EP4070426A1 - Verfahren zum betreiben eines rechenzentrums an einem elektrischen netzwerk und rechenzentrum zur durchführung eines solchen verfahrens - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines rechenzentrums an einem elektrischen netzwerk und rechenzentrum zur durchführung eines solchen verfahrens

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EP4070426A1
EP4070426A1 EP20820126.9A EP20820126A EP4070426A1 EP 4070426 A1 EP4070426 A1 EP 4070426A1 EP 20820126 A EP20820126 A EP 20820126A EP 4070426 A1 EP4070426 A1 EP 4070426A1
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EP
European Patent Office
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electrical network
calculation
power
data center
network
Prior art date
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Pending
Application number
EP20820126.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Kottke
Niko Mittelmeier
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Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
Rolls Royce Solutions GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Rolls Royce Solutions GmbH filed Critical Rolls Royce Solutions GmbH
Publication of EP4070426A1 publication Critical patent/EP4070426A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a data center on an electrical network, as well as a data center which is set up to carry out such a method.
  • Such a data center can be operated as a consumer on an electrical network, which can be at least partially fed by volatile power generators as sources of electrical power.
  • volatile power generators can in particular be assigned to so-called regenerative energies, which can be photovoltaic or wind power plants, for example. What these volatile power generators have in common is that the electrical power generated fluctuates over time due to uncontrollable external influences. For a stable operation of the electrical network it is therefore necessary to provide control power. This leads to increased costs associated with the operation of such an electrical network.
  • Lalle have become known in which certain consumers have been disconnected from the network with a short warning period by an operator of such a network or have been throttled with regard to the power that they were allowed to use.
  • the invention is based on the object of a method for operating a data center on an electrical network and a data center for implementing such a network To create a method, wherein the disadvantages mentioned are at least reduced, preferably do not occur.
  • the object is achieved in particular by creating a method for operating a data center on an electrical network, which is also referred to as a power network.
  • a number of calculation tasks are processed by the computer center.
  • Each calculation task of the plurality of calculation tasks is assigned at least one parameter selected from a prioritization value and a calculation effort; or at least one parameter selected from the prioritization value and the calculation effort is assigned to each calculation task of the plurality of calculation tasks.
  • the calculation tasks are processed taking into account their respective at least one characteristic variable and a power supply parameter of the electrical network.
  • the data center can thus advantageously be included in the stability control of the electrical network, preferably without the risk that computation tasks that are urgently to be processed cannot be processed.
  • the processing tasks can advantageously be processed in such a way that the power generators assigned to the electrical network are operated with a high, preferably as high an efficiency as possible.
  • Both parameters that is, prioritization value and calculation effort, are preferably taken into account.
  • An electrical network is understood here to mean, in particular, a network for supplying electrical power or energy, in particular the electrical network is an electrical energy supply network.
  • the electrical network can be a AC voltage network or a DC voltage network.
  • the electrical network can in particular be designed as an island network. It is particularly possible that only the data center is operated as the only consumer on the electrical network. The electrical network is then assigned to the data center, as it were, as a separate network. However, it is also possible for the electrical network to be designed as an island network, with other loads being connected to the electrical network in addition to the data center. Alternatively, however, it is also possible for the electrical network to be designed as an interconnected network or a supra-regional network.
  • a calculation task is to be understood in particular as an order for the calculation or processing of data by the computer center. Such a calculation task is also referred to as a task. Such a calculation task can also be a partial calculation task of a superordinate overall calculation task.
  • a prioritization value is understood in particular to be an identifier assigned to the calculation task, which identifies an urgency of the calculation task.
  • the prioritization value can be a completion date on which the result of the calculation task is available or the processing of the calculation task must be completed.
  • such a prioritization value can be specified by a customer or client of the data center.
  • a calculation effort is understood to mean, in particular, a time and / or energetic effort associated with processing the calculation task and / or an - possibly virtual, i.e. computational - cost effort associated with the processing of the calculation task.
  • the computation effort can be a number of computation steps required to process the computation task, or the computation effort can depend on the number of computation steps required to process the computation task.
  • the prioritization value and / or the calculation effort can be specified by a client or customer of the data center, or they can be ascertained or determined before the start of the method proposed here.
  • a processing task is a prioritization value and / or a calculation effort at the point in time assigned to the implementation of the procedure.
  • a prioritization value and / or calculation effort - in particular from the computer center - is determined or specified for a processing task at the time the method is carried out. In this case, the prioritization value and / or calculation effort is assigned to the processing task.
  • a power supply parameter is understood in particular to be a parameter that characterizes a — current or future — state of the electrical network and / or of a power generator assigned to the electrical network.
  • processing tasks take into account their respective prioritization value and / or processing effort, and taking into account the
  • Service provision parameters are processed, means in particular that a chronological order in which the processing tasks are processed, and preferably a parallelization of the processing tasks, depending on the respective at least one parameter, i.e. prioritization value and / or calculation effort, and depending on the service provision parameter, is determined. In particular, it is preferred to specify which calculation task is processed by the computer center and at what point in time.
  • Power provision parameter is a network stability parameter. This advantageously enables the data center to be integrated into the stability control of the electrical network.
  • calculation tasks with a higher prioritization value and / or lower calculation effort calculation tasks with a lower prioritization value and / or higher calculation effort are also calculated if the network stability parameter indicates that more power must be drawn from the network to stabilize the electrical network; that is, in the electrical network - possibly also in the future, in the sense of a prediction - more power is offered than is consumed, so that the consumed power is to be increased for stabilization.
  • the network stability parameter indicates that less power may be used to stabilize the electrical network; that is, in the electrical network - possibly also in the future, in the sense of a prediction - less service offered than accepted, so that the accepted service should be reduced for stabilization.
  • the data center can thus advantageously be used as a control power sink for stabilizing the electrical network, in that it takes increased power in times of power peaks in the electrical network.
  • it can also be used as a - at least virtual - control power source in that it quasi releases power requirements in times of reduced power in the electrical network, that is to say it decreases or draws less electrical power.
  • a higher prioritization value is understood here to mean a prioritization value which - in comparison to a prioritization value of another calculation task - indicates a higher urgency of a calculation task.
  • a lower prioritization value is understood to mean a prioritization value which - compared to a prioritization value of another calculation task - indicates a lower urgency of a calculation task.
  • the terms “higher” and “lower” are to be understood as relative information related to the calculation tasks with a view to the calculation effort.
  • the power supply parameter - in particular as an alternative or in addition to a network stability parameter - is an efficiency of a power generator for the electricity network.
  • a plurality of efficiencies of a plurality of power generators for the power grid are considered as the power supply parameters, the calculation tasks being processed in such a way that the efficiencies of the largest possible number of power generators are as high as possible over the longest possible period.
  • an overall efficiency of power generators connected to the electrical network is preferably optimized, in particular maximized. If it is known in which power range which power generator has its optimal efficiency, the calculation tasks can be processed accordingly, in particular with regard to their processing time, so that the power generators work in their optimal efficiency range.
  • the processing of the calculation tasks is preferred in terms of time planned that the power generators are always operated at their optimal efficiency. This includes that at certain times only a subset of the power generators is operated, while a complementary subset of the power generators can be switched off.
  • the number of operated power generators and the processing of the calculation tasks are preferably coordinated with one another in such a way that those power generators that are operated can always be operated at their optimal efficiency. For this purpose, in particular, calculation tasks with a lower prioritization value can be shifted in time in order to be able to utilize power generators at a later point in time.
  • the power supply parameter is preferably an operating point of at least one power generator for the power grid.
  • a plurality of operating points of a plurality of power generators are preferably considered.
  • An overall operating point of all power generators connected to the electrical network is preferably considered.
  • a power generator can, in particular, be an internal combustion engine which is drivingly connected to an electrical machine operated as a generator, the electrical machine being connected to the electrical network.
  • Such a combination of internal combustion engine and electric machine is also referred to as a genset.
  • a power generator can also be an electrochemical cell, in particular a fuel cell, a battery, a photovoltaic system, or another suitable power generation or power supply device, in particular in a DC voltage network, but not limited to it.
  • the network stability parameter is selected from a group consisting of a network frequency in the electrical network, a current strength in the electrical network, an electrical voltage in the electrical network, a memory state of at least one with the electrical network connected energy storage, and a target load for the data center.
  • the parameters mentioned here enable the stability of the electrical network to be assessed in a particularly favorable manner.
  • the network frequency and the electrical voltage are characteristic of the power currently available in the electrical network in relation to the power currently consumed.
  • the grid stability parameter indicates that If the power provided falls in comparison to the power taken off, calculation tasks with a lower prioritization value and / or higher calculation effort are preferably postponed in the data center in order to stabilize the electrical network.
  • the network stability parameter indicates that the provided power tends to exceed the accepted power
  • additional calculation tasks with a lower prioritization value and / or higher calculation effort - in particular in addition to calculation tasks with a higher prioritization value and / or lower calculation effort - are processed in the data center in order to deal with the electrical Stabilize network.
  • calculation tasks with a higher prioritization value and / or lower calculation effort are preferably always carried out - as far as possible - or, if necessary, brought forward.
  • the network frequency in particular is characteristic of the power currently available in the electrical network in relation to the power that is currently consumed. If the electrical network is a DC voltage network, in particular at least one of the other network stability parameters mentioned is used.
  • a storage state of an energy store is understood to mean, in particular, a storage level of the energy store, that is to say a measure of the energy present in the energy store, in particular in relation to a maximum storage capacity of the energy store.
  • Such an energy store can in particular be an electrical store, preferably an electrochemical store, in particular an accumulator or a battery.
  • Such an energy store can, however, also be a water store, in particular a pumped storage power plant, a thermal store, or another suitable storage device.
  • the energy store is connected to the electrical network, possibly with further devices, and is set up to store electrical energy from the electrical network or to deliver it into the electrical network. The energy itself does not have to be stored electrically or electrochemically.
  • Calculation tasks with a lower prioritization value and / or higher calculation effort are preferably carried out in addition to calculation tasks with a higher prioritization value and / or lower calculation effort if the memory fill level is a problem predetermined first, higher limit value, for example 75% of the storage capacity, has exceeded.
  • calculation tasks with a lower prioritization value and / or higher calculation effort are preferably postponed, i.e. only calculation tasks with a higher prioritization value and / or lower calculation effort are processed if the memory level falls below a second, lower limit value, for example 30% of the storage capacity.
  • a target load for the computer center is understood to mean, in particular, a target value specified by the operator of the electrical network for a power consumption from the electrical network for the computer center. This means that the operator of the electrical network can actively use the data center to regulate network stability.
