“双碳”目标下算力-电力融合展望 2024

1L双碳”目标下算力-电力融合展望2023.08.1101算电融合背景2023年第六届电力信息通信新技术大会2023年第六届“双碳”目标下电力系统的升级转型实现“双碳”目标，能源是主战场，电力是主力军，电网是排头兵，大力发展风能、太阳能等绿色能源是关键。B地区需要10亿度电B地区需要10亿度电电力调度中心计算潮流安全校核计算潮流安全校核负荷向资源转移资源的就地消纳B地区资源负荷的双向转移：广义空间上实现从源随荷动到源荷互动的转变地域广阔，资源分布不均，源荷空间匹配度低可再生能源的消纳受到制约地域广阔，资源分布不均，源荷空间匹配度低可再生能源的消纳受到制约2023年2023年电力信息通信新技术大会EPICT第六届暨数字化发展论坛鲜有考虑分布式资源鲜有考虑分布式资源传统电力系统传统电力系统运行调控手段单运行调控手段单二主体间少信息交互主体间少信息交互销售市场机制?目录电价电网数字化架构电网数字化架构云边协同物联网人工智能构建构建构建趋势AA管匪终端辨识力知识生成知识生成利利用采集存储支撑电网建设数据信息海量化通信传输异构化安全需求全局化解决解决大数据驱动大数据驱动物联聚合通信全景安全防护数字化技术底座资源形态多样化资源形态多样化新型电力系统新型电力系统市场运营多样化定价体系市场定价体系市场机制2023年2023年电力信息通信新技术大会EPICT35003000300025002000>我国数据中心市场规模从2016年的714.5亿元快速增长至2020年2500200000>近年来，我国数据中心行业整体用电量以每年超过10%的速度002012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年◆算力负荷高能耗现状◆算力负荷高能耗现状全球范围内预计至2025年，信息和通信技术产生的能耗占全球能耗的比例将超过15%,成为电网的主要负载和能耗大户。改善数据中心的负荷特性，利用数据中心的灵活调节能力支撑电网运行，对电力系统的发展至关重要2015-2021年我国数据中心耗电量占社会总耗电量比重情况2015-2021年我国数据中心耗电量占社会总耗电量比重情况2015年2016年2015年2016年2017年2018年2019年2020年暨数字化发展论坛暨数字化发展论坛算力负荷特殊性相互支撑算力负荷特殊性相互支撑对于电力系统具有空间负荷调节潜力：促促进新能源就地消纳解决局部供需平衡问题，缓解电力系统运行压力部分业务可空间迁移配置具有冗余性电力系统对于算力网络具有时间负荷调节潜力：离线业务对于算力网络促进数据中心网络整体绿色促进数据中心网络整体绿色发展；需绿色贡献溯源机制根据不同地区价格信号的引导，降低数据中心用电成本算力网络第六届暨数字化发展论坛第六届算力电力算力电力数据中心的内部管理和负荷分配策略广域空间分布的数据中心网负荷转移BUT..时延容忍型数据服务的优化调度第六届电力信息通信新技术大会第六届数据中心电力负荷时空灵活性来源数据中心电力负荷时空灵活性来源√基于工作负载调节能力的灵活用电调节时间—离线负载，计算量大、时间长、优先级低时间—离线负载，计算量大、时间长、优先级低空间—在线负载，冗余备份，调节负载空间排布Pcpu(f,U,μ)=CfU²μ+Pstatic√基于辅助设备效率管理的灵活用电调节■延时容忍型任务电力紧张■延时容忍型任务电力紧张数据中心1数据中心2制冷系统——控时恒温储能系统——通过储能本地供电nperatuirtTad工作负载空间维度转移率数据中心1数据中心2nperatuirtTad工作负载空间维度转移率数据中心1数据中心2功时间时间一原始电力负荷曲线——负载转移后的电力负荷曲线时间(a)工作负载时间灵活性(b)工作负载空间灵活性温控负荷的灵活调节储能本地供电十数据中心第六届电力信息通信新技术大会第六届数据中心服务器负载用能时空调节策略数据中心服务器负载用能时空调节策略服务器负载的空间调节策略动态调节计算任务服务器负载的空间调节策略动态调节计算任务服务器功耗状态切换服务器功耗状态切换服务器通