【国网智能研究院】2024‘双碳’目标下算力-电力融合展望报告_19页_6mb

“双碳”目标下算力-电力融合展望总结

核心内容

在“双碳”目标推动下，电力系统正经历从传统模式向新型电力系统的转型，这一过程中算力需求的快速增长与电力系统的低碳化发展需求相互交织，催生了“算力-电力”融合的必要性与可行性。算力网络与电力系统的融合不仅是技术发展的必然趋势，更是实现绿色能源高效利用、降低碳排放、优化资源配置的重要手段。

主要观点

• 算力需求激增：随着数据中心的快速发展，其机架数量、市场规模和用电量持续增长，成为电力系统的重要负荷之一。
• 数据中心高能耗：截至2020年，全国数据中心耗电量超过2045亿kWh，占全社会用电量的2.7%；预计到2025年，这一比例将上升至4.7%。
• 算力与电力的互动潜力：数据中心具备时空灵活性，能够通过工作负载调度、辅助设备调控等方式参与电力系统的调节，提升电网运行效率与可再生能源消纳能力。
• 融合的必要性：算力网络与电力系统的融合有助于实现新能源就地消纳、降低数据中心用电成本、构建绿色低碳的算力生态。

关键信息

算电融合背景

• 双碳目标驱动：实现“双碳”目标，能源是主战场，电力是主力军，电网是排头兵。
• 资源与负荷转移：传统电力系统面临资源分布不均、供需不匹配的问题，而算力负荷具备跨广域空间转移的特性，能够有效缓解这一问题。
• 算力负荷的时空灵活性：
  • 时间灵活性：通过工作负载调度、服务器功耗状态切换、硬件资源性能调节等方式实现秒级至小时级的电力负荷调节。
  • 空间灵活性：数据中心可通过跨区域任务迁移、储能系统协同等方式实现负荷在空间上的转移，提升能源利用效率。

研究现状

• 数据中心绿色化方向：
  • 设备级优化：提高冷却效率与内部管理策略，以提升运行效率。
  • 系统级协同：数据中心与电网协同互动，包括负荷转移、需求响应、辅助服务市场参与等。
• 算力-电力融合方式：
  • 参与需求响应：通过负荷控制、电价信号引导等方式参与电力系统调节。
  • 优化调度策略：包括基于工作负载调度、辅助设备调控的运行框架，以及数据中心与可再生能源的协同消纳。
• 现有问题与局限：
  • 算力转移涉及电网多节点差异化需求，激励机制复杂。
  • 大规模算力负荷响应可能引发多节点电价震荡。

研究展望

• 建立碳排放模型：通过算力负荷转移或分时段处理，实现超额碳排放转移，以可再生能源消纳抵消碳排放。
• 联合系统优化调度：探索算力网络与电力网络的联合优化调度方法，提升整体能效与碳效。
• 基础设施融合：推动算力网络与电力网络在基础设施上的融合，实现资源与负荷在时空维度上的适配，形成灵活性共享机制，促进跨网资源优化配置。

结论

“算力-电力”融合是实现“双碳”目标的重要路径，通过提升数据中心的负荷调节能力，实现与电力系统的协同运行，不仅有助于降低数据中心能耗与碳排放，还能提高电网的稳定性与可再生能源消纳能力。未来研究应聚焦于构建更加智能化、灵活化的融合模型与调度机制，推动算力与电力系统的深度融合与协同发展。