  • more calculation tasks can also be calculated with a lower prioritization value and / or higher calculation effort if a higher target load is specified, with calculation tasks with a lower prioritization value and / or higher calculation effort being postponed, or only calculation tasks with a higher prioritization value and / or lower computational effort if a lower target load is specified.
  • a power prognosis is created for the electrical network, the calculation tasks additionally being processed taking into account the power prognosis.
  • This advantageously allows predictive control of the data center, in particular with a view to the stability of the electrical network.
  • a power prognosis can be created in particular on the basis of weather data, in particular a weather forecast, if the electrical network is assigned volatile sources as power generators that provide power depending on the weather, in particular power generators that can be assigned to so-called regenerative energies, for example photovoltaic or wind turbines.
  • a performance forecast can also - additionally or alternatively - be created with a view to a storage state of an energy store of the electrical network.
  • such a performance forecast can be made with a view to holy days, weekends, School holidays, general calendar events, times of day, behavior of consumers on the electrical network, for example when using means of communication or media, public events such as elections, publication of news or stock market data, and / or much more.
  • the chronological order of the processing of the authorization tasks is determined as a function of the performance forecast.
  • a schedule for processing the calculation tasks is set up on the basis of the performance forecast.
  • the processing of the calculation tasks is advantageously planned for the future on the basis of the performance forecast.
  • the schedule for processing the calculation tasks is optimized on the basis of the performance forecast.
  • outstanding processing tasks preferably including the at least one assigned parameter, i.e. the assigned prioritization value and / or the assigned calculation effort, are transmitted by the computer center to the electrical network, in particular to an operator of the same.
  • a feedback from the data center to the electrical network then advantageously takes place, which benefits the planning of the stable operation of the electrical network.
  • the operation of slowly controllable power generators, which are connected to the electrical network is preferably adapted as a function of the outstanding calculation tasks transmitted.
  • power generators that are to be regulated slowly can be regulated down in good time if it is foreseeable that the data center will draw less power in the future.
  • power generators that are to be controlled slowly can be started up in good time if it is foreseeable that the data center will have a higher power requirement.
  • the data center preferably has a plurality of computing devices connected to one another in a data network, in particular a plurality of computers or servers. Communication between the individual computing devices can take place via the data network, for example via Wake Up On LAN, or alternatively via a separate one Control line.
  • the computing center advantageously has a higher-level controller, for example a master computing device or a master server, which can switch on or off individual computing devices or groups of computing devices and / or distribute the computation tasks to the various computing devices. Groups of computing devices are preferably switched off by switching a switch or router. Alternatively or additionally, it is possible for individual computing devices or groups of computing devices to be switched off and on by switching switchable power sockets.
  • a cycle of at least one computing device of the data center preferably a cycle of a plurality of computing devices, preferably a cycle of all computing devices, is influenced as a function of the power provision parameter.
  • a clock of a computing device in particular, a computing clock, in particular a processor clock
  • a clock signal for the operation of a volatile data memory, in particular a dynamic RAM, that is to say in particular a memory module with random access is preferably not influenced as a function of the power provision parameter in order to avoid data loss.
  • influencing the computing cycle or processor cycle leads to a significant variation in energy consumption.
  • the cycle is selected to be higher or lower as a function of the power provision parameter.
  • more computing steps can be carried out per time unit if the power supply parameter indicates that more power can be consumed, while fewer computing steps can be carried out per time unit if the power supply parameter indicates that less power should be consumed.
  • the clock is switched on or off as a function of the power provision parameter.
  • the energy consumption can thus be influenced in particular in a binary manner by at least one computing device or also a plurality of computing devices, up to all of them Computing facilities of the data center, either calculations performed or no calculations performed.
  • the clock is preferably switched on or off by a logical rounding, i.e. in particular a logical conjunction, of a clock signal generated by a clock generation with a control signal, in particular a binary control signal, which is generated by the control of the data center as a function of the power provision parameter.
  • a rounding element also referred to as an AND gate
  • the output value of the AND gate being fed to the processor of a computing device as an effective clock signal.
  • the clock signal which is preferably likewise generated by the clock generation, is permanently fed to a volatile data memory, in particular not fed via a corresponding AND gate.
  • Influencing the clock signal as a function of the power supply parameter has the advantage that the power consumption by the data center can be reduced or increased very quickly, in particular in the low ms range, in particular as a function of a control speed of network parts of the computing devices.
  • the clock can also be influenced by a software command and / or a software message.
  • cooling of the data center is controlled as a function of the power provision parameter.
  • the cooling of the data center which typically has a high demand for electrical power, is also advantageous in the regulation of the network stability and / or the Influencing the efficiency of at least one power generator for the electrical network included.
  • the cooling power is advantageously increased if the power supply parameter indicates that more power can be consumed, while the cooling power is reduced if the power supply parameter indicates that less power should be consumed.
  • a predetermined target temperature range is defined for the cooling of the data center, which is characterized by a lower temperature limit and an upper temperature limit.
  • the cooling is now preferably operated in such a way that the data center - with higher possible power consumption - is operated at the lower temperature limit of the predetermined target temperature range, with lower available power at the upper temperature limit of the predetermined target temperature range. Temperature range is operated.
  • the cooling capacity can thus be increased in times of excess power and reduced in times of insufficient power.
  • a reduction in the cooling capacity is advantageously possible in that the data center is previously operated at the lower temperature limit of the predetermined target temperature range when there is excess capacity, so that when the cooling capacity is reduced, it only gradually approaches the upper temperature limit.
  • the object is also achieved by creating a controller, that is to say a control device, which is set up to control a data center operated on an electrical network.
  • the controller is set up to control the processing of a plurality of calculation tasks by the data center as a function of at least one parameter assigned to each calculation task, selected from a prioritization value and a calculation effort, and as a function of a power supply parameter of the electrical network.
  • the controller is set up in particular to carry out the method according to the invention or a preferred embodiment of the method. In connection with the control, the advantages that have already been explained in connection with the method are realized in particular.
  • the controller preferably has a receiving means for receiving the respective at least one characteristic variable, that is to say the prioritization value and / or the respective one Computational effort.
  • the controller preferably has an allocation means which is set up to allocate at least one parameter, selected from the prioritization value and the calculation effort, to the calculation tasks.
  • the receiving means is preferably set up to receive the service provision parameter.
  • the controller is preferably set up to control the processing of the plurality of calculation tasks on a plurality of computing devices in the data center, in particular to specify a time sequence and / or parallelization of the calculation tasks on the computing devices.
  • the controller is preferably set up to specify which calculation task is calculated at which point in time, in particular on which computing device.
  • the controller is preferably set up to distribute the calculation tasks to the individual computing devices.
  • the control is preferably operatively connected to the computing devices via a data network.
  • the control is preferably also set up to control the computing devices, in particular to switch them on or off individually or in groups, in particular to stop or start a calculation in the computing devices, individually or in groups. It is possible that the controller controls the computing devices via the data network. It is also possible, however, for the controller to be connected to the computing devices via a separate control line, in particular in order to influence a cycle of the computing devices - individually or in groups.
  • the controller is particularly preferably set up to transmit a — preferably binary — control signal to the computing devices via the control line.
  • the controller is preferably set up to generate a - preferably binary - control signal for controlling the at least computing devices, preferably a control signal for each computing device.
  • the controller preferably has a clock generator, that is to say a clock generator which is set up to generate a clock signal.
  • the controller also preferably has an AND gate, which is set up to receive the binary control signal and the clock signal and, in particular, to link them to one another in the sense of a logical conjunction To output clock signal - in particular as a result of the logical conjunction - to at least one processor of a computing device. If the binary control signal is now logically high, the clock signal is passed on as an effective clock signal by the rounding element to the processor, so that the processor is clocked and therefore works. If, on the other hand, the binary control signal is logically low, the clock signal is not passed on by the rounding element, so that the effective clock signal disappears. The processor then does not perform any calculations since it does not receive a clock signal.
  • the controller preferably has such a rounding-off element for each computing device.
  • the object is finally also achieved by creating a data center which has a controller according to the invention or a controller according to one of the exemplary embodiments described above, and / or which is set up for operation on an electrical network according to the method according to the invention or according to a preferred embodiment of the Procedure.
  • a data center which has a controller according to the invention or a controller according to one of the exemplary embodiments described above, and / or which is set up for operation on an electrical network according to the method according to the invention or according to a preferred embodiment of the Procedure.
  • the computing center preferably has at least one computing device, preferably a plurality of computing devices connected to one another and preferably to the controller, in particular in a data network.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a data center
  • Figure 2 shows a schematic representation of a first embodiment of a
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of an arrangement of the data center on an electrical network and, at the same time, a second embodiment of the method for operating the data center on the electrical network
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a second exemplary embodiment of an arrangement of the data center on an electrical network and, at the same time, a second embodiment of the method for operating the data center on the electrical network
  • FIG. 4 shows a schematic detailed illustration of the data center and of the method, in particular according to the first or the second embodiment.
  • the computing center 1 shows a schematic representation of a data center 1 which is operated on an electrical network 3 shown in FIG. 2 - in particular as a consumer.
  • the computing center 1 has a plurality of computing devices 5, which can in particular be designed as servers.
  • the computing center 1 has a controller 7, that is to say a control device, which can be provided in addition to the computing devices 5 or integrated into one of the computing devices 5, in particular a master computing device.
  • the controller 7 is preferably connected to the computing devices 5 via a data network 9.
  • the computing devices 5 are also preferably connected to one another via the data network 9.
  • the controller 7 is set up to control the processing of a plurality of calculation tasks 11 on the computing devices 5, in particular to specify a time sequence and / or parallelization of the calculation tasks 11 on the computing devices 5.
  • the controller 7 is set up to specify which calculation task 11 is calculated at which point in time, in particular on which computing device 5.
  • the controller 7 is preferably set up to distribute the calculation tasks 11 to the individual computing devices 5.
  • the controller 7 is preferably also set up to control the computing devices 5, in particular to switch them on or off individually or in groups, in particular to stop or start a calculation in the computing devices 5 - individually or in groups. It is possible that the controller 7 controls the computing devices 5 via the data network 9. However, it is also possible that the controller 7 is connected to the computing devices 5 via a separate control line 13, in particular in order to influence a cycle of the computing devices 5 - individually or in groups.
  • the controller 7 is particularly preferably set up to transmit a — preferably binary — control signal to the computing devices 5 via the control line 13.
