‘双碳’目标下算力电力融合展望

2023年电力信息通信新技术大会EPICTElectricPower.第六届暨数字化发展论坛municationandTechnologyConference“双碳”目标下算力-电力融合展望某著名企业智能某著名企业2023.08.11EPICT目录ITS算电融合背景可行性必要性研究现状研究展望EPICTDARTONE01算电融合背景2023年电力信息通信新技术大会EPICTlevelportant□□□第六届暨数字化发展论坛“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。资源向负荷转移B地区需要10亿度电电力调度中心网络解决，特高压技术、电能远距离、大容量传输实现广域空间内资源大规模高效转移。计算潮流安全校核解决方案负荷向资源转移潮流过载资源的就地消纳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，源荷空间匹配度低算力负荷具备空间大规模转移特性“算力-电力”融合可再生能源的消纳受到制约云大物移智链赋能，算力指数增长2023年电力信息通信新技术大会EPICT11第六届暨数字化发展论坛算力需求-电力系统的低碳化转型资源多能互补学9某著名企业数字化架构就地平衡大某著名企业大电源鲜有考虑分布式资源资源形态多样化云边协同物联网人工智能分布式资源构建构建构建运行双碳存储支撑目标云异构整合新型A带来知识生成加密某著名企业调度指令传统电力系统运行调控手段单一管终端辨识运行调控复杂化源网荷储趋势建设源随荷动低时延控制新型电力系统异构清洗整合利端采集用安全接入边数据信息海量化通信传输异构化安全需求全局化销售解决解决解决大数据驱动物联聚合通信全景安全防护市场化机制?主体间少信息交互市场运营多样化数字化技术底座市场商业定价目录电价计划经济机制模式体系电力系统升级转型驱动算力需求激增EPICTPARTONE02可行性必要性2023年电力信息通信新技术大会11111.1111111.10第六届暨数字化发展论坛数据中心的发展现状算力需求激增：机架某省市场规模、用电规模保持高速增长截至2021年底，中国数据中心机架已超过520万架我国数某省市场规模从2016年的714.5亿元快速增长至2020年的2238.7亿元近年来，我国数据中心行业整体用电量以每年超过10%的速度递增，且数据中心耗电量占全社会总耗电量比重逐年升高。2015-2021年我国数据中心耗电量占社会总耗电量比重情况算力负荷高能耗现状截至2020年，全国数据中心耗电量超2045亿kWh，约占全社会用电量的2.7%，预计到2025年，中国数据中心总耗电量占当年全国电力消耗总量的4.7%。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%，成为某著名企业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某著名企业运行，对电力系统的发展至关重要2023年电力信息通信新技术大会lenovo111第六届暨数字化发展论坛“算力-电力”融合——必要性、可行性分析对于电力系统促进新能源就地消纳相互支撑算力负荷特殊性具有空间负荷调节潜力：跨广域空间分布部分业务可空间迁移配置具有冗余性具有时间负荷调节潜力：离线业务荷、储能设备体量大，发展快，调节潜力大解决局部供需平衡问题，缓解电力系统运行压力对于算力网络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EPICTPARTONE03研究现状2023年电力信息通信新技术大会lenovo第六届暨数字化发展论坛数据中心绿色化重点研究方向设备级：数据中心提质增效提高冷却效率进而提高运行效率数据中心的管理和负荷分配策略系统级：数据中心网-某著名企业协同互动宀广域空间分布的数据中心网负荷转移时延容忍型数据服务的优化调度问题与局限：✔算力转移涉及某著名企业不同节点差异化需求，以及算网不同节点差异化响应，激励来源及收益分配机理复杂。✔当数据中心可转移负荷体量达到一定程度某省市场环境下其单方面响应电价可能会引起多节点电价震荡。