Princip: Koldioxidmedvetenhet
Videons innehåll är fortfarande giltigt, men principnumren kan skilja sig åt på grund av green software foundations principomnumrering.
Koldioxidmedvetenhet
All el produceras inte på samma sätt. På olika platser och tider tillverkas el med olika källor med varierande koldioxidutsläpp. Vissa källor, till exempel vind, sol eller vattenkraft, är rena, förnybara källor som inte släpper ut koldioxid. Andra fossila bränslekällor släpper ut olika mängder koldioxid för att producera el. Till exempel släpper gasförbrännande kraftverk ut mindre kol än kolförbrännande kraftverk.
Koldioxidintensitet
Elens koldioxidintensitet är ett mått på hur många koldioxidutsläpp (CO₂eq) som produceras per kilowattimmes förbrukad el.
Standardenheten för koldioxidintensitet är gCO₂eq/kWh, eller gram kol per kilowattimmes.
Om datorn var ansluten direkt till en vattenkraft anläggning, då den el som förbrukas skulle ha en koldioxidintensitet på zero gCO₂eq/kWh. En vattenkraftsanläggning släpper inte ut något koldioxid för att producera den elektriciteten. De flesta människor kan inte ansluta direkt till vattenkraftsanläggningar. I stället ansluter de till elnät som levereras med el från en blandning av källor som producerar varierande mängder koldioxid. När du ansluter till ett rutnät är därför koldioxidintensiteten vanligtvis större än noll.
Koldioxidintensitetens variabilitet
Koldioxidintensiteten ändras efter plats, eftersom vissa regioner har en energimix som innehåller mer rena energikällor än andra.
Koldioxidintensiteten ändras också över tid på grund av den förnybara energins varierande karaktär. När det till exempel är molnigt eller vinden inte blåser ökar koldioxidintensiteten eftersom mer av elen i din blandning kommer från källor som släpper ut koldioxid.
Efterfrågan på el varierar under dagen och tillgången måste uppfylla den efterfrågan. En del av den försörjningen kan enkelt styra den kraft den producerar. ett kolkraftverk kan till exempel bränna mindre kol. En del av den försörjningen kan inte enkelt styra den kraft den producerar. Till exempel kan en vindkraftspark inte styra hur mycket vinden blåser, och den kan bara kasta bort (minska) el som gjordes i huvudsak gratis.
Som en biprodukt av hur energimarknaderna fungerar, när efterfrågan på el minskar, skalas vanligtvis de högutsläppande fossila bränslekällorna tillbaka först, med förnybara energikällor som skalas tillbaka sist.
Om du minskar mängden el som förbrukas i dina program kan du minska koldioxidintensiteten i det lokala elnätets energimix.
Marginalkolintensitet
Vanligtvis är ett marginellt kraftverk ett system som snabbt kan reagera på förändringar i elbehovet, till exempel en gasturbin.
Om du förbrukar mer energi kommer den energin från det marginella kraftverket. Det kan dock inte vara en vindkraftverk eller solceller, eftersom du inte kan befalla dem att producera mer.
Kraftverket kan styra den energi som det matar ut. Förnybara energikällor kan inte styra solen eller vinden, så marginella kraftverk drivs ofta av fossila bränslen.
Marginalanläggningen släpper ut koldioxid, och när som helst har vi koldioxidintensiteten i energimixen i nätet och koldioxidintensiteten hos den energi som skulle behöva tas online för att möta den nya efterfrågan. Det kallas marginalkolintensiteten.
Fossildrivna kraftverk når sällan noll; de har ett minsta tröskelvärde för funktion. Vissa skalas inte och anses vara en konsekvent, alltid på basbelastning. På grund av detta kan vi ibland nå det orimliga scenariot där vi kastar bort (minska) förnybar energi som skapats gratis för att konsumera energi från fossila kraftverk gjorda med ett bränsle som kostar pengar.
Om en ny belastning skulle mötas med tillgång från en förnybar källa som annars skulle ha minskats är zero gCO₂eq/kWhmarginalkolintensiteten .
Det finns stunder då den marginella koldioxidintensiteten för el är zero gCO₂eq/kWh. Att köra beräkning under dessa tider resulterar i att inget koldioxid genereras från elförbrukningen.
Växling av efterfrågan
Det finns för närvarande lite i vägen för lagring eller buffring i elnätssystem. Vanligtvis produceras el så att tillgången alltid uppfyller efterfrågan. Om mer energi genereras från förnybara energikällor än vad som behövs för att stödja efterfrågan och alla våra lagringsalternativ är fulla, begränsar vi (kastar bort) den rena energin. En lösning är att flytta arbetsbelastningar till tider och platser med mer förnybar energiförsörjning, ett begrepp som kallas för växling av efterfrågan.