  • the data center 1, in particular the controller 7, is set up to carry out a method described in more detail below.
  • Each calculation task 11 is assigned a prioritization value and / or a calculation effort, i.e. at least one parameter, in particular from a client of the data center 1, or a prioritization value and / or a calculation effort is assigned to each calculation task 11, preferably by the controller 7 assigned to at least one parameter.
  • the controller 7 is set up to specify the processing of the calculation tasks 11 taking into account the respective prioritization value and / or calculation effort, and taking into account a power supply parameter 15 of the electrical network 3.
  • the controller 7 is set up to determine the chronological order of the processing of the calculation tasks 11, and preferably their parallelization, depending on the respective prioritization value and / or calculation effort, and depending on the service provision parameter 15.
  • the power supply parameter 15 is preferably a network stability parameter or an efficiency of a power generator for the electrical network 3.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of an arrangement of the data center 1 on an electrical network 3 and a first embodiment of a method for operating the data center 1 on the electrical network 3.
  • a plurality of power generators 17 are assigned to the electrical network 3, which in particular can be designed at least partially in different ways, with the electrical network 3 also being assigned to volatile power generators, in particular from the field of regenerative energies.
  • at least one of the power generators 17 can be designed as a wind power plant.
  • At least one other power generator 17 can be designed as a solar or photovoltaic system.
  • at least one of the power generators 17 to be designed as a combination of an internal combustion engine with an electrical machine that is drive-actively connected to the internal combustion engine and operated as a generator, in particular as a so-called genset.
  • an energy store 19 is preferably assigned to the electrical network 3, which is set up to store energy from the electrical network 3, regardless of the specific physical form of energy storage, and to deliver energy to the electrical network 3.
  • the energy store 19 is designed as an electrochemical store, in particular as an accumulator or battery.
  • the data center 1 is connected to the electrical network 3 via an electrical operative connection 21.
  • the electrical operative connection 21 is preferably designed as a cable or line, or as a plurality of cables or lines.
  • the power provision parameter 15 is in particular a network stability parameter.
  • the data center 1 can thus advantageously be used to stabilize the electrical network 3.
  • the network stability parameter is preferably selected from a group consisting of a frequency, a current intensity, an electrical voltage, each preferably measured in or on the electrical operative connection 21, a storage state, in particular storage level, of the energy store 19, and a target load for the data center 1 .
  • the network stability parameter is preferably a frequency 23 that is measured or picked up at the operational electrical connection 21.
  • the controller 7 is now set up in particular to postpone the processing of calculation tasks with a lower prioritization value and / or higher calculation effort, depending on a deviation of the frequency 23 from a target frequency for the electrical network 3, and thus to postpone the computing power of the data center 1 and the decrease in power the electrical network 3, or in addition to calculation tasks with a higher prioritization value and / or lower calculation effort also calculation tasks with a lower prioritization value and / or higher calculation effort to calculate the computing power of the data center 1 and thus at the same time its power consumption from the electrical network 3 to increase.
  • the controller 7 reduces the computing power of the data center 1 and thus at the same time the power consumption from the electrical network 3.
  • the controller 7 increases the computing power of the Data center 1 and thus its power consumption from the electrical network 3.
  • the data center 1 is thus used in the context of the method as at least a virtual control power source and as a control power sink in order to stabilize the electrical network 3.
  • the controller 7 preferably also takes into account a performance prognosis 25 that is created for the electrical network 3.
  • This power prognosis 25 can be created in particular on the basis of weather data and / or the storage level of the energy store 19.
  • a performance forecast can be made with a view to public holidays, weekends, school vacations, general calendar events, times of day, behavior of consumers on the electrical network, for example when using means of communication or media, public Events such as elections, releases of news or stock market data, and / or much more.
  • the controller 7 particularly preferably sets up a schedule for the processing of the calculation tasks 11 on the basis of the power prognosis 25; it particularly preferably optimizes the schedule on the basis of the power prognosis 25.
  • the future processing of calculation tasks 11 can advantageously be based on the expected performance of the electrical network 3 be matched.
  • the controller 7 preferably transmits a feedback 27 regarding outstanding calculation tasks, preferably including their respective at least one parameter, that is, prioritization value and / or calculation effort, to the electrical network 3 or to an operator of the electrical network.
  • This feedback 27 is then preferably used in order to adjust power generators 17 of the electrical network 3, which are to be adjusted slowly, in accordance with the expected future power consumption by the computer center 1.
  • the data center 1 is also preferably assigned a cooling system 29, which is preferably controlled by the controller 7 also as a function of the power provision parameter 15.
  • the cooling 29 can thus advantageously also be included in the stabilization of the electrical network 3.
  • the power supply parameter is 15 an efficiency of the power generators 17, in particular an overall efficiency of the power generators 17, in particular an overall efficiency of all power generators 17.
  • the electrical network 3 preferably has a plurality of power generators 17, the efficiency of which depends on the power generated or consumed . All power generators 17 of the electrical network 3 are preferably such power generators, the efficiency of which depends on the power generated or consumed.
  • a power generator 17 is for example a genset, but also an electrochemical cell, in particular a fuel cell, or a battery.
  • the processing of the calculation tasks 11 is now specified by the controller 7 in such a way that the power generators 17 or at least the currently activated power generators 17 are operated at their optimal efficiency or at least close to their optimal efficiency.
  • the overall efficiency of the power generators 17 is preferably optimized by appropriate planning of the processing of the calculation tasks 11 by the controller 7.
  • feedback 27 is preferably sent to the electrical network 3.
  • the controller 7 it is possible for the controller 7 to be able to switch individual power generators 17 on or off.
  • the electrical network 3 is preferably designed as an island network and assigned to the data center 1 as the sole consumer.
  • the electrical network 3 can be designed as an island network.
  • the electrical network 3 it is also possible for the electrical network 3 to be designed as a supra-regional electrical network, in particular as an interconnected network.
  • the configuration according to FIG. 3 is suitable for an electrical network 3 designed as a DC voltage network.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a detail of the data center 1 and the method for operating the data center 1 on the electrical network 3, this detail correspondingly in the data center 1 according to FIG can be implemented in the second embodiment according to FIG.
  • FIG. 4 shows a particularly preferred embodiment of how the calculation of calculation tasks 11 in one of the computing devices 5 can be started or stopped using the control line 13, in particular using a binary control signal 31 transmitted via the control line 13.
  • the binary control signal 31 is rounded off in a rounding element 33 (AND gate) with a clock signal 37 generated by a clock generator 35, the rounding element 33 outputting an effective clock signal 39 to a processor 41 of the computing device 5. If the binary control signal 31 is now logically high, the clock signal 37 is forwarded as an effective clock signal 39 by the rounding element 33 to the processor 41, so that the processor 41 is clocked and thus works. If, on the other hand, the binary control signal 31 is logically low, the clock signal 37 is not passed on by the rounding element 33, so that the effective clock signal 39 disappears. The processor 41 then does not perform any calculations since it does not receive a clock signal.
  • the clock generation 35 generates the clock signal 37 preferably also for a volatile one
  • Data memory 43 in particular a dynamic RAM.
  • the clock signal 37 is not stopped or prevented for the volatile data memory 43 in order to avoid data loss, in particular by continuing to operate a refresher mechanism.
  • the controller 7 is preferably set up to influence the clock rate of at least one computing device 5 as a function of the power provision parameter 15, in particular to select the clock rate higher or lower as a function of the power provision parameter 15 or - as specifically shown here - to switch it on or off .

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Rechenzentrums an einem elektrischen Netzwerk und Rechenzentrum zur Durchführung eines solchen Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Rechenzentrums (1) an einem elektrischen Netzwerk (3), wobei − durch das Rechenzentrum (1) eine Mehrzahl von Berechnungsaufgaben (11) bearbeitet werden, wobei − jeder Berechnungsaufgabe (11) der Mehrzahl von Berechnungsaufgaben (11) ein Priorisierungswert und/oder ein Berechnungsaufwand zugeordnet ist oder zugeordnet wird, wobei − die Berechnungsaufgaben (11) unter Berücksichtigung ihres jeweiligen Priorisierungswerts und/oder Berechnungsaufwands, und unter Berücksichtigung eines Leistungsbereitstellungsparameters (15) des elektrischen Netzwerks (3) bearbeitet werden.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Rechenzentrums an einem elektrischen Netzwerk und Rechenzentrum zur Durchführung eines solchen Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Rechenzentrums an einem elektrischen Netzwerk, sowie ein Rechenzentrum, das eingerichtet ist zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Ein solches Rechenzentrum kann als Verbraucher an einem elektrischen Netzwerk betrieben werden, welches zumindest teilweise von volatilen Leistungserzeugern als Quellen elektrischer Leistung gespeist werden kann. Solche volatilen Leistungserzeuger können insbesondere den sogenannten regenerativen Energien zuzuordnen sein, wobei es sich beispielsweise um Photovoltaik- oder Windkraftanlagen handeln kann. Solchen volatilen Leistungserzeugern ist gemeinsam, dass die erzeugte elektrische Leistung aufgrund nicht steuerbarer, äußerer Einflüsse zeitlich schwankt. Lür einen stabilen Betrieb des elektrischen Netzwerks bedarf es daher der Bereitstellung von Regelleistung. Dies führt zu erhöhten Kosten in Zusammenhang mit dem Betrieb eines solchen elektrischen Netzwerks. Außerdem sind Lalle bekannt geworden, in denen bestimmte Verbraucher mit kurzer Vorwarnfrist von einem Betreiber eines solchen Netzwerks von dem Netzwerk getrennt wurden oder bezüglich der Leistung gedrosselt wurden, die sie abnehmen durften. Dies kann zu unvorhersehbaren oder zumindest schwer prognostizierbaren Schwierigkeiten bei dem Betrieb eines solchen Verbrauchers führen, beispielsweise wenn kurzfristig zu bearbeitende Berechnungsaufgaben nicht durch das Rechenzentrum bearbeitet werden können. Ist dem Stromnetz eine Mehrzahl von bezüglich ihrer Ausgangsleistung steuerbaren Leistungserzeugem zugeordnet, ist es möglich, dass der Wirkungsgrad solcher Leistungserzeuger von der abgegebenen Ausgangsleistung abhängt. Gegebenenfalls werden diese Leistungserzeuger insbesondere bei schwankender Leistungsnachfrage durch die mit dem elektrischen Erzeuger verbundenen Verbraucher bei reduziertem Wirkungsgrad betrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Rechenzentrums an einem elektrischen Netzwerk sowie ein Rechenzentrum zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen, wobei die genannten Nachteile zumindest reduziert sind, vorzugsweise nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines Rechenzentrums an einem elektrischen Netzwerk, das auch als Stromnetz bezeichnet wird, geschaffen wird. Dabei wird durch das Rechenzentrum eine Mehrzahl von Berechnungsaufgaben bearbeitet. Jeder Berechnungsaufgabe der Mehrzahl von Berechnungsaufgaben ist wenigstens eine Kenngröße, ausgewählt aus einem Priorisierungswert und einem Berechnungsaufwand, zugeordnet; oder es wird jeder Berechnungsaufgabe der Mehrzahl von Berechnungsaufgaben wenigstens eine Kenngröße, ausgewählt aus dem Priorisierungswert und dem Berechnungsaufwand, zugeordnet. Die Berechnungsaufgaben werden unter Berücksichtigung ihrer jeweiligen wenigstens einen Kenngröße und eines Leistungsbereitstellungsparameters des elektrischen Netzwerks bearbeitet. Dadurch ist es möglich, einen Zustand des elektrischen Netzwerks und/oder von dem elektrischen Netzwerk als Quellen zugeordneten Leistungserzeugem - quasi proaktiv - beim Betrieb des Rechenzentrums zu berücksichtigen, insbesondere den Betrieb auf den Zustand des elektrischen Netzwerks oder den Zustand der ihm zugeordneten Leistungserzeuger anzupassen. Vorteilhaft kann damit das Rechenzentrum in die Stabilitätsregelung des elektrischen Netzwerks einbezogen werden, vorzugsweise ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass dringend zu bearbeitende Berechnung saufgaben nicht bearbeitet werden können. Alternativ oder zusätzlich können die Bearbeitungsaufgaben vorteilhaft so bearbeitet werden, dass die dem elektrischen Netzwerk zugeordnete Leistungserzeuger mit einem hohen, vorzugsweise möglichst hohen, Wirkungsgrad betrieben werden.