11!120Jo.!2023年电力信息通信新技术大会lenovo第六届暨数字化发展论坛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、优先级低空间—在线负载，冗余备份，调节负载空间排布延时容忍型任务基于IT设备运行效率管理的灵活用电调节通过CPU频率、电压调整，实现服务器功率快速调节基于辅助设备效率管理的灵活用电调节制冷系统——控时恒温储能系统——-通过储能本地供电储能本地供电数据中心2023年电力信息通信新技术大会1,第六届暨数字化发展论坛数据中心服务器负载用能时空调节策略服务器负载的时间调节策略服务器功耗状态切换硬件资源性能调节服务器通过操作系统电源管理、外部PowerCap和软关机等方式，进行切换功耗状态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的功耗功耗状态之间的切换时间影响应用场景包括硬盘密集型、内存密集型等任务冟昌各部件默认供电业务实际所需供电可降低4%-100%功率可降低2%-26%功率动态调节计算任务对实时性不敏感的并行计算任务进行断点续算和扩缩容，快速改变电力负荷在时间上的分布包括科学计算、视频渲染等独立/耦合型计算任务可秒级调节负荷分布面向数据流的负载调度方法服务器负载的空间调节策略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电力负荷在空间上的分布算力负荷、冷却负荷。改变负荷空间分布面向数据中心网络的算力迁移2023年电力信息通信新技术大会EPICTlenovo111111.1131第六届暨数字化发展论坛“算力+电力”融合——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□算力网络拓扑等值建模pít————IT设备功耗□考虑算力网络和电力系统迥异的动态特征□算力网络能耗节点等值建模pilot————冷却系统功耗□信息负荷与电力负荷的统一表征方法□上层模型用于表征算力负荷外部特性pothers————其他设备功耗□算力网络与电力网络约束的耦合交织口下层模型用于描述上、下层模型中变量之间的数学关系εi,t————自备供能系统1…□……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年电力信息通信新技术大会lenovoI'll|、1111第六届暨数字化发展论坛数据中心与电力系统优化运行基于数据中心时间灵活性的运行协同超短期时间灵活性秒级、分钟级调节：调频基于工作负载调度的超短期时间灵活性基于辅助设备调控的超短期时间灵活性超短期时间灵活性秒级、分钟级调节：调频基于工作负载调度的超短期时间灵活性基于辅助设备调控的超短期时间灵活性短期时间灵活性小时级调节：调峰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短期时间灵活性小时级调节：调峰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中长期时间灵活性日级调节：某省市场基于工作负载的日级调节基于辅助设备的日级调节中长期时间灵活性日级调节：某省市场基于工作负载的日级调节基于辅助设备的日级调节长期时间灵活性日级以上调节：某著名企业规划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯数据中心参与需求响应数据中心增加可再生能源消纳长期时间灵活性日级以上调节：某著名企业规划⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯数据中心参与需求响应数据中心增加可再生能源消纳2023年电力信息通信新技术大会EPICTlenovo1113!!!13001000第六届暨数字化发展论坛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城市配某著名企业级空间灵活性某省市输某著名企业级空间灵活性●负荷向资源处转移城市内数据中心间的负荷转移实现实现●降低源荷的空间不匹配度缓解配某著名企业线路阻塞问题目标目标减少输某著名企业的投资需求●工作负载跨区调度实现数据中心负荷空间转移模型实施●某省市负荷转供方法与数据中心需求响应方法协同某省市电网的双层优化模型方法多区域某著名企业内数据中心储能系统调频能力进行集成设计技术技术转移过程受网络链路限制工作负载转移中，可行域受数据、计算资源、网络带宽、转移时延、转移成本和任务属性等限制较强难题难题lenovo1131213002023年电力信息通信新技术大会buildinging第六届暨数字化发展论坛数据中心参与可再生能源消纳的优化调度数据中心促进可再生能源消纳提高可再生能源利用比例实现数据中心的绿色化解决方案单一数据中心：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跨域分布数据中心之间：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可再生能源丰富时段储电，在电价高峰时刻放电EPICTPARTONE04研究展望11111112023年电力信息通信新技术大会lenovo第六届暨数字化发展论坛算力电力融合研究展望考虑不同地区可再生能源发电量的差异通过高耗能计算负荷的转移或分时段处理实现超额碳排放转移以可再生能源消纳抵消超额碳排放算力-电力联合系统整体优化调度方法实现联合网络中的源-网-荷-储灵活互动提升算力网络与电力网