Om du kan vara flexibel med när och var du kör arbetsbelastningar kan du förbruka el när koldioxidintensiteten är mindre och pausa när koldioxidintensiteten är hög. Till exempel träning av en maskininlärningsmodell vid en annan tidpunkt eller i en region med mycket lägre koldioxidintensitet.
Studier som Att sätta en CO₂ siffra på en beräkning har visat att dessa åtgärder kan minska koldioxidutsläppen så mycket som 45% till 99%, beroende på antalet förnybara energikällor som driver nätet.
Titta på programmet från slutpunkt till slutpunkt, identifiera möjligheter att vara flexibel när det gäller arbetsbelastningar och använd koldioxidintensiteten för el för att signalera när eller om du vill köra dessa arbetsbelastningar.
Beräkna koldioxidintensitet
Med flera tjänster kan du hämta realtidsdata om den aktuella koldioxidintensiteten i olika elnät. Vissa ger uppskattningar av framtida koldioxidintensitet, och vissa ger den marginella koldioxidintensiteten.
API för koldioxidintensitet: Kostnadsfri resurs för koldioxidintensitetsdata i Storbritannien
ElectricityMap: Kostnadsfritt för icke-kommersiell användning av enskilda länder/regioner, premiumlösningar för kommersiell åtkomst och åtkomst mellan flera länder/regioner
WattTime: Kostnadsfritt för en enda rutnätsregion, premiumlösningar för flera rutnät och marginalutsläpp i realtid
Efterfrågeförskjutning är strategin att flytta beräkning till regioner eller tider då koldioxidintensiteten är mindre, eller, för att uttrycka det på ett annat sätt, när tillgången på förnybar el är hög.
Efterfrågeformning är en liknande strategi, men i stället för att flytta efterfrågan till en annan region eller tid formar vi vår efterfrågan för att matcha det befintliga utbudet.
Om tillgången på förnybar energi är hög ökar efterfrågan (gör mer i dina program); om tillgången är låg, minska efterfrågan (gör mindre i dina program).
Ett bra exempel på det här konceptet är programvara för videokonferenser. Snarare än att ständigt strömma på högsta möjliga kvalitet, formar de ofta efterfrågan genom att minska videokvaliteten för att prioritera ljud.
Ett annat exempel är TCP/IP. Överföringshastigheten ökar som svar på hur mycket data som kan sändas via kabeln.
Ett tredje exempel är progressiv förbättring med webben. Webbupplevelsen förbättras beroende på resurser och bandbredd för slutanvändarens enhet.
Koldioxidmedveten kontra koldioxideffektiv
Koldioxideffektiviteten kan vara transparent för slutanvändaren. Du kan vara mer effektiv på alla nivåer när det gäller att omvandla koldioxid till användbara funktioner samtidigt som användarupplevelsen hålls densamma.
Men någon gång räcker det inte att vara transparent mer koldioxideffektiv. Om koldioxidkostnaden för att köra ett program just nu är för hög kan vi ändra användarupplevelsen för att minska koldioxidutsläppen ytterligare. När användaren är medveten om att programmet körs på ett annat sätt blir det ett koldioxidmedvetent program.
Att forma koldioxidmedvetna program handlar om koldioxidförsörjningen. När koldioxidkostnaden för att köra ditt program blir hög formar du efterfrågan för att matcha koldioxidförsörjningen. Detta kan inträffa automatiskt, eller så kan användaren göra ett val.
Efterfrågeformningen är relaterad till ett bredare begrepp inom hållbarhet, vilket är att minska förbrukningen. Vi kan uppnå mycket genom att bli mer effektiva med resurser, men vi behöver förbruka mindre någon gång. Som tekniker för hållbar programvara innebär koldioxideffektivt att när koldioxidintensiteten är hög, i stället för att efterfrågan skiftar beräkning, överväger vi att avbryta den, vilket minskar våra programs krav på våra slutanvändares förväntningar.
Miljölägen
Ekolägen används ofta i livet; till exempel i bilar eller tvättmaskiner. När den är påslagen ändras prestandan eftersom de förbrukar färre resurser (gas/el) för att utföra samma uppgift. Det är inte kostnadsfritt (annars skulle vi alltid välja ekolägen), så vi gör kompromisser. Eftersom det är en kompromiss presenteras ekolägen nästan alltid för en användare som ett val, och användaren bestämmer om de vill gå med på det och acceptera kompromisserna.
Programvaruprogram kan också ha ekolägen som, när de används, ändrar programmets beteende på potentiellt två sätt:
Intelligens: Ge användarna information för att fatta välgrundade beslut.
Automatisk: Programmet fattar automatiskt mer aggressiva beslut för att minska koldioxidutsläppen.