Bevorzugt werden beide Kenngrößen, das heißt Priorisierungswert und Berechnungsaufwand, berücksichtigt.
Unter einem elektrischen Netzwerk wird hier insbesondere ein Netzwerk zur Versorgung mit elektrischer Leistung oder Energie verstanden, insbesondere ist das elektrische Netzwerk ein elektrisches Energieversorgungsnetzwerk. Das elektrische Netzwerk kann ein Wechselspannungsnetzwerk oder ein Gleichspannungsnetzwerk sein. Das elektrische Netzwerk kann insbesondere als Inselnetz ausgebildet sein. Dabei ist es insbesondere möglich, dass nur das Rechenzentrum als einziger Verbraucher an dem elektrischen Netzwerk betrieben wird. Dem Rechenzentrum ist dann das elektrische Netzwerk quasi als eigenes Netzwerk zugeordnet. Es ist aber auch möglich, dass das elektrische Netzwerk als Inselnetz ausgebildet ist, wobei neben dem Rechenzentrum noch andere Verbraucher an das elektrische Netzwerk angeschlossen sind. Alternativ ist es aber auch möglich, dass das elektrische Netzwerk als Verbundnetz oder überregionales Netzwerk ausgebildet ist.
Unter einer Berechnungsaufgabe ist insbesondere ein Auftrag zur Berechnung oder Verarbeitung von Daten durch das Rechenzentrum zu verstehen. Eine solche Berechnungsaufgabe wird auch als Task bezeichnet. Eine solche Berechnung saufgabe kann auch eine Teil-Berechnungsaufgabe einer übergeordneten Gesamt-Berechnungsaufgabe sein.
Unter einem Priorisierungswert wird insbesondere ein der Berechnungsaufgabe zugeordneter Kennzeichner verstanden, der eine Dringlichkeit der Berechnungsaufgabe kennzeichnet. Insbesondere kann der Priorisierungswert ein Fertigstellungstermin sein, zu dem das Ergebnis der Berechnungsaufgabe vorliegen oder die Bearbeitung der Berechnungsaufgabe abgeschlossen sein muss. Insbesondere kann ein solcher Priorisierungswert von einem Kunden oder Auftraggeber des Rechenzentrums vorgegeben werden.
Unter einem Berechnungsaufwand wird insbesondere ein mit der Bearbeitung der Berechnungsaufgabe verbundener zeitlicher und/oder energetischer Aufwand, und/oder ein mit der Bearbeitung der Berechnungsaufgabe verbundener - gegebenenfalls virtueller, das heißt rechnerischer - Kostenaufwand verstanden. Insbesondere kann der Berechnungsaufwand eine Anzahl von zur Bearbeitung der Berechnungsaufgabe notwendiger Rechenschritte sein, oder der Berechnungsaufwand kann von der Anzahl zur Bearbeitung der Berechnungsaufgabe nötiger Rechenschritte abhängen.
Der Priorisierungswert und/oder der Berechnungsaufwand können von einem Auftraggeber oder Kunden des Rechenzentrums vorgegeben sein, oder sie können vor Beginn des hier vorgeschlagenen Verfahrens ermittelt oder bestimmt werden. In diesem Fall ist einer Bearbeitung saufgabe ein Priorisierungswert und/oder ein Berechnungsaufwand zum Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrens zugeordnet. Es ist aber auch möglich, dass für eine Bearbeitung saufgabe ein Priorisierungswert und/oder Berechnungsaufwand - insbesondere von dem Rechenzentrum - zur Zeit der Durchführung des Verfahrens ermittelt oder vorgegeben wird. In diesem Fall wird der Priorisierungswert und/oder Berechnungsaufwand der Bearbeitung saufgabe zugeordnet.
Unter einem Leistungsbereitstellungsparameter wird insbesondere ein Parameter verstanden, der einen - momentanen oder zukünftigen - Zustand des elektrischen Netzwerks und/oder eines dem elektrischen Netzwerk zugeordneten Leistungserzeugers charakterisiert.
Dass die Bearbeitungsaufgaben unter Berücksichtigung ihres jeweiligen Priorisierungswerts und/oder Bearbeitungsaufwands, und unter Berücksichtigung des
Leistungsbereitstellungsparameters bearbeitet werden, bedeutet insbesondere, dass eine zeitliche Reihenfolge, in der die Bearbeitungsaufgaben bearbeitet werden, sowie vorzugsweise eine Parallelisierung der Bearbeitungsaufgaben, in Abhängigkeit der jeweiligen wenigstens einen Kenngröße, das heißt Priorisierungswert und/oder Berechnungsaufwand, und in Abhängigkeit des Leistungsbereitstellungsparameters festgelegt wird. Insbesondere wird bevorzugt festgelegt, welche Berechnungsaufgabe zu welchem Zeitpunkt durch das Rechenzentrum bearbeitet wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der
Leistungsbereitstellungsparameter ein Netzstabilitätsparameter ist. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Einbindung des Rechenzentrums in die Stabilitätsregelung des elektrischen Netzwerks. Insbesondere werden bevorzugt zusätzlich zu Berechnungsaufgaben mit höherem Priorisierungswert und/oder niedrigerem Berechnungsaufwand auch Berechnungsaufgaben mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand berechnet, wenn der Netzstabilitätsparameter anzeigt, dass zur Stabilisierung des elektrischen Netzwerks vermehrt Leistung aus dem Netzwerk bezogen werden muss; das heißt in dem elektrischen Netzwerk wird - gegebenenfalls auch zukünftig, im Sinne einer Prädiktion - mehr Leistung angeboten als abgenommen, so dass zur Stabilisierung die abgenommene Leistung erhöht werden soll. Demgegenüber werden bevorzugt nur solche Berechnungsaufgaben mit höherem Priorisierungswert und/oder niedrigerem Berechnungsaufwand bearbeitet, wenn der Netzstabilitätsparameter anzeigt, dass zur Stabilisierung des elektrischen Netzwerks weniger Leistung abgenommen werden darf; das heißt in dem elektrischen Netzwerk wird - gegebenenfalls auch zukünftig, im Sinne einer Prädiktion - weniger Leistung angeboten als abgenommen, so dass zur Stabilisierung die abgenommene Leistung erniedrigt werden soll. Dies ist insbesondere möglich, da die Berechnungsaufgaben mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand vorteilhaft dann berechnet werden, wenn vermehrt Leistung als dem elektrischen Netzwerk abgenommen werden kann. Das Rechenzentrum kann somit vorteilhaft als Regelleistungssenke zur Stabilisierung des elektrischen Netzwerks verwendet werden, indem es in Zeiten von Leistungsspitzen im elektrischen Netzwerk eine erhöhte Leistung abnimmt. Es kann aber auch als - jedenfalls virtuelle - Regelleistungsquelle genutzt werden, indem es in Zeiten verringerter Leistung im elektrischen Netzwerk quasi Leistungsanforderungen freigibt, das heißt weniger elektrische Leistung abnimmt oder bezieht.
Unter einem höheren Priorisierungswert wird hier ein Priorisierungswert verstanden, der - im Vergleich zu einem Priorisierungswert einer anderen Berechnungsaufgabe - eine höhere Dringlichkeit einer Berechnungsaufgabe anzeigt. Demgegenüber wird unter einem niedrigeren Priorisierungswert ein Priorisierungswert verstanden, der - im Vergleich zu einem Priorisierungswert einer anderen Berechnungsaufgabe - eine geringere Dringlichkeit einer Berechnungsaufgabe anzeigt. Analog sind die Begriffe „höher“ und „niedriger“ mit Blick auf den Berechnung saufwand als relative Angaben bezogen auf die Berechnungsaufgaben zu verstehen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Leistungsbereitstellungsparameter - insbesondere alternativ oder zusätzlich zu einem Netzstabilitätsparameter - ein Wirkungsgrad eines Leistungserzeugers für das Stromnetz. Besonders bevorzugt werden als Leistungsbereitstellungsparameter eine Mehrzahl von Wirkungsgraden einer Mehrzahl von Leistungserzeugem für das Stromnetz betrachtet, wobei die Berechnungsaufgaben derart bearbeitet werden, dass die Wirkungsgrade einer möglichst großen Anzahl von Leistungserzeugem über einen möglichst großen Zeitraum möglichst hoch sind. Insbesondere wird bevorzugt ein Gesamt-Wirkungsgrad von mit dem elektrischen Netzwerk verbundenen Leistungserzeugem optimiert, insbesondere maximiert. Ist bekannt, in welchem Leistungsbereich welcher Leistungserzeuger seinen optimalen Wirkungsgrad hat, können die Berechnungsaufgaben entsprechend bearbeitet, insbesondere zeitlich bezüglich ihrer Bearbeitung so geplant werden, dass die Leistungserzeuger in ihrem optimalen Wirkungsgradbereich arbeiten. Insbesondere wird die Bearbeitung der Berechnungsaufgaben zeitlich bevorzugt so geplant, dass die Leistungserzeuger möglichst immer bei ihrem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden. Dies schließt ein, dass zu bestimmten Zeiten nur eine Untermenge der Leistungserzeuger betrieben wird, während eine komplementäre Untermenge der Leistungserzeuger abgeschaltet sein kann. Bevorzugt werden dabei die Anzahl der betriebenen Leistungserzeuger sowie die Bearbeitung der Berechnungsaufgaben so aufeinander abgestimmt, dass stets diejenigen Leistungserzeuger, die betrieben werden, bei ihrem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden können. Hierzu können insbesondere Berechnungsaufgaben mit einem niedrigeren Priorisierungswert zeitlich verschoben werden, um Leistungserzeuger auch zu einem späteren Zeitpunkt auslasten zu können.
