2024年电力算力协同：需求、理念与关键技术报告-南网数研院（蔡田田）

马溪原，王鹏宇，钱琳，蔡田田南网数研院研发中心，南网大数据公司南方电网数字电网研究院有限公司电算协同背景与意义目录目录2Al的尽头是能源，算力的尽头是电力。“我们确实需要比之前认为的更多的能源，未来两种重要货币是智能计算和能源”。“我们需要核聚变，或者更便宜的太阳能加上超大规模的存储或其他技术，是那种从没人真正规划过的规模水平。”——2024年达沃斯世界经济论坛，奥特曼2025年，Al就会由缺“芯”转为缺“电”。——2024博世互联世界大会，马斯克3用电量(用电量(亿千瓦时)南方电网数字电网研究院有限公司随着数字经济飞速发展，到2035年，中国数据中心和5G总用电量将达6951-7820亿千瓦时，将占中国全社会用电量5%-7%1。数字基础设施将成为影响电力系统能量供需平衡的重要负荷。全社会用电量占比全社会用电量占比和考平圆二和考平圆二橱调督罩衡二用电量(万千瓦时)湖增情基量一6%中国2020-2035年5G能耗增长中国2020-2035年数据中心能耗增长中国数据中心用电需求预测(至2030年)2中国数据中心和5G总用电量(至2035年)3数据来源：1.国际环境保护组织绿色和平、工业和信息化部电子第五研究所计量检测中心《中国数字基建的脱碳之路：数据中心与5G减碳潜力与挑战(2020-2035)》,2021年5月42.中国电力发展促进会电力与算力协同发展专业委员会《电力与算力协同发展监皮书》,2024年8月3./2021/05/28/china-digital-infrastructure-carbon-emission-2035/3.4中国智算服务器计算能力与算力单位能耗与欧美英伟达等存在一定差距，导致建设相同算力的智算数据中心，需要更加高昂的建设和运营成本。测算数据显示，万P算力中心造价成本预计多花费34亿元，运营成本每年多花费约2亿元1。3333台8卡服务器1250台8卡服务器英伟达英伟达H100万P算力集群单位：(亿元)可提升点12共享UPS、柴发直流供电3新型算力配电网新型电价机制5综合造价17.19/年9.325/年--全国一体化算力网建设中华人民共和国国家发属和改革要员会门全国一体化算力网建设中华人民共和国国家发属和改革要员会门算力调度体系、推动算力与绿色电力一体化融合，实现电算协同高质量发展。实施算力与电力协同项目国家发展改革委、数据局关于印统筹数据中心发展需求和新能源资源禀赋，开展算力、电力基础设力协同运行水平，提高数据中心绿电占比，降低电网保障容量需求数据中心绿色低碳要求中华人民共和国中央人民政府s布局，国家枢纽节点数据中心项目电能利用效率不得高于1.2。国家枢纽节点新建数据中心绿电占比超过80%。o一、电算协同背景与意义南方电网数字电网研究院有限公司电算协同：“西电东送”与“东数西算”战略全方位、深层次的协同，是落实国家重大战略的迫切要求。“东数西算”工程分布“西电东送”示意“东数西算”工程分布京津唐枢绿枢绿京津算张家口座群宁夏柜细柜组宁夏柜细北部通道中部通道南部通道长三角地区北部通道中部通道南部通道长三角柜理贵州柜级柜理贵州柜级重庆集群寿港溪重庆集群框细超关集群框细超关集群17南方电网数字电网研究院有限公司目录目录8总体目标：数据中心节能降耗，促进数据中心绿电消纳，提升算力电力协同运行水平。分布式资源新能源集群(风电场、光伏电站)新型电力系统9对外对内数据中心对外对内分布式资源IT设备分布式资源光伏风电光伏芯片机柜柴发制冷系统其他系统主板风扇照明1风扇器高压配电器高压配电低压配电电池二、电算协同基本原理与路径南方电网数字电网研究院有限公司对内绿色高效算力中心关键技术与装备研制绿色高效算力中心关键技术与装备研制元器件级：√低功耗高性能芯片研制装备级：√高效能算力服务器√高效能分布式存储装备√高效能制冷装备研制√数字化柔性直流算力装备调控方法：√异构算力精准感知与控制技术√分布式存储节点自适应伸缩技术√制冷系统自适应热管理控制技术√冷却需求AI算法预测数据中心算力节点源网荷储一体化数据中心算力节点源网荷储一体化对外算力节点源网荷储可靠供电技术算力节点源网荷储可靠供电技术源分布MS%境屋授光伏车桂光伏，发电机等发电设备网保安负荷：如T设备(基站没备)等菏分布式储能EMS系统决设备，包括电化学储能、M冲店等 南方电网数字电网研究院有限公司传统冷冻水系统节能12%。节能节能温材料即力能耗占70%液冲电气系统能耗占21%节稻变压漏/高压直流光伏/同能/储能其他能耗占8%理平台风房能耗换浸没式液冷原理及装备南网大数据公司自研装备氟泵空调模块化机柜CFD热仿真封闭冷铅通道NX1节能变压器光伏智能照明光伏智能照明体能体能自然光照明自然光照明当前高效供电方式一巴拿马系统六移相变压器36脉波整流器◆半控整流，THD高达8%◆工频开关，动态特性差◆不适用于直流配网◆到板峰值效率92%值效率η=92%+◆电网负荷小◆适应未来全直流供电数据中心发展趋势◆超高频开关，动态特性优越◆到板峰值效率峰值效率98%高效中间母线电源峰值效率97%轻载DCX休眠增效切换开关兼容口使用相同云服务：2VCPU,4GB内存阿里云：负载(Sort)运行时间为226秒，所用费用：0.45元/小时*(226/3600)=0