數據中心能量管理-電力-算力-熱力協同 王永真 韓特 韓愷 9787030819611 【台灣高等教育出版社】

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書名：數據中心能量管理-電力-算力-熱力協同
ISBN：9787030819611
出版社：科學
著編譯者：王永真 韓特 韓愷
頁數：205
所在地：中國大陸 *此為代購商品
書號：1741580
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內容簡介
《數據中心能量管理：電力-算力-熱力協同》立足人工智能高速發展背景下數據中心面臨的電力消耗與碳排放挑戰，結合新能源系統發展機遇，系統探討算力-電力-熱力協同在數據中心可持續發展中的關鍵作用。《數據中心能量管理：電力-算力-熱力協同》從宏觀視角剖析全球算力電耗演變及中國能耗現狀，揭示算效提升的迫切性，並梳理全球綠色低碳實踐；微觀層面則圍繞數據中心分類、節 能技術及算力-能源協同邏輯展開，通過知識圖譜明晰技術熱點與路徑。核心章 節 深度解析算力與電力互動、算力與熱力耦合的協同機制，結合規劃案例實證分析，提出技術路徑與發展建議。

目錄

目錄

第1章 人類社會的基礎：能源與信息 1
導讀 1
1 1 物質、能源與信息概述 1
1 2 信息的核心要素：算力 9
參考文獻 14
第2章 全球算力的電耗與算效演變 16
導讀 16
2 1 全球算力基礎設施能耗概述 16
2 2 服務器功耗與算力發展 20
2 3 電效的演變 21
2 4 算效的演變 22
參考文獻 28
第3章 中國算力的能耗及算效測算 30
導讀 30
3 1 中國數據中心的能耗現狀 30
3 2 大模型及其能源資源消耗 35
3 3 大模型算力的電耗計算 39
3 4 中國數據中心能耗預測 41
參考文獻 44
第4章 全球數據中心綠色低碳行動與對比 46
導讀 46
4 1 全球溫室氣體及碳排放現狀 46
4 2 國內外數據中心碳排放對比 47
4 3 數據中心減排的方式 49
參考文獻 57
第5章 新型能源系統的發展與挑戰 58
導讀 58
5 1 電能的清潔化 58
5 2 新型電力系統：靈活性資源 62
5 3 新型能源系統：熱能的清潔化 69
參考文獻 76
第6章 數據中心分類及典型節 能技術 77
導讀 77
6 1 全球數據中心發展歷程 77
6 2 數據中心等級劃分分類 78
6 3 數據中心基本結構及能源形式 81
6 4 數據中心的典型節 能技術 84
參考文獻 88
第7章 數據中心節 能技術發展趨勢 90
導讀 90
7 1 數據中心能效優化研究知識圖譜 90
7 2 算力-電力-熱力協同的發展趨勢 92
7 3 性能和能耗的協同控制 95
7 4 工作負載均衡調度技術 96
7 5 雲計算服務 96
7 6 算力調度 97
參考文獻 99
第8章 算力-能源協同發展的必然性 100
導讀 100
8 1 數據中心的用能特徵 100
8 2 構建算力綜合能源的必要性 102
8 3 能源視角下數據中心的發展趨勢 107
參考文獻 112
第9章 算力-電力-熱力協同的內涵與外延 113
導讀 113
9 1 算力綜合能源的內涵與理念 113
9 2 算力綜合能源的分類 115
9 3 算力綜合能源的互動方式 117
9 4 算力綜合能源的規劃設計 118
9 5 算力綜合能源的評價指標 120
參考文獻 126
第10章 算力-電力互動：原理、現狀與挑戰 128
導讀 128
10 1 算力-電力互動的原理與模式 128
10 2 算力-電力互動現狀 135
10 3 算力-電力互動挑戰 138
參考文獻 140
第11章 算力-熱力耦合：原理、現狀與挑戰 141
導讀 141
11 1 算力-熱力耦合的原理與模式 141
11 2 算力-熱力耦合的基礎 142
11 3 算力-熱力耦合的現狀 145
11 4 算力-熱力耦合的挑戰 147
參考文獻 148
第12章 數據中心算力綜合能源的規劃 150
導讀 150
12 1 數據中心低碳綜合能源系統簡介 150
12 2 數據中心綜合能源系統的能值評價 151
12 3 數據中心綜合能源系統的優化求解 152
12 4 優化結果分析 158
第13章 算力-電力-熱力協同關鍵技術與建議 165
導讀 165
13 1 關鍵技術 165
13 2 發展建議 167
第14章 結語 169
附錄1 中國算力-能源協同典型事件（部分） 172
附錄2 算力-能源協同相關標準（部分） 178
附錄3 不同電網的CO2 排放因子 180
附錄4 各種能源折標準煤參考係數 182
附錄5 數據中心算力-能源協同相關政策 184
附錄6 專家話算力-電力-熱力協同 192

