算力电力协同：思路与探索（清华大学郭庆来）

清华大学2024年8月■全球算力设备增长趋势(单位：GW)■全球算力中心和加密货币的用电量趋势(单位：TWh)1200过去10年仅1000增长33-89%电量)2024算电协同?马斯克摆出14台超级发电机据了解，这足由于当地无法捷供充足的电力快应，马既克被追为蓄范所超级塑群促供714台夫然气发申机，这些发申机单台功率为2.5MW,可大教据中心提供最离35MW的电力、当她电力系纸也可以为盖花断提供8MW的电力供应：地即当前高菲斯的电力九应为43高，每月每250至500kW需求的价格在315至480美元之间…供应，马斯克被迫为孟菲斯超级集群提供了14台天然气发电■2017-2023年我国算力中心总口30%3-yr算规模占比25.4%,同比增长45%0555,山nwakvetchedaboutthepaintheyreHim:"Ohyeahwetriedthatfisinglestatewithoutbringngdo智能算力快速发展对电力供需的影响及建议夏、冬日峰谷差分别为17%和7%。区别于钢铁等算中心：99.999%的电力不间断诺99999%的电力不问断性，这在全国范围内属于供电保障的最高标准。“上述工作人员表示，“但在实际应用过程中，我们的电力保障连续性能够超过这个数值，能够100%用电量一下子降到10%,又会再升到100%。●电力网■对内：基于“第一性原理”,在保证算力用电可靠性要求前提下，通过精简、替■对外：基于时空灵活性，通过与电网侧协同规划与运行，获得电网侧的口算力中心建设运营成本分析(单位：%)(电力设备占重要部分)分别骨干网和城域网分骨干网和城域网分段.29%固家蛮产折怕空调系统，16.7%26%建设成本运营成本营业税金及附加，土建恢修21.1%资料来源：IBM前瞻产业研究院整理@前瞻经济学人APP来源：/ttarticle/p/show?id=2309404509527037837385电力流电力流数据流数据流1.https://caifuhao.eastmoney.co2./2024-01-29/213.https://zhuanlan.zhihu.c4./content/20/0408/10/69420018_904580681.shtml#googl5./a/556726./html/chune7./a/151814887_470046●算+电耦合点a:限制规模力容量累加列头柜用能uB.动力(包含制冷设备)配电B.动力(包含制冷设备)配电◆动力(包含制冷设备)配电10KV配电柜低压地配电把A8UPS+移始出都电柜UPS+移始出都电柜限制累加限制限制累加限制用能制冷容量(盘括冷东水东、精密空调)冷水机组、冷却塔等负庙热里惧消防，事故风机等负面决定着通动/9420018_904580681.shtml#go决定着通动◆列头柜(IT)配电蓄电池◆动力(含制冷设备)配电额定电力容量限制决定限制限制空润设施制冷容量精密空调)制冷容量精密空调)普通动普通动限制力容量限制力容量容量动力用能动力用能http://www.360doc.co园区内常见辅助能源◆2路外电+1路备电●算+电耦合点e:●算+电耦合点e:AAF.F.外电外电：2组市政电力进线◆2路外电+1路备电整体用能限制限制限制力力AAAA●算+电耦合点g:数据流数据流算力需求处理情况限制规划与运行规划与运行电力流决定决定限制网规划限制限制算力中心算力中心口电力侧口电力侧◆算力需求电力流◆算力需求电力流①业务可靠性的要求(包括：时延、正确率等)提高IT产出(比如：④减少碳排数据流电力流口电力侧电力进线为例3.http://sustainability.a4./tw/features/sustainabili②降低PUE值④减少碳排减少用能成本(包括建设阶段)世纪互联世纪互联中国移动ChinaMobile口算力侧C.蓄电池◆算力需求C.蓄电池◆算力需求数据流数据流电力流电力流电力流口电力侧F.外电：2组市政电力进线为例1.国家发展改革委等五部门，《关于深入实施的实施意见》,2023.2.工业和信息化部等六部门，《算力基础设施高质量发展行动计划》,2023.3.工业和信息化部等，《绿色算力中心政府采购需求标准(试行)》,2023.24①安全高效(包括：供电可靠性、电能质量等)②清洁低碳(消纳更多绿电)③利用算力中心等电力用户侧I.算力用户Ⅱ.算力中心运营商C.C.蓄电池◆算力需求数据流数据流电力流电力流F.外电：2组市政电力进线为例国家电网有限公司中国南方电网动方案(2024-2027年)》,2024.口电力侧口电力侧F.外电：2组市政电力进线为例放置IT设备C.放置IT设备C.蓄电池电力流电力流数据流电力流电力流电力流电力流例子(交互):通过例子(交互):通过HVDC 电池1#市电1#市电储备一体项目来源：郭庆来，字节跳动学术合作项目，“支撑算力-电力协同的绿色数据中心阶梯灵活性调度”,2024-2025.28例子(交互):通过例子(交互):通过HVDC对内：提高功率IT产出功率储备一体1#市电变配电系统HVDC1列头柜机柜I制冷系统等时间时间制冷系统等(a)列头柜总负荷的50%(c)HVDC带载量2#市电变配电系统HVDC2功率电池储备一体时间电池(b)储备一体电池负荷专利申请号：2024107735074,2024.例子(交互):通过例子(交互):通过HVDC可充电容量功率功率可充电容量可充电容量时间时间时间力业务相关);开发新的供电逻辑(区别于原备用逻辑)。专利申请号：2024107735074,2024.31口电力侧口电力侧F.外电：2组市政电力进线为例电力流◆算力需求◆算力需求冷热流数据流电力流电力流电力流电力流电力流a.与业务逻辑耦合性较弱的灵活性资源调控其他辅助能源设备供电可靠性保证设备制冷设备IT设备业务与业务逻辑耦合性较弱灵活性资源的总用能曲线时间与业务逻辑耦合性较弱灵活性资源的总用能曲线电价曲线0新能源出力曲线37其他辅助能源设备供电可靠性保证设备某些业务的算力需求可其他辅助能源设备供电可靠性保证设备制冷设备减：输出结果有“弹性”的业务制冷设备IT设备业务逻辑的灵活性业务逻辑的灵活性移(时间尺度):可容忍的时延“较长”的业务可行域“多地”进行处理的业务可行域某算力中心的算力需求变化示意图0时间与业务逻辑耦合性较强灵活性资源的总用能曲线某算力中心的算力需求变化示意图二算力需求曲线38已有架构单位时间计算量可波动响应电价曲线响应电价曲线D◆难点：难以准确量化各调节手段(频率、电压、数量)对GPU功耗(与计算量正相关)的影响F.外电：2组市政电力进线为例放置IT设备蓄电池电力流◆算力需求◆算力需求↑电力流