichern“, sagt Raghavan. „Es wird nicht immer funktionieren – es wird Ihnen nicht immer eine hohe Effizienz bringen. Aber manchmal wird es Ihnen eine gute Effizienz geben.“
Mit globalen Tech-Giganten zu beginnen, die den größten Einfluss auf die Netzlast hätten, hat noch einen weiteren Vorteil: Diese Unternehmen können auch Rechenaufgaben auf die ganze Welt verlagern. Wenn es in Europa hell ist, könnten die dortigen Rechenzentren mehr Arbeit in Anspruch nehmen. Wenn die Sonne untergeht, könnten sie diese Arbeit an ein Rechenzentrum im Westen der USA übergeben, wo der Tag gerade erst beginnt. Google tut dies bereits, indem es Aufgaben zwischen Rechenzentren verlagert, wenn kohlenstofffreie Energie lokal verfügbar ist.
Die Technologiegiganten dazu zu bringen, ihre Nachfrage an Zeiten anzupassen, in denen die Ökostromversorgung Spitzenwerte erreicht, ist wahrscheinlich eine billigere Lösung als die führende Alternative, die obszöne Geldsummen für riesige Batterieanlagen zur Speicherung von Solar- und Windenergie ausgibt. Es ist zweifellos einfacher, als Millionen von Menschen davon zu überzeugen, ihren Energieverbrauch zu Hause zu timen. Es könnte passieren, lange bevor es eine Flotte von Elektrofahrzeugen gibt, die groß genug ist, um als verteilte Notstromversorgung zu dienen. Und es könnte eine süße Erleichterung für ein marodes Netz bedeuten.