Alternativ oder zusätzlich ist der Leistungsbereitstellungsparameter bevorzugt ein Betriebspunkt wenigstens eines Leistungserzeugers für das Stromnetz. Bevorzugt werden eine Mehrzahl von Betriebspunkten einer Mehrzahl von Leistungserzeugem betrachtet. Bevorzugt wird ein Gesamt- Betriebspunkt aller mit dem elektrischen Netzwerk verbundenen Leistungserzeuger betrachtet.
Ein Leistungserzeuger kann insbesondere eine Brennkraftmaschine sein, die mit einer als Generator betriebenen elektrischen Maschine antriebswirkverbunden ist, wobei die elektrische Maschine mit dem elektrischen Netzwerk verbunden ist. Eine solche Kombination aus Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine wird auch als Genset bezeichnet. Ein solcher Leistungserzeuger kann aber - insbesondere in einem Gleichspannungsnetzwerk, aber nicht beschränkt hierauf - auch eine elektrochemische Zelle, insbesondere Brennstoffzelle, eine Batterie, eine Photovoltaik-Anlage, oder eine andere geeignete Leistungserzeugungs- oder Leistung sbereits tellung seinrichtung sein .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Netzstabilitätsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Netzfrequenz in dem elektrischen Netzwerk, einer Stromstärke in dem elektrischen Netzwerk, einer elektrischen Spannung in dem elektrischen Netzwerk, einem Speicherzustand von wenigstens einem mit dem elektrischen Netzwerk verbundenen Energiespeicher, und einer Solllast für das Rechenzentrum. Die hier genannten Parameter ermöglichen in besonders günstiger Weise eine Beurteilung der Stabilität des elektrischen Netzwerks. Insbesondere die Netzfrequenz sowie die elektrische Spannung sind charakteristisch für die momentan in dem elektrischen Netzwerk verfügbare Leistung im Verhältnis zur momentan abgenommenen Leistung. Zeigt der Netzstabilitätsparameter an, dass die bereitgestellte Leistung im Vergleich zu der abgenommenen Leistung sinkt, werden in dem Rechenzentrum bevorzugt Berechnungsaufgaben mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand aufgeschoben, um das elektrische Netzwerk zu stabilisieren.
Zeigt der Netzstabilitätsparameter dagegen an, dass die bereitgestellte Leistung die abgenommene Leistung tendenziell übersteigt, werden in dem Rechenzentrum vermehrt zusätzlich Berechnungsaufgaben mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand - insbesondere zusätzlich zu Berechnungsaufgaben mit höherem Priorisierungswert und/oder niedrigerem Berechnungsaufwand - bearbeitet, um das elektrische Netzwerk zu stabilisieren. Berechnungsaufgaben mit höherem Priorisierungswert und/oder niedrigerem Berechnungsaufwand werden demgegenüber bevorzugt - soweit möglich - stets durchgeführt oder gegebenenfalls vorgezogen.
Ist das elektrische Netzwerk ein Wechselspannungsnetzwerk, ist insbesondere die Netzfrequenz charakteristisch für die momentan in dem elektrischen Netzwerk verfügbare Leistung im Verhältnis zur momentan abgenommenen Leistung. Ist das elektrische Netzwerk ein Gleichspannungsnetzwerk, wird insbesondere wenigstens einer der anderen genannten Netzstabilitätsparameter herangezogen.
Unter einem Speicherzustand eines Energiespeichers wird insbesondere ein Speicherfüllstand des Energiespeichers verstanden, das heißt ein Maß für die - insbesondere im Verhältnis zu einer maximalen Speicherkapazität des Energiespeichers - in dem Energiespeicher vorhandene Energie. Ein solcher Energiespeicher kann insbesondere ein elektrischer Speicher, bevorzugt ein elektrochemischer Speicher, insbesondere ein Akkumulator oder eine Batterie, sein. Ein solcher Energiespeicher kann aber auch ein Wasserspeicher, insbesondere eines Pumpspeicherkraftwerks, ein thermischer Speicher, oder eine andere geeignete Speichereinrichtung sein. Der Energiespeicher ist - gegebenenfalls mit weiteren Einrichtungen - mit dem elektrischen Netzwerk verbunden und eingerichtet, um elektrische Energie aus dem elektrischen Netzwerk zu speichern oder in das elektrische Netzwerk abzugeben. Die Speicherung der Energie selbst muss nicht zwingend elektrisch oder elektrochemisch erfolgen.
Bevorzugt werden Berechnungsaufgaben mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand zusätzlich zu Berechnungsaufgaben mit höherem Priorisierungswert und/oder niedrigerem Berechnungsaufwand durchgeführt, wenn der Speicherfüllstand einen vorbestimmten ersten, höheren Grenzwert, beispielsweise 75 % der Speicherkapazität, überschritten hat. Demgegenüber werden bevorzugt Berechnungsaufgaben mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand aufgeschoben, das heißt lediglich Berechnungsaufgaben mit höherem Priorisierungswert und/oder niedrigerem Berechnungsaufwand bearbeitet, wenn der Speicherfüllstand einen zweiten, niedrigeren Grenzwert, beispielsweise 30 % der Speicherkapazität, unterschreitet. Dies ermöglicht durch intelligentes Steuern der Rechenleistung des Rechenzentrums vorteilhaft eine Reduktion der Speicherkapazität des verwendeten Energiespeichers, da eine geringere Energiemenge vorgehalten, das heißt gespeichert werden muss.
Unter einer Solllast für das Rechenzentrum wird insbesondere ein vom Betreiber des elektrischen Netzwerks vorgegebener Sollwert für eine Leistungsabnahme aus dem elektrischen Netzwerk für das Rechenzentrum verstanden. Somit kann der Betreiber des elektrischen Netzwerks das Rechenzentrum aktiv für eine Regelung der Netzstabilität nutzen. Dabei können - völlig analog zu den obigen Ausführungen - vermehrt Berechnungsaufgaben auch mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand berechnet werden, wenn eine höhere Solllast vorgegeben wird, wobei Berechnungsaufgaben mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand aufgeschoben, beziehungsweise lediglich Berechnungsaufgaben mit höherem Priorisierungswert und/oder niedrigerem Berechnungsaufwand berechnet werden, wenn eine geringere Solllast vorgegeben wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Leistungsprognose für das elektrische Netzwerk erstellt wird, wobei die Berechnungsaufgaben zusätzlich unter Berücksichtigung der Leistungsprognose bearbeitet werden. Dies erlaubt vorteilhaft ein vorausschauendes Steuern des Rechenzentrums, insbesondere mit Blick auf die Stabilität des elektrischen Netzwerks. Eine solche Leistungsprognose kann insbesondere anhand von Wetterdaten, insbesondere einer Wettervorhersage, erstellt werden, wenn dem elektrischen Netzwerk volatile Quellen als Leistungserzeuger zugeordnet sind, die wetterabhängig Leistung bereitstellen, insbesondere Leistungserzeuger, die den sogenannten regenerativen Energien zuzuordnen sind, beispielsweise Photovoltaik- oder Windkraftanlagen. Eine solche Leistungsprognose kann aber auch - zusätzlich oder alternativ - mit Blick auf einen Speicherzustand eines Energiespeichers des elektrischen Netzwerks erstellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Leistungsprognose mit Blick auf Leiertage, Wochenenden, Schulferien, allgemein Kalenderereignisse, Tageszeiten, Verhalten von Verbrauchern am elektrischen Netzwerk, beispielsweise bei der Nutzung von Kommunikationsmitteln oder Medien, öffentlichen Ereignissen wie Wahlen, Veröffentlichungen von Nachrichten oder Börsendaten, und/oder vielem mehr, erstellt werden.
Insbesondere wird die zeitliche Reihenfolge der Bearbeitung der Berechtigungsaufgaben, vorzugsweise einschließlich einer Parallelisierung der Bearbeitung von Berechnungsaufgaben, in Abhängigkeit von der Leistungsprognose festgelegt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Zeitplan für die Bearbeitung der Berechnungsaufgaben anhand der Leistungsprognose aufgestellt wird. Somit wird vorteilhaft die Bearbeitung der Berechnungsaufgaben anhand der Leistungsprognose für die Zukunft geplant. Besonders bevorzugt wird der Zeitplan für die Bearbeitung der Berechnung saufgaben anhand der Leistungsprognose optimiert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ausstehende Bearbeitungsaufgaben, vorzugsweise einschließlich der wenigstens einen zugeordneten Kenngröße, das heißt des zugeordneten Priorisierungswerts und/oder des zugeordneten Berechnungsaufwands, durch das Rechenzentrum an das elektrische Netzwerk, insbesondere einen Betreiber desselben, übermittelt werden. Es erfolgt dann vorteilhaft eine Rückmeldung des Rechenzentrums an das elektrische Netzwerk, was der Planung des stabilen Betriebs des elektrischen Netzwerks zugutekommt. Vorzugsweise wird der Betrieb langsam regelbarer Leistungserzeuger, die mit dem elektrischen Netzwerk verbunden sind, in Abhängigkeit von den übermittelten ausstehenden Berechnungsaufgaben angepasst. Insbesondere können langsam zu regelnde Leistungserzeuger rechtzeitig heruntergeregelt werden, wenn absehbar ist, dass das Rechenzentrum zukünftig weniger Leistung abnimmt. Andererseits können langsam zu regelnde Leistungserzeuger rechtzeitig hochgefahren werden, wenn absehbar ist, dass das Rechenzentrum einen höheren Leistungsbedarf haben wird.
