Pozyskiwanie energii termoelektrycznej z komputerowych kart graficznych

Podczas CES2015 znany producent procesorów graficznych (GPU) wprowadził nowy procesor graficzny. Te procesory graficzne wymagają złożonego zarządzania temperaturą, aby procesor był chłodny. Większość producentów kart akceleratorów GPU opracowuje nowe karty akceleratorów graficznych, które wykorzystują prymitywną technologię zarządzania temperaturą w porównaniu do dzisiejszych zaawansowanych technologii. Większość z nas zna tę technologię jako fanów zarządzających tą niechcianą energią cieplną, co widać na zdjęciu karty akceleratora graficznego:

Jakie bariery muszą pokonać inżynierowie, aby przekształcić tę marnotrawczą energię cieplną w użyteczną energię elektryczną?

Poniżej znajduje się profil temperaturowy karty GPU.

Bibliografia:

• Generator termoelektryczny działający na spalinach
• Małe generatory termoelektryczne
• Przegląd technologii termoelektrycznej
• Przedłuż żywotność karty graficznej dzięki niestandardowym ustawieniom automatycznej prędkości wentylatora

Istnieje ciepło, które można odzyskać, ale nie wydostaniesz go zbyt wiele. Jak wspomniał jeden z komentujących, Twoim absolutnym maksimum jest wydajność Carnota.

Jest to wyidealizowany warunek, nigdy nie osiągniesz takiej wydajności. Ale aby znaleźć nasz limit, i tak go wymyślmy.$T_c$ będzie po prostu temperatura pokojowa, może być nieco cieplej wewnątrz wieży, ale damy sobie z tego wątpliwości i wybierzemy ładną okrągłą liczbę w 20 ° C (293 K.). $T_h$ będą się różnić, ponieważ procesor graficzny będzie pracował mocniej (jest to ogólnie jeden z problemów związanych z tym projektem; moc uzyskiwana z układu chłodzenia nie będzie stała, ponieważ temperatura procesora graficznego różni się w zależności od obciążenia procesora). nie chcę uruchamiać go zbyt gorąco i uszkodzić karty, co przeczy celowi systemu chłodzenia.

Po szybkim wyszukiwaniu (Google „Temperatury pracy GPU”) zobaczysz kilka postów na forum, które podają wiele różnych liczb, z których żaden, jak sądzę, nie jest wystarczająco silny, aby cytować, ale łączę ich dane, aby moje własne założenie) wygląda na to, że większość kart ma silną górną granicę ~ 100 ° C, zanim zaczniesz wyrządzać poważne obrażenia. Jednak korzystanie z tego gorącego nadal skraca żywotność karty i sądząc po zdjęciu w pytaniu, jest to ładna karta, za którą zapłaciliśmy całkiem grosza i chcemy ją utrzymać tak długo, jak to możliwe . 70C to dobre miejsce do strzelania, ale 80C (353K) jest prawdopodobnie całkiem bezpieczne i chcemy jak najlepiej. Z tymi liczbami rozumiemy

Oznacza to, że co najwyżej najlepsze, co możemy zrobić, to uzyskać 17% ciepła, które wytwarzamy na karcie, jako elektryczność do zasilania czegoś w wieży. Możemy zmieniać temperaturę karty, a gdy wynosi ona od 60 ° C do 100 ° C, wydajność wynosi od 12% do 21%. Niezależnie od tego nie odzyskujemy zbyt wiele.

To jednak maksymalna wydajność. Ta strona , która sprzedaje generatory termoelektryczne, mówi, że najwyższej klasy TEG będą działały z wydajnością 8%. Chociaż jest to lepsze niż nic, co otrzymywalibyśmy wcześniej, prawdziwym problemem tutaj są koszty i wdrożenie. TEG nie są tanie, a wentylatory chłodzące są. Podstawowy układ chłodzenia jest również znacznie łatwiejszy do zainstalowania. Nawet jeśli możemy podłączyć TEG do schłodzenia karty, musimy znaleźć coś, co możemy zrobić z tą elektrycznością, i nie chcemy, aby zmienna moc była wykorzystywana do krytycznych komponentów. Oświetlenie wieży i dodatkowe wentylatory to prawdopodobnie zakres naszego użytkowania.