过操作系统电源管理、外部PowerCap和软关机功耗状态之间的切换时间影响应用场景可降低4%-可降低4%-100%功率跨数据中心转移任务通过将业务冷迁移或者热迁移到不同地理位置的数据中跨数据中心转移任务通过将业务冷迁移或者热迁移到不同地理位置的数据中心，而改变多个数据中心的对实时性不敏感的并行计算的改变电力负荷在时间上独立/耦合型计算任务—原始—平移——缩容—伸缩硬件资源性能调节利用不同计算任务对服务器各硬件子部件的负载不同，而选择性降低非瓶颈子部件包括硬盘密集型、内存密集各部件默认供电改变负荷空间分布可秒级调节负荷分布业务实际所需供电改变负荷空间分布可秒级调节负荷分布可降低2%-26%功率可降低2%-26%功率面向数据流的负载调度方法面向硬件的设备功率控制方法面向数据流的负载调度方法面向硬件的设备功率控制方法第六届第六届“算力+电力”融合一互联数据中心负荷特性建模传统数据中心的功耗模型算力电力融合互联数据中心功耗模型pothers_—其他设备功耗口考虑算力网络和电力系统迥异的动态特征口信息负荷与电力负荷的统一表征方法口算力网络与电力网络约束的耦合交织口......口算力网络拓扑等值建模口算力网络能耗节点等值建模口上层模型用于表征算力负荷外部特性口下层模型用于描述上、下层模型中变量之间的数学关系在物理层面上忽略了数据中心负荷所在算力网络的约束特性，不能准确表征互联数据中心的负荷空间灵活特性。通过分析不同空间节点决策变量与功耗的数学关系，准确且直观地表征算力负荷时空可转移特性。2023年2023年电力信息通信新技术大会PIC7数据中心与电力系统优化运行数据中心与电力系统优化运行秒级秒级分钟级小时级日级>日级基于数据中心时间灵活性的运行协同超短期时间灵活性调频短期时间灵活性调峰中长期时间灵活性日前市场长期时间灵活性电网规划基于辅助设备调控的超短期时间灵活性基于工作负载调度的超短期时间灵活性工作负载调度基于辅助设备调控的超短期时间灵活性基于工作负载调度的超短期时间灵活性工作负载调度服务器用电管理制冷系统储能系统自备柴油电机基于工作负载调度的短期时间灵活性基于辅助设备调控的短期时间灵活性:------------------------------------------基于工作负载的日级调节基于辅助设备的日级调节基于工作负载的日级调节基于辅助设备的日级调节数据中心参与需求响应数据中心增加可再生能源消纳数据中心参与需求响应数据中心增加可再生能源消纳数据中心与电力系统优化运行数据中心与电力系统优化运行基于数据中心空间灵活性的运行协同基于数据中心空间灵活性的运行协同城市配电网级空间灵活性跨城市输电网级空间灵活性实现实施方法实现实施方法技术难题负荷空间转移调频能力进行集成实现模型设计技术难题。构建城市负荷转供方法与数据中网的双层优化模型。工作负载转移中，可行域受数据、2023年电力信息通信新技术大会数据中心参与可再生能源消纳的优化调度数据中心参与可再生能源消纳的优化调度基于工作负载调度的运行框架数据中心促进可再生能源消纳基于工作负载调度的运行框架数据中心促进可再生能源消纳单一数据中心内部：利用工作负载的时间灵活性，充分利用当地的风电、光伏等单一数据中心内部：利用工作负载的时间灵活性，充分利用当地的风电、光伏等时变可再生资源选择位于可再生能源更丰富地区的数据中心来处理工作负载能源输入太阳能风能能源供应价格影响数据中心优化运行调度中心分配任务用户需求用户需求交互式需求交互式需求网页访问、商业交易等实时请求用户需求批处理需求批处理需求大规模数据分析等可延迟请求基于辅助设备控制的运行框架基于辅助设备控制的运行框架价格传导可再生能源丰富时段储电，在电价高峰时刻放电多种类型可再生能源丰富时段储电，在电价高峰时刻放电A研究展望2023年2023年电力信息通信新技术大会O第六届暨数字化发展论坛算力电力融合研究展望算力电力融合研究展望算力-算力-电力两张网络在基础设施上的融合算力-电力联合系统整体优化调度方法建立互联多数据中心碳排放模型建立互联多数据中心碳排放模型实现资源与负荷在时空维度上的适配实现资源与负荷在时空维度上的适配