Das Rechenzentrum weist bevorzugt eine Mehrzahl von in einem Datennetzwerk miteinander verbundenen Recheneinrichtungen, insbesondere eine Mehrzahl von Rechnern oder Servern, auf. Eine Kommunikation zwischen den einzelnen Recheneinrichtungen kann dabei über das Datennetzwerk, beispielsweise durch Wake Up On LAN, oder alternativ durch eine separate Steuerleitung erfolgen. Vorteilhaft weist das Rechenzentrum eine übergeordnete Steuerung auf, beispielsweise eine Master-Recheneinrichtung oder einen Master-Server, der einzelne Recheneinrichtungen oder Gruppen von Recheneinrichtungen zu- oder abschalten, und/oder die Berechnungsaufgaben an die verschiedenen Recheneinrichtungen verteilen kann. Eine Abschaltung von Gruppen von Recheneinrichtungen erfolgt bevorzugt durch Schalten eines Switchs oder Routers. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass einzelne Recheneinrichtungen oder Gruppen von Recheneinrichtungen durch Schalten schaltbarer Stromsteckdosen ab- und zugeschaltet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in bevorzugter Ausgestaltung ein Takt von wenigstens einer Recheneinrichtung des Rechenzentrums, vorzugsweise ein Takt einer Mehrzahl von Recheneinrichtungen, vorzugsweise ein Takt aller Recheneinrichtungen, in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter beeinflusst wird. Dies stellt eine ebenso einfache wie elegante und effiziente Möglichkeit dar, die Bearbeitung von Berechnungsaufgaben zu steuern sowie den Energieverbrauch der Recheneinrichtungen zu beeinflussen hinter einem Takt einer Recheneinrichtung ist dabei insbesondere ein Rechentakt, insbesondere ein Prozessortakt, zu verstehen. Bevorzugt wird ein Taktsignal für den Betrieb eines flüchtigen Datenspeichers, insbesondere eines dynamischen RAM, das heißt insbesondere eines Speicherbausteins mit wahlfreiem Zugriff, nicht in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter beeinflusst, um Datenverluste zu vermeiden. Insoweit zeigt sich, dass insbesondere eine Beeinflussung des Rechentakts oder Prozessortakts zu einer signifikanten Variation des Energieverbrauchs führt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Takt in Abhängigkeit des Leistungsbereitstellungsparameters höher oder niedriger gewählt wird. So können insbesondere mehr Rechenschritte pro Zeiteinheit durchgeführt werden, wenn der Leistungsbereitstellungsparameter anzeigt, dass mehr Leistung abgenommen werden kann, während weniger Rechenschritte pro Zeiteinheit durchgeführt werden können, wenn der Leistungsbereitstellungsparameter anzeigt, dass eine geringere Leistung abgenommen werden sollte. Alternativ ist es möglich, dass der Takt in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter zugeschaltet oder abgeschaltet wird. Somit kann der Energieverbrauch insbesondere binär beeinflusst werden, indem zumindest durch wenigstens eine Recheneinrichtung oder auch eine Mehrzahl von Recheneinrichtungen, bis hin zu allen Recheneinrichtungen des Rechenzentrums, entweder Berechnungen durchgeführt oder keine Berechnungen durchgeführt werden.
Ein Zu- oder Abschalten des Takts erfolgt bevorzugt durch eine logische Verundung, das heißt insbesondere logische Konjunktion, eines von einer Takterzeugung erzeugten Taktsignals mit einem Steuersignal, insbesondere eines binären Steuersignals, welches durch die Steuerung des Rechenzentrums in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter erzeugt wird.
Dabei gehen einerseits das Taktsignal und andererseits das Steuersignal als Eingangswerte in ein Verundungsglied, auch als UND-Gatter bezeichnet, ein, wobei der Ausgangswert des UND- Gatters dem Prozessor einer Recheneinrichtung als effektives Taktsignal zugeführt wird. Somit wird dann, wenn das Steuersignal logisch hoch, insbesondere 1, ist, das Taktsignal der Takterzeugung an den Prozessor durch das UND-Gatter weitergeleitet. Ist das Steuersignal dagegen logisch niedrig, insbesondere 0, sperrt das UND-Gatter die Weiterleitung des von der Takterzeugung kommenden Taktsignals, sodas s dem Prozessor kein Taktsignal mehr zugeführt wird. Somit führt die den Prozessor aufweisende Recheneinrichtung keine Berechnungen mehr durch.
Wie bereits ausgeführt, wird - um Datenverluste zu vermeiden - einem flüchtigen Datenspeicher das bevorzugt ebenfalls von der Takterzeugung generierte Taktsignal dauerhaft zugeführt, insbesondere nicht über ein entsprechendes UND-Gatter geführt.
Die Beeinflussung des Taktsignals in Abhängigkeit des Leistungsbereitstellungsparameters hat den Vorteil, dass die Leistungsabnahme durch das Rechenzentrum sehr schnell verringert oder erhöht werden kann, insbesondere im niedrigen ms-Bereich, insbesondere abhängig von einer Regelgeschwindigkeit von Netzteilen der Recheneinrichtungen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Taktbeeinflussung auch durch einen Softwarebefehl und/oder eine Softwaremessage erfolgen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Kühlung des Rechenzentrums in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter angesteuert wird. Somit wird vorteilhaft auch die Kühlung des Rechenzentrums, die typischerweise einen hohen Bedarf an elektrischer Leistung hat, in die Regelung der Netzstabilität und/oder die Beeinflussung des Wirkungsgrads von wenigstens einem Leistungserzeuger für das elektrische Netzwerk einbezogen. Vorteilhaft wird dabei die Kühlleistung erhöht, wenn der Leistungsbereitstellungsparameter anzeigt, dass mehr Leistung abgenommen werden kann, während die Kühlleistung verringert wird, wenn der Leistungsbereitstellungsparameter anzeigt, dass eine geringere Leistung abgenommen werden sollte.
Besonders bevorzugt wird für die Kühlung des Rechenzentrums ein vorbestimmter Soll- Temperaturbereich definiert, der gekennzeichnet ist durch eine untere Temperaturgrenze und eine obere Temperaturgrenze. In Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter wird die Kühlung nun bevorzugt so betrieben, dass das Rechenzentrum - bei höherer möglicher Leistungsabnahme - an der unteren Temperaturgrenze des vorbestimmten Soll- Temperaturbereichs betrieben wird, wobei es bei geringerer zur Verfügung stehender Leistung bei der oberen Temperaturgrenze des vorbestimmten Soll-Temperaturbereichs betrieben wird. Somit kann die Kühlleistung in Zeiten eines Leistungsüberschusses erhöht und in Zeiten eines Leistungsmangels reduziert werden. Insbesondere eine Reduktion der Kühlleistung ist vorteilhaft dadurch möglich, dass das Rechenzentrum zuvor, bei Leistungsüberschuss, an der unteren Temperaturgrenze des vorbestimmten Soll-Temperaturbereichs betrieben wird, sodass es sich bei Reduktion der Kühlleistung nur nach und nach der oberen Temperaturgrenze annähert.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Steuerung, das heißt eine Steuereinrichtung, geschaffen wird, die eingerichtet ist zum Steuern eines an einem elektrischen Netzwerk betriebenen Rechenzentrums. Die Steuerung ist eingerichtet, um eine Bearbeitung einer Mehrzahl von Berechnungsaufgaben durch das Rechenzentrum in Abhängigkeit von wenigstens einer jeder Berechnungsaufgabe jeweils zugeordneten Kenngröße, ausgewählt aus einem Priorisierungswert und einem Berechnungsaufwand, und in Abhängigkeit von einem Leistungsbereitstellungsparameter des elektrischen Netzwerks zu steuern. Die Steuerung ist insbesondere eingerichtet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. In Zusammenhang mit der Steuerung verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Die Steuerung weist bevorzugt ein Empfangsmittel zum Empfangen der jeweiligen wenigstens einen Kenngröße, das heißt des Priosierungswerts und/oder des jeweiligen Berechnungsaufwands, auf. Alternativ oder zusätzlich weist die Steuerung bevorzugt ein Zuordnungsmittel auf, das eingerichtet ist, um den Berechnungsaufgaben jeweils wenigstens eine Kenngröße, ausgewählt aus dem Priorisierungswert und dem Berechnungsaufwand, zuzuordnen.
Das Empfangsmittel ist alternativ oder zusätzlich bevorzugt eingerichtet, um den Leistungsbereitstellungsparameter zu empfangen.
Die Steuerung ist bevorzugt eingerichtet, um die Bearbeitung der Mehrzahl von Berechnungsaufgaben auf einer Mehrzahl von Recheneinrichtungen des Rechenzentrums zu steuern, insbesondere um eine zeitliche Reihenfolge, und/oder Parallelisierung der Berechnungsaufgaben auf den Recheneinrichtungen vorzugeben. Insbesondere ist die Steuerung bevorzugt eingerichtet, um vorzugeben, welche Berechnungsaufgabe zu welchem Zeitpunkt berechnet wird, insbesondere auf welcher Recheneinrichtung.
Insbesondere ist die Steuerung bevorzugt eingerichtet, um die Berechnungsaufgaben auf die einzelnen Recheneinrichtungen zu verteilen.
Die Steuerung ist bevorzugt über ein Datennetzwerk mit den Recheneinrichtungen wirkverbunden.
Die Steuerung ist vorzugsweise weiterhin eingerichtet, um die Recheneinrichtungen anzusteuem, insbesondere einzeln oder in Gruppen zu- oder abzuschalten, insbesondere um eine Berechnung in den Recheneinrichtungen- einzeln oder gruppenweise - zu stoppen oder zu starten. Dabei ist es möglich, dass die Steuerung die Recheneinrichtungen über das Datennetzwerk ansteuert. Es ist aber auch möglich, dass die Steuerung über eine separate Steuerleitung mit den Recheneinrichtungen verbunden ist, insbesondere um einen Takt der Recheneinrichtungen - einzeln oder gruppenweise - zu beeinflussen. Besonders bevorzugt ist die Steuerung eingerichtet, um ein - vorzugsweise binäres - Steuersignal über die Steuerleitung an die Recheneinrichtungen zu übermitteln. Die Steuerung ist bevorzugt eingerichtet zur Erzeugung eines - bevorzugt binären - Steuersignals zur Ansteuerung der wenigstens Recheneinrichtungen, vorzugsweise für jede Recheneinrichtung ein Steuersignal.