.03元华为云：负载(Sort)所用费用：0.4元/小时*(187/3600)=0.02元异构异属算力缺少算力的统一计量标准现有算力计量方法是供给侧计量(按时长计费)不绣钢管架空地线铝合金丝架空地线填充油音延长杆哪连提头预绞丝度度(2)“线”关键技术：跨域数据中心直连高速通讯网络技术超高速收发超高速收发设备原型备原型光幅璃由示意国石治给发a路由2(新理)aLCC素材来源：鹏城国家实验室二、电算协同基本原理与路径南方电网数字电网研究院有限公司里新能源集群(风电场、光伏电站)发电二、电算协同基本原理与路径南方电网数字电网研究院有限公司数据中心设计规范电源要求数据中心设计规范电源要求中华人民共和国国家标准PP数据中心设计规范电源系统要求：8.1.7电子信息设备宜由不间断电源系统供电。8.1.12A级数据中心应由双重电源供电，并应设置备用电源。备用电源宜采用独立于正常电源的柴油发电机组，也可采用供电网络中独立于正常电源的专用馈电线路。201705-04发布2018-01-01实施中华人民共和国住房和城乡建设部算力中心的建设成本除IT设备及土建工程外，电气系统(变配电、外电、柴发、不间断电源)和暖通系统合计成本占比最高，一般超过总成本的50%以上，以某数据中心B为例，基础设施总建设成本为8.49亿元，暖通占总成本25.04%,电气部分(变配电、外电、柴发和不间断电源)占总成本的数据中心A数据中心B_5%_5%南方电网数字电网研究院有限公司削峰填谷削峰填谷能源、负荷特征d能源、负荷特征d算力时间转移电力供应电力消耗算力时间与空间转移电力供应电力消耗算力-电力互动差辅助服务算力空间转移辅助服务互动调节元素DAGlobslobHeterogeneitySchw数据中心，从而使南通机房相关电力负荷下降约100千瓦，约150千瓦时电量转移至张北机房，提高了该时段华北电网可再DAGlobslobHeterogeneitySchw·全球范围内首次实现了数据中心和电力系消纳为目标的协同调度；·国内首次跨区域“算力·电力”优化调度验证实验。N△O口Nw△N△O口Nw△·算力负荷可随智算任务在数据中心间转移而转移。A机房服务器(1)功率平均值(kw)算力转移结束OO-平均值-二、电算协同基本原理与路径南方电网数字电网研究院有限公司 0CPU占用率算力转移结束 存储磁盘占用率结论：1)算力任务过程中，对接受任务服务器CPU占用率较高；2)算力任务转移后，GPU功耗、内存、存储磁盘和显存占比显著提高。01算力转移开始显存占比算力转移结束 南方电网数字电网研究院有限公司节点1的电力计平电力能酒及横规划算力中心交互节点交互节点算力中心电力能酒及横规划算力中心交互节点系统用户平台应用服务于大统衔力家库系线及方旅生户系所大数据场景中中史电算协同感知网络震置力震置力中心电中心电网供应电力供电网供应甲算网配套电力配套 、电算协同基本原理与路径南方电网数字电网研究院有限公司“东数西算”工程分布和林格尔集群和林格尔集群津算蛋家口集群中卫集群班蛋家口集群中卫集群庆阳集群芜油集群天府集群算力节点中部通道电力节点三角生态绿色一体化发属尔范区集群天府集群算力节点中部通道电力节点重庆集群超关集群责安集群算力网络算力节点责安集群电力网算力网“西电东送”+“东数西算”二、电算协同基本原理与路径电力算力协同第一性原理(本质)是“经济-绿色-可靠”三者之间“三角”不可能难题。算力用户需求：(1)可靠：算力(低时延、准确率);(2)经济：低算力价格算力运营商要求：(2)经济：低用电成本、低能耗设备(PUE低)(3)绿色：新能源等绿电占比提高对电网公司要求：(1)安全可靠：供电可靠性、电能质量(2)经济：利用算力可调节灵活特性，挖掘调节支撑电网潜力(3)清洁低碳：新能源消纳电力算力网络协同技术谱系工电算协同交易电算协同调度·电算融合的算能计量技术·电算协同交易电算协同调度·电算融合的算能计量技术·电网友好型数据中心技术·算网协同调度引擎与算法·电力智算节点异构GPU池化与融合管控约化·电力网-算力集群-通信网络协同规划·数据中心高速直连通信技术技术·确定性电算网络技术及装备·分布式云本体安全防护技术·绿色高效算力中心技术与装备·电力市场机制引导下的算力交易技术·电算市场协同关键技术、商业模式及交易平台南方电网数字电网研究院有限公司目录目录三、近期重要进展南方电网数字电网研究院有限公司8月29日，2024中国国际大数据产业博览会成功举办。南方电网公司联合中国电力企业联合会、中国信息通信研究院在贵阳举办“电力算力协同暨电力数据要素市场发展”交流活动，发布《电力算力协同行动计划》。《电力算力协同行动计划》发布现场《电力算力协同行动计划》10项重点任务：一一是创新突破电算能耗模型、通感算一体高速通信、算力计量、电算协同定价交易和结算等协同规划、协同建设、协同调度、协同交易“4”类关键技术。二是孵化高效能算力服务器等绿色高效算力设备，以及电算协同调度交易平台“2”类关键产品。三是建设“源网荷储“一体化零碳数据中心集群、电算协同区域数据中心集群、大范围协调互济算力网、跨行业电算协同等“4”个工程示范。以“清洁瓦特”催生“绿色比特”以“充裕瓦特”支撑“规模比特”以“高效瓦特”助力“能效比特”三、近期重要进展南方电网数字电网研究院有限公司电力算力协