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实现“双碳”目标,算力需与电力协同

来源:科技日报2021-11-11 09:41

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  国务院近日印发的《2030年前碳达峰行动方案》提出,重点实施能源绿色低碳转型行动、实施节能降碳增效行动等“碳达峰十大行动”。加强以数据中心为代表的新型基础设施节能降碳,推动数据中心使用绿色能源供电,不仅可以促进通信业节能减排,还可以促进能源绿色低碳转型,推动新型电力系统建设,实现“双碳”目标下的“算力+电力”协同。

  算力支撑新型电力系统建设

  新型电力系统建设中,电力生产将从集中式拓展到分布式,大规模集中式的新能源电站和海量分布式发电站将按资源的可获取性和经济性因地制宜建设与广泛接入。因此,应加强利用数字化技术手段,依托分布式边缘算力和集中式大规模算力,精准实施灵活广泛高效的能源资源优化监控和优化运行管理,充分发挥能源电力消费需求侧响应资源作用,为最大限度接入新能源服务。

  其中,大型算力中心是支撑新型电力系统的核心基础设施,将储存和处理海量电力运行数据和设备信息,为基于大数据和人工智能技术的电网的运行分析、运行优化、风险预测等场景提供算力支撑;而分布式边缘计算数据中心其优势在于本地计算和低时延的响应,可以将更多计算处理过程在本地完成,大大提升处理效率,在减轻云端压力的同时保障本地数据的安全性,为用户提供更快的响应服务。

  绿色发展要加强算力与电力有机协同

  提供算力的数据中心由于自身的高耗电性是能源消耗和二氧化碳排放大户。以北京市为例,数据显示,2021年北京市现有数据中心机柜约占全国总量的10%到12%,数据中心总功率约占全市平均供电负荷8%。数据中心过快增长不仅给北京市碳排放指标带来压力,还给供电安全运行带来挑战。

  此外,数据中心为了保障自身可靠运行,配置了不间断电源和备用发电机组,其容量基本与数据中心最大用电功率相同。以广东省为例,截至2020年底,广东省已投产和已通过节能审查的在建拟建的2.5千瓦标准机柜高达150万个,其不间断电源和备用发电机组总容量可以达到375万千瓦,按照储能双向调节能力测算,则可达到750万千瓦的调节能力,超过广州市用电负荷峰值2000万千瓦的三分之一。由此数据可以看出,数据中心所具有的电力灵活性资源具有潜在可用性高、容量大等特征。

  为此,数据中心一方面可以加大使用风电、光伏等新能源电力资源,促进新能源更高比例的利用;另一方面可充分利用数据中心电力灵活性特征,通过市场机制,结合先进信息技术,激活并实现沉睡资源的时空聚合,逐步走上绿色低碳发展的道路。

  技术、顶层规划和管理制度需不断完善

  随着数字经济的发展,算力增长将成必然趋势,而算力的高耗能属性也决定了其与电力存在紧密的相互支撑关系,“算力+电力”有机协同的演进过程不仅需要技术上的推进,也需要顶层规划和管理制度上的不断完善。

  首先,需要物理信息技术的支撑。一是需要升级不间断电源和备用电源的管控技术,包括设备状态监测、通道状态监测、行为记录、效果评价、信息交互、联动管控等。二是需要应用区块链技术,其分布式存储,防篡改等特点使其非常适合多主体、多地点、多要素的“算力+电力”协同模式。通过区块链技术将数据中心算力网的灵活性资源上链,以智能合约方式固化“算力+电力”协同的定量认证、收益分配等涉及主体间建立信任的核心要素。为了解决相关技术难题,清华大学能源互联网创新研究院提出“算力+电力”的协同发展创新理念,积极推动实施相关技术研究,开展SPEAR示范工程建设。

  其次,需要进行“算力+电力”统筹规划。东数西算(算力)和西电东送(电力)要有机协同。中国大多数新能源分布在西北、西南地区。数据中心则分布在东部的北上广深等发达地区。东部的产业发达,但能源和算力资源紧张。中西部地区能源和算力资源丰富,但是并未充分利用,数据中心机柜上架率低。通过统筹规划,优化算力与电力基础设施和应用的时间和空间布局,匹配实时与非实时、可变与刚性的电力供给和算力需求,有助于形成数据、业务按需和按经济效益配置、有效共享的算力分布,同时促进西北、西南地区新能源的本地消纳及数据中心实现绿色低碳发展。

  最后,需要制度上的不断创新。目前数据中心建设规范和导向重点关注评价数据中心能源效率的指标(PUE)等电力使用效率指标,没有数据中心的电力灵活性资源指标。简单地鼓励数据中心采购新能源零碳电力,而自身用电需求保持刚性,是把新能源波动性的负担交给外部系统,在新型电力系统中,各主体均应承担一定的责任和义务。一是可以改变传统思路,在数据中心建设和运行规范中,加入不间断电源和备用电源全部或者部分作为电力灵活性资源的规定。二是要形成有效激励机制,并通过顶层设计和政策引导,促进数据中心运维与数据中心资产剥离,催生新数据行业生态,促使算力调度商、数据中心运维服务商延伸为电力负荷聚合商、电力灵活性资源提供商,积极参与到电力交易与辅助服务市场中。

  (高峰系清华大学能源互联网创新研究院副院长、研究员,杨乔尹系清华大学能源互联网创新研究院副研究员,余芸系南方电网数字电网研究院有限公司平台安全分公司总经理)

[ 责编:蔡琳 ]
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