Vorzugsweise weist die Steuerung eine Takterzeugung auf, das heißt eine Takterzeugungseinrichtung, die eingerichtet ist zur Erzeugung eines Taktsignals.
Die Steuerung weist außerdem bevorzugt ein Verundungsglied (UND-Gatter) auf, das eingerichtet ist, um das binäre Steuersignal und das Taktsignal zu empfangen und insbesondere im Sinne einer logischen Konjunktion miteinander zu verknüpfen (Verunden), wobei das Verundungsglied eingerichtet ist, um ein effektives Taktsignal - insbesondere als Ergebnis der logischen Konjunktion - an wenigstens einen Prozessor einer Recheneinrichtung auszugeben. Ist nun das binäre Steuersignal logisch hoch, wird das Taktsignal als effektives Taktsignal durch das Verundungsglied an den Prozessor weitergeleitet, sodass der Prozessor getaktet wird und somit arbeitet. Ist dagegen das binäre Steuersignal logisch niedrig, wird das Taktsignal durch das Verundungsglied nicht weitergegeben, sodass das effektive Taktsignal verschwindet. Der Prozessor führt dann keine Berechnungen durch, da er kein Taktsignal erhält. Vorzugsweise weist die Steuerung für jede Recheneinrichtung ein solches Verundungslied auf.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem ein Rechenzentrum geschaffen wird, das eine erfindungsgemäße Steuerung oder eine Steuerung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist, und/oder das eingerichtet ist zum Betrieb an einem elektrischen Netzwerk gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren oder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. In Zusammenhang mit dem Rechenzentrum verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Das Rechenzentrum weist vorzugsweise wenigstens eine Recheneinrichtung, vorzugsweise eine Mehrzahl insbesondere in einem Datennetzwerk miteinander und bevorzugt mit der Steuerung verbundener Recheneinrichtungen auf.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Rechenzentrums ;
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer
Anordnung des Rechenzentrums an einem elektrischen Netzwerk sowie zugleich einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Rechenzentrums an dem elektrischen Netzwerk;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Anordnung des Rechenzentrums an einem elektrischen Netzwerk sowie zugleich einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben des Rechenzentrums an dem elektrischen Netzwerk, und
Figur 4 eine schematische Detaildarstellung des Rechenzentrums sowie des Verfahrens insbesondere gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Rechenzentrums 1, das an einem in Figur 2 dargestellten elektrischen Netzwerk 3 - insbesondere als Verbraucher - betrieben wird. Das Rechenzentrum 1 weist eine Mehrzahl von Recheneinrichtungen 5 auf, die insbesondere als Server ausgebildet sein können. Außerdem weist das Rechenzentrum 1 eine Steuerung 7, das heißt eine Steuereinrichtung, auf, die zusätzlich zu den Recheneinrichtungen 5 vorgesehen oder in eine der Recheneinrichtungen 5, insbesondere eine Master-Recheneinrichtung, integriert sein kann. Die Steuerung 7 ist bevorzugt mit den Recheneinrichtungen 5 über ein Datennetzwerk 9 verbunden. Auch die Recheneinrichtungen 5 sind untereinander vorzugsweise über das Datennetzwerk 9 verbunden. Die Steuerung 7 ist eingerichtet, um eine Bearbeitung einer Mehrzahl von Berechnungsaufgaben 11 auf den Recheneinrichtungen 5 zu steuern, insbesondere um eine zeitliche Reihenfolge, und/oder Parallelisierung der Berechnungsaufgaben 11 auf den Recheneinrichtungen 5 vorzugeben. Insbesondere ist die Steuerung 7 eingerichtet, um vorzugeben, welche Berechnungsaufgabe 11 zu welchem Zeitpunkt berechnet wird, insbesondere auf welcher Recheneinrichtung 5.
Insbesondere ist die Steuerung 7 bevorzugt eingerichtet, um die Berechnungsaufgaben 11 auf die einzelnen Recheneinrichtungen 5 zu verteilen. Die Steuerung 7 ist vorzugsweise weiterhin eingerichtet, um die Recheneinrichtungen 5 anzusteuern, insbesondere einzeln oder in Gruppen zu- oder abzuschalten, insbesondere um eine Berechnung in den Recheneinrichtungen 5 - einzeln oder gruppenweise - zu stoppen oder zu starten. Dabei ist es möglich, dass die Steuerung 7 die Recheneinrichtungen 5 über das Datennetzwerk 9 ansteuert. Es ist aber auch möglich, dass die Steuerung 7 über eine separate Steuerleitung 13 mit den Recheneinrichtungen 5 verbunden ist, insbesondere um einen Takt der Recheneinrichtungen 5 - einzeln oder gruppenweise - zu beeinflussen. Besonders bevorzugt ist die Steuerung 7 eingerichtet, um ein - vorzugsweise binäres - Steuersignal über die Steuerleitung 13 an die Recheneinrichtungen 5 zu übermitteln.
Das Rechenzentrum 1, insbesondere die Steuerung 7, ist eingerichtet zur Durchführung eines im Folgenden näher beschriebenen Verfahrens.
Jeder Berechnungsaufgabe 11 ist - insbesondere von einem Auftraggeber des Rechenzentrums 1 - ein Priorisierungswert und/oder ein Berechnungsaufwand, das heißt wenigstens eine Kenngröße, zugeordnet, oder es wird jeder Berechnungsaufgabe 11 - vorzugsweise durch die Steuerung 7 - ein Priorisierungswert und/oder ein Berechnungsaufwand als die wenigstens einen Kenngröße zugeordnet.
Die Steuerung 7 ist eingerichtet, um die Bearbeitung der Berechnungsaufgaben 11 unter Berücksichtigung des jeweiligen Priorisierungswerts und/oder Berechnungsaufwands, und unter Berücksichtigung eines Leistungsbereitstellungsparameters 15 des elektrischen Netzwerks 3 vorzugeben. Insbesondere ist die Steuerung 7 eingerichtet, um die zeitliche Reihenfolge der Bearbeitung der Berechnungsaufgaben 11, sowie vorzugsweise deren Parallelisierung, in Abhängigkeit von dem jeweiligen Priorisierungswert und/oder Berechnungsaufwand, und in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter 15 zu bestimmen.
Der Leistungsbereitstellungsparameter 15 ist bevorzugt ein Netzstabilitätsparameter oder ein Wirkungsgrad eines Leistungserzeugers für das elektrische Netzwerk 3. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Anordnung des Rechenzentrums 1 an einem elektrischen Netzwerk 3 sowie eine erste Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Rechenzentrums 1 an dem elektrischen Netzwerk 3.
Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern jeweils auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
Dem elektrischen Netzwerk 3 sind eine Mehrzahl von Leistungserzeugern 17 zugeordnet, die hier insbesondere zumindest teilweise verschiedenartig ausgebildet sein können, wobei dem elektrischen Netzwerk 3 auch volatile Leistungserzeuger, insbesondere aus dem Bereich der regenerativen Energien, zugeordnet sind. Beispielsweise kann zumindest einer der Leistungserzeuger 17 als Windkraftanlage ausgebildet sein. Zumindest ein anderer Leistungserzeuger 17 kann als Solar- oder Photovoltaikanlage ausgebildet sein. Es ist auch möglich, dass zumindest einer der Leistungserzeuger 17 als Kombination einer Brennkraftmaschine mit einer mit der Brennkraftmaschine antriebswirkverbundenen und als Generator betriebenen elektrischen Maschine, insbesondere als sogenanntes Genset, ausgebildet ist.
Weiterhin ist dem elektrischen Netzwerk 3 bevorzugt ein Energiespeicher 19 zugeordnet, der eingerichtet ist, um Energie aus dem elektrischen Netzwerk 3 zu speichern, unabhängig von der konkreten physikalischen Form der Energiespeicherung, sowie Energie an das elektrische Netzwerk 3 abzugeben. Der Energiespeicher 19 ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als elektrochemischer Speicher, insbesondere als Akkumulator oder Batterie, ausgebildet.
Das Rechenzentrum 1 ist über eine elektrische Wirkverbindung 21 mit dem elektrischen Netzwerk 3 verbunden. Die elektrische Wirkverbindung 21 ist bevorzugt als Kabel oder Leitung, oder als Mehrzahl von Kabeln oder Leitungen ausgebildet.
Bei dem hier dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sowie der ersten Ausführungsform des Verfahrens ist der Leistungsbereitstellungsparameter 15 insbesondere ein Netzstabilitätsparameter. Vorteilhaft kann somit das Rechenzentrum 1 zur Stabilisierung des elektrischen Netzwerks 3 herangezogen werden. Allgemein ist der Netzstabilitätsparameter bevorzugt ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Frequenz, einer Stromstärke, einer elektrischen Spannung, jeweils bevorzugt gemessen in oder an der elektrischen Wirkverbindung 21, einem Speicherzustand, insbesondere Speicherfüllstand, des Energiespeichers 19, und einer Solllast für das Rechenzentrum 1.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel beziehungsweise der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens ist der Netzstabilitätsparameter bevorzugt eine Frequenz 23, die an der elektrischen Wirkverbindung 21 gemessen oder abgenommen wird.
Die Steuerung 7 ist nun insbesondere eingerichtet, um in Abhängigkeit einer Abweichung der Frequenz 23 von einer Soll-Frequenz für das elektrische Netzwerk 3 die Bearbeitung von Berechnungsaufgaben mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand aufzuschieben und damit die Rechenleistung des Rechenzentrums 1 sowie die Leistungsabnahme aus dem elektrischen Netzwerk 3 zu reduzieren, oder aber zusätzlich zu Berechnungsaufgaben mit höherem Priorisierungswert und/oder niedrigerem Berechnungsaufwand auch Berechnung saufgaben mit niedrigerem Priorisierungswert und/oder höherem Berechnungsaufwand zu berechnen, um die Rechenleistung des Rechenzentrums 1 und somit zugleich dessen Leistungsabnahme aus dem elektrischen Netzwerk 3 zu erhöhen. Insbesondere wenn die Frequenz 23 unter die Soll-Frequenz absinkt, reduziert die Steuerung 7 die Rechenleistung des Rechenzentrums 1 und damit zugleich die Leistungsabnahme aus dem elektrischen Netzwerk 3. Steigt die Frequenz 23 dagegen über die Soll-Frequenz, erhöht die Steuerung 7 die Rechenleistung des Rechenzentrums 1 und damit dessen Leistungsabnahme aus dem elektrischen Netzwerk 3. Das Rechenzentrum 1 wird somit im Rahmen des Verfahrens als zumindest virtuelle Regelleistungsquelle sowie als Regelleistungssenke eingesetzt, um das elektrische Netzwerk 3 zu stabilisieren.