Tak więc, aby odpowiedzieć na twoje aktualne pytanie, jestem pewien, że możemy znaleźć wszelkiego rodzaju kreatywne sposoby przekształcenia tego ciepła w pracę elektryczną lub mechaniczną. Uczynienie go „użytecznym” to zupełnie inna historia.

Trevor Archibald dał ci naprawdę dobrą odpowiedź, ale z twoich komentarzy wynika, że ​​inna odpowiedź może być przydatna, ponieważ nadal uważasz, że może to być opłacalne przy odpowiedniej ekonomii.

Nie byłoby. Problemem jest inżynieria, a nie ekonomia. Z pewnością jest to zły pomysł z ekonomicznego punktu widzenia; ale zmiana cen nie będzie dobrym pomysłem. To nadal byłby zły pomysł. Pozwól mi wyjaśnić.

niskiej jakości ciepło

Ciepło niskiej jakości to ciepło, które jest o kilka kelwinów lub o kilkadziesiąt kelwinów wyższe od temperatury pokojowej.

szybkie pozbycie się ciepła to nazwa tej gry

George Herold punktów w komentarzu do jednego powodu dlaczego zbioru energii na karcie byłby zły pomysł: przewodność cieplna karty jest zaprojektowany aby być wysokie.

Szybkie pozbycie się ciepła jest szczególnie ważne w sprzęcie IT, w którym sprawność elektryczna sprzętu jest naprawdę zadziwiająco niska. A to oznacza, że ​​z włożonej energii elektrycznej prawie cała zostanie zamieniona w ciepło. Teoretycznie minimalna ilość energii potrzebna do odwrócenia bitu, niezależnie od nośnika, na którym bit jest przechowywany. Cała reszta energii włożona powyżej tego minimum zamieni się natychmiast w ciepło. Aby chronić sprzęt, musisz jak najszybciej pozbyć się tego ciepła.

Karta została zaprojektowana tak, aby jak najszybciej pozbyć się ciepła. Wszelkie przeszkody, takie jak proponowane urządzenie do pozyskiwania energii, spowolnią szybkość, z jaką ciepło opuszcza kartę. To podniesie temperaturę równowagi karty. A to radykalnie skróci żywotność karty. Stanie się tak niezależnie od ceny energii elektrycznej.

nie chodzi o cenę energii elektrycznej

Pomysł, że gdyby cena energii elektrycznej była wystarczająco wysoka, sprawiłaby, że opłacalne byłoby zbieranie ciepła niskiej jakości, jest po prostu błędny. Jeśli elektryczność jest tak cenna, warto przede wszystkim uczynić kartę bardziej wydajną, tak aby było mniej ciepła odpadowego: po pierwsze, zmniejsz zużycie energii o wysokiej wartości, zanim spróbujesz odzyskać energię o niskiej wartości. I to prowadzi mnie do ...

energia kontra egzergia

Ciepło jest, w dużej części przypadków, produktem odpadowym. To prawie zawsze najmniej użyteczna forma energii. To właśnie mówi limit wydajności Carnota: że aby uzyskać pracę przy niskiej temperaturze, można to zrobić tylko przy bardzo niskiej wydajności; to znaczy prawie całe ciepło pozostanie jako ciepło.

Podczas wykonywania inżynierii za pomocą ciepła i innych form energii bardzo przydatne jest zbudowanie intuicji, aby odróżnić energię (rzecz mierzoną w dżulach) od egzergii (rzecz, która wykonuje pracę). Forma, w jakiej znajduje się energia, określa, ile pracy może ona wykonać. Energia elektryczna może skutecznie wykonywać ogromne ilości pracy - ma bardzo wysoką egzergię. Ciepło niskiej jakości może wykonać bardzo mało pracy - ma bardzo niską egzergię.

Po wytworzeniu niskiej jakości ciepła jesteś już na końcu linii egzergii (użytecznej energii). Prawie wszystkie zastosowania energii kończą się na niskiej jakości. To ostateczna forma praktycznie każdego łańcucha konwersji energii. I, w skali kosmicznej, jest (o ile możemy powiedzieć) ostateczną formą dla każdego dżula, w śmierci śmierci wszechświata.

Niskie ciepło to koniec drogi. Jeśli chcesz więcej pracy z tymi dżulami, wykonaj tę pracę, zanim te dżule będą w postaci niskiej jakości ciepła.