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科技日報:實現“雙碳”目標,算力需與電力協同

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-11-11  瀏覽次數:2623

國務院近日印發的《2030年前碳達峰行動方案》提出,重點實施能源綠色低碳轉型行動、實施節能降碳增效行動等“碳達峰十大行動”。加強以數據中心為代表的新型基礎設施節能降碳,推動數據中心使用綠色能源供電,不僅可以促進通信業節能減排,還可以促進能源綠色低碳轉型,推動新型電力系統建設,實現“雙碳”目標下的“算力+電力”協同。

算力支撐新型電力系統建設

新型電力系統建設中,電力生產將從集中式拓展到分布式,大規模集中式的新能源電站和海量分布式發電站將按資源的可獲取性和經濟性因地制宜建設與廣泛接入。因此,應加強利用數字化技術手段,依托分布式邊緣算力和集中式大規模算力,精準實施靈活廣泛高效的能源資源優化監控和優化運行管理,充分發揮能源電力消費需求側響應資源作用,為最大限度接入新能源服務。

其中,大型算力中心是支撐新型電力系統的核心基礎設施,將儲存和處理海量電力運行數據和設備信息,為基于大數據和人工智能技術的電網的運行分析、運行優化、風險預測等場景提供算力支撐;而分布式邊緣計算數據中心其優勢在于本地計算和低時延的響應,可以將更多計算處理過程在本地完成,大大提升處理效率,在減輕云端壓力的同時保障本地數據的安全性,為用戶提供更快的響應服務。

綠色發展要加強算力與電力有機協同

提供算力的數據中心由于自身的高耗電性是能源消耗和二氧化碳排放大戶。以北京市為例,數據顯示,2021年北京市現有數據中心機柜約占全國總量的10%到12%,數據中心總功率約占全市平均供電負荷8%。數據中心過快增長不僅給北京市碳排放指標帶來壓力,還給供電安全運行帶來挑戰。

此外,數據中心為了保障自身可靠運行,配置了不間斷電源和備用發電機組,其容量基本與數據中心最大用電功率相同。以廣東省為例,截至2020年底,廣東省已投產和已通過節能審查的在建擬建的2.5千瓦標準機柜高達150萬個,其不間斷電源和備用發電機組總容量可以達到375萬千瓦,按照儲能雙向調節能力測算,則可達到750萬千瓦的調節能力,超過廣州市用電負荷峰值2000萬千瓦的三分之一。由此數據可以看出,數據中心所具有的電力靈活性資源具有潛在可用性高、容量大等特征。

為此,數據中心一方面可以加大使用風電、光伏等新能源電力資源,促進新能源更高比例的利用;另一方面可充分利用數據中心電力靈活性特征,通過市場機制,結合先進信息技術,激活并實現沉睡資源的時空聚合,逐步走上綠色低碳發展的道路。

技術、頂層規劃和管理制度需不斷完善

隨著數字經濟的發展,算力增長將成必然趨勢,而算力的高耗能屬性也決定了其與電力存在緊密的相互支撐關系,“算力+電力”有機協同的演進過程不僅需要技術上的推進,也需要頂層規劃和管理制度上的不斷完善。

首先,需要物理信息技術的支撐。一是需要升級不間斷電源和備用電源的管控技術,包括設備狀態監測、通道狀態監測、行為記錄、效果評價、信息交互、聯動管控等。二是需要應用區塊鏈技術,其分布式存儲,防篡改等特點使其非常適合多主體、多地點、多要素的“算力+電力”協同模式。通過區塊鏈技術將數據中心算力網的靈活性資源上鏈,以智能合約方式固化“算力+電力”協同的定量認證、收益分配等涉及主體間建立信任的核心要素。為了解決相關技術難題,清華大學能源互聯網創新研究院提出“算力+電力”的協同發展創新理念,積極推動實施相關技術研究,開展SPEAR示范工程建設。

其次,需要進行“算力+電力”統籌規劃。東數西算(算力)和西電東送(電力)要有機協同。中國大多數新能源分布在西北、西南地區。數據中心則分布在東部的北上廣深等發達地區。東部的產業發達,但能源和算力資源緊張。中西部地區能源和算力資源豐富,但是并未充分利用,數據中心機柜上架率低。通過統籌規劃,優化算力與電力基礎設施和應用的時間和空間布局,匹配實時與非實時、可變與剛性的電力供給和算力需求,有助于形成數據、業務按需和按經濟效益配置、有效共享的算力分布,同時促進西北、西南地區新能源的本地消納及數據中心實現綠色低碳發展。

最后,需要制度上的不斷創新。目前數據中心建設規范和導向重點關注評價數據中心能源效率的指標(PUE)等電力使用效率指標,沒有數據中心的電力靈活性資源指標。簡單地鼓勵數據中心采購新能源零碳電力,而自身用電需求保持剛性,是把新能源波動性的負擔交給外部系統,在新型電力系統中,各主體均應承擔一定的責任和義務。一是可以改變傳統思路,在數據中心建設和運行規范中,加入不間斷電源和備用電源全部或者部分作為電力靈活性資源的規定。二是要形成有效激勵機制,并通過頂層設計和政策引導,促進數據中心運維與數據中心資產剝離,催生新數據行業生態,促使算力調度商、數據中心運維服務商延伸為電力負荷聚合商、電力靈活性資源提供商,積極參與到電力交易與輔助服務市場中。

(高峰系清華大學能源互聯網創新研究院副院長、研究員,楊喬尹系清華大學能源互聯網創新研究院副研究員,余蕓系南方電網數字電網研究院有限公司平臺安全分公司總經理)


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