Bevorzugt berücksichtigt die Steuerung 7 bei der Bestimmung der Bearbeitung der Berechnungsaufgaben 11 zusätzlich eine Leistungsprognose 25, die für das elektrische Netzwerk 3 erstellt wird. Diese Leistungsprognose 25 kann insbesondere anhand von Wetterdaten und/oder dem Speicherfüllstand des Energiespeichers 19 erstellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine solche Leistungsprognose mit Blick auf Feiertage, Wochenenden, Schulferien, allgemein Kalenderereignisse, Tageszeiten, Verhalten von Verbrauchern am elektrischen Netzwerk, beispielsweise bei der Nutzung von Kommunikationsmitteln oder Medien, öffentlichen Ereignissen wie Wahlen, Veröffentlichungen von Nachrichten oder Börsendaten, und/oder vielem mehr, erstellt werden.
Besonders bevorzugt stellt die Steuerung 7 einen Zeitplan für die Bearbeitung der Berechnungsaufgaben 11 anhand der Leistungsprognose 25 auf, besonders bevorzugt optimiert sie den Zeitplan auf der Grundlage der Leistungsprognose 25. Somit kann vorteilhaft die zukünftige Bearbeitung von Berechnungsaufgaben 11 auf die voraussichtliche Leistung des elektrischen Netzwerks 3 abgestimmt werden.
Bevorzugt übermittelt die Steuerung 7 eine Rückmeldung 27 bezüglich ausstehender Berechnungsaufgaben, vorzugsweise einschließlich deren jeweiliger wenigstens einer Kenngröße, das heißt Priorisierungswert und/oder Berechnungsaufwand, an das elektrische Netzwerk 3 oder an einen Betreiber des elektrischen Netzwerks. Diese Rückmeldung 27 wird dann bevorzugt verwendet, um langsam einzuregelnde Leistungserzeuger 17 des elektrischen Netzwerks 3 entsprechend der zukünftig zu erwartenden Leistungsabnahme durch das Rechenzentrum 1 anzupassen.
Dem Rechenzentrum 1 ist außerdem bevorzugt noch eine Kühlung 29 zugeordnet, die bevorzugt durch die Steuerung 7 ebenfalls in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter 15 angesteuert wird. Somit kann vorteilhaft auch die Kühlung 29 in die Stabilisierung des elektrischen Netzwerks 3 einbezogen werden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Anordnung des Rechenzentrums 1 an einem elektrischen Netzwerk 3 sowie einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben des Rechenzentrums 1 an dem elektrischen Netzwerk 3. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel beziehungsweise der zweiten Ausführungsform des Verfahrens ist der Leistungsbereitstellungsparameter 15 ein Wirkungsgrad der Leistungserzeuger 17, insbesondere ein Gesamt-Wirkungsgrad der Leistungserzeuger 17, insbesondere ein Gesamt- Wirkungsgrad aller Leistungserzeuger 17. In diesem Lall weist das elektrische Netzwerk 3 bevorzugt eine Mehrzahl von Leistungserzeugem 17 auf, deren Wirkungsgrad von der erzeugten beziehungsweise abgenommenen Leistung abhängt. Vorzugsweise sind alle Leistungserzeuger 17 des elektrischen Netzwerks 3 solche Leistungserzeuger, deren Wirkungsgrad von der erzeugten beziehungsweise abgenommen Leistung abhängt. Ein solcher Leistungserzeuger 17 ist beispielsweise ein Genset, aber auch eine elektrochemische Zelle, insbesondere Brennstoffzelle, oder Batterie.
Die Bearbeitung der Berechnung saufgaben 11 wird durch die Steuerung 7 nun so vorgegeben, dass die Leistungserzeuger 17 oder zumindest die momentan aktivierten Leistungserzeuger 17, bei ihrem optimalen Wirkungsgrad oder zumindest nahe an ihrem optimalen Wirkungsgrad betrieben werden. Insbesondere wird bevorzugt der Gesamt-Wirkungsgrad der Leistungserzeuger 17 durch entsprechende Planung der Bearbeitung der Berechnungsaufgaben 11 durch die Steuerung 7 optimiert.
Vorzugsweise erfolgt auch hier eine Rückmeldung 27 an das elektrische Netzwerk 3. Insbesondere ist es möglich, dass die Steuerung 7 einzelne Leistungserzeuger 17 zu- oder abschalten kann.
Insbesondere bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist das elektrische Netzwerk 3 bevorzugt als Inselnetz ausgebildet und dem Rechenzentrum 1 als alleinigem Verbraucher zugeordnet. Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 kann das elektrische Netzwerk 3 als Inselnetz ausgebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass das elektrische Netzwerk 3 als überregionales elektrisches Netzwerk, insbesondere als Verbundnetz, ausgebildet ist. Insbesondere die Ausgestaltung gemäß Figur 3 ist geeignet für ein als Gleichspannungsnetz ausgebildetes elektrisches Netzwerk 3.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Details des Rechenzentrums 1 sowie des Verfahrens zum Betreiben des Rechenzentrums 1 an dem elektrischen Netzwerk 3, wobei dieses Detail entsprechend in dem Rechenzentrum 1 gemäß Figur 1 sowie auch insbesondere sowohl in der ersten Ausführungsform gemäß Figur 2 als auch in der zweiten Ausführungsform gemäß Figur 3 implementiert sein kann.
Konkret ist in Figur 4 eine besonders bevorzugte Ausgestaltung dargestellt, wie mithilfe der Steuerleitung 13, insbesondere mittels eines über die Steuerleitung 13 übermittelten, binären Steuersignals 31, die Berechnung von Berechnungsaufgaben 11 in einer der Recheneinrichtungen 5 gestartet oder gestoppt werden kann. Hierzu wird das binäre Steuersignal 31 in einem Verundungsglied 33 (UND-Gatter) mit einem von einer Takterzeugung 35 erzeugten Taktsignal 37 verundet, wobei das Verundungsglied 33 ein effektives Taktsignal 39 an einen Prozessor 41 der Recheneinrichtung 5 ausgibt. Ist nun das binäre Steuersignal 31 logisch hoch, wird das Taktsignal 37 als effektives Taktsignal 39 durch das Verundungsglied 33 an den Prozessor 41 weitergeleitet, sodass der Prozessor 41 getaktet wird und somit arbeitet. Ist dagegen das binäre Steuersignal 31 logisch niedrig, wird das Taktsignal 37 durch das Verundungsglied 33 nicht weitergegeben, sodass das effektive Taktsignal 39 verschwindet. Der Prozessor 41 führt dann keine Berechnungen durch, da er kein Taktsignal erhält.
Auf diese Weise kann der Energieverbrauch der Recheneinrichtung 5 sehr effizient und zugleich schnell verringert oder erhöht sowie die Bearbeitung von Berechnung saufgaben in der Recheneinrichtung 5 gestartet oder angehalten werden. Die Takterzeugung 35 erzeugt das Taktsignal 37 vorzugsweise auch für einen flüchtigen
Datenspeicher 43, insbesondere ein dynamisches RAM. Das Taktsignal 37 wird dabei für den flüchtigen Datenspeicher 43 nicht gestoppt oder unterbunden, um Datenverluste zu vermeiden, insbesondere indem ein Refreshermechanismus weiterbetrieben wird. Allgemein ist die Steuerung 7 bevorzugt eingerichtet, um den Takt von wenigstens einer Recheneinrichtung 5 in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter 15 zu beeinflussen, insbesondere den Takt in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter 15 höher oder niedriger zu wählen oder - wie hier konkret dargestellt - zu- oder abzuschalten.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Betreiben eines Rechenzentrums (1) an einem elektrischen Netzwerk (3), wobei
- durch das Rechenzentrum (1) eine Mehrzahl von Berechnungsaufgaben (11) bearbeitet werden, wobei
- jeder Berechnungsaufgabe (11) der Mehrzahl von Berechnungsaufgaben (11) ein Priorisierungswert und/oder ein Berechnungsaufwand zugeordnet ist oder zugeordnet wird, wobei
- die Berechnungsaufgaben (11) unter Berücksichtigung ihres jeweiligen Priorisierungswerts und/oder Berechnungsaufwands, und unter Berücksichtigung eines Leistungsbereitstellungsparameters (15) des elektrischen Netzwerks (3) bearbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbereitstellungsparameter (15) ein Netzstabilitätsparameter ist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbereitstellungsparameter (15) ein Wirkungsgrad und/oder ein Betriebspunkt zumindest eines Leistungserzeugers (17) für das elektrische Netzwerk (3) ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Netzstabilitätsparameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Lrequenz, einer Stromstärke, einer elektrischen Spannung, einem Speicherzustand eines Energiespeichers (19), und einer Solllast für das Rechenzentrum (1).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungsprognose (25) für das elektrische Netzwerk (3) erstellt wird, wobei die Berechnungsaufgaben (11) zusätzlich unter Berücksichtigung der Leistungsprognose (25) bearbeitet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitplan für die Bearbeitung der Berechnungsaufgaben (11) anhand der Leistungsprognose (25) aufgestellt, vorzugsweise optimiert wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausstehende Berechnungsaufgaben (11), vorzugsweise mit dem jeweils zugeordneten Priorisierungswert und/oder Berechnungsaufwand, durch das Rechenzentrum (1) an das elektrische Netzwerk (3) übermittelt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Takt von wenigstens einer Recheneinrichtung (5) des Rechenzentrums (1) in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter (15) beeinflusst wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Takt in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter (15) höher oder niedriger gewählt, oder zu- oder abgeschaltet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung (29) des Rechenzentrums (1) in Abhängigkeit von dem Leistungsbereitstellungsparameter (15) angesteuert wird.
11. Steuerung (7), eingerichtet zum Steuern eines an einem elektrischen Netzwerk (3) betriebenen Rechenzentrums (1), wobei die Steuerung eingerichtet ist, um eine Bearbeitung einer Mehrzahl von Berechnungsaufgaben (11) durch das Rechenzentrum (7) in Abhängigkeit von einem jeder Berechnungsaufgabe (11) jeweils zugeordneten Priorisierungswert und/oder von einem jeder Berechnungsaufgabe (11) jeweils zugeordneten Berechnungsaufwand, und in Abhängigkeit von einem Leistungsbereitstellungsparameter (15) des elektrischen Netzwerks (3) zu steuern.
12. Rechenzentrum (1), mit einer Steuerung nach Anspruch 11.
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