精彩書摘
第1章 人類社會的基礎：能源與信息
導讀
（1）2015年以來，全球能源發展取得了歷史性成就，特別是中國，基本形成了煤、油、氣、電、核、新能源和可再生能源多輪驅動的能源生產體系。
（2）以中國為代表的發展中國家與以美國為代表的發達國家相比，發展中國家人均生活用電量和人均用電量均少於發達國家。
（3）信息及算力已成為大部分國家相互競爭的要素。未來，信息和算力將呈現快速增長趨勢，全球多國都在佈局相關基礎設施。
1 1物質、能源與信息概述
物質、能源、信息是支撐人類社會發展的三大資源。世界由物質組成，能源是一切物質運動的動力，信息是人類瞭解自然及人類社會的憑據。縱觀人類社會發展歷程，農業社會的核心資源是物質，工業社會的核心資源是能源，信息時代的核心資源是信息。信息資源由於具有不受時間、空間、語言和行業制約的特點，廣泛應用於經濟、社會各個領域和部門。從一定意義上說，信息資源是人類活動的*高級財富，現代市場經濟一定程度上就是信息經濟，體現信息資源集聚、交流、競爭、轉化的過程；同時，信息資源能夠提高人們的認識及素質，是促進社會進步的重要精神力量，讓人們站在更高的視點上認識世界。
1 1 1能源及其終端消費
能源，又稱能量資源或能源資源，是指自然界中能為人類提供某種形式能量或可做功的物質資源。能源是可以直接或經轉換成為人類所需的光、熱、動力等任一形式能量的載能體資源。隨著社會的發展，生產力越高，人類對能源的依賴程度越高。能源是人類社會賴以生存和發展的重要物質基礎。如圖1-1所示，縱觀人類社會發展的歷史，人類文明的每一次重大進步都伴隨著能源的改進和更替。人類的進化發展離不開對能源的開發利用。遠古時代人類學會了用火燃燒樹枝來烹飪、取暖、照明等，能源利用進人了柴草時代。一直到17世紀，煤的開採和利
用開始改變人類的生活。18世紀中葉，蒸汽機的發明標誌著煤炭時代的到來。19世紀中期，世界第1口油井讓人類步人石油時代。經過100年的開發，內燃機和電力的使用使石油的全球消耗量在20世紀60年代超過了煤炭。雖然石油需求至今仍然在上升，但是它作為傳統化石能源造成了嚴重的環境污染，並且面臨著枯竭的危機。
熵的視角揭示了一個重要的現實，即封閉的社會（沒有外部輸人的社會）內部問題會逐漸增多，*終導致社會被取代，但社會又是一個開放的組織及系統，與外界不停地發生著物質、能源和信息的交換。當前，全球使用與消費的能源，也正在從傳統”黑色”的化石能源變為”綠色”的可再生能源。
能源是人類文明進步的基礎和動力，攸關國計民生和國家安全，關係人類生存和發展，對於促進經濟社會發展、增進人民福祉至關重要。在能源革命的推動下，近十年中國能源發展取得了歷史性成就，基本形成了煤、油、氣、電、核、新能源和可再生能源多輪驅動的能源生產體系（中華人民共和國國務院新聞辦公室，2020）。其中，可再生能源開發利用規模快速擴大，水電、風電、光伏發電累計裝機容量均居世界*位。可再生能源裝機作為中國發電新增裝機，主體地位進一步夯實，保障能源供應和推動清潔低碳轉型的作用越來越突出。
隨著信息時代的到來，人類對能源的需求日益強烈。對一次能源消耗量的統計如圖1-2所示，使用替代法（substitution method）來統計從1965年到2023年的一次能源消耗量變化，其中，由於一次能源中傳統生物質能源難以準確統計且影響較小，因此做簡易處理將其忽略。由圖1-2可知，從1965年到2023年，全球一次能源消耗量整體呈上升趨勢。相對而言，在1965年至1980年，全球一次能源消耗量整體上升較緩。1980年以後，特別是進人21世紀後，隨著經濟和科技的快速發展，全球一次能源消耗量快速增長。從1965年開始，儘管每一年上升的幅度並不大，但截至2023年，全球一次能源消耗量達到了約170000TW h，相對於1965年上升了約300%。這個數據反映了全球經濟活動和人類生活對能源的廣泛依賴。能源消耗的種類包括化石燃料（如石油、天然氣和煤炭）、核能以及可再生能源（如風能、太陽能、水能）。各國家和地區的能源消耗模式因其經濟結構、工業發展水平和地理位置而異。帶動能源消耗快速增長的是快速發展的經濟和科技，美國這一類發達國家的能源消耗量幾乎不再大幅度增長。快速發展的發展中國家20世紀時大力發展工業，到21世紀進人信息化時代對能源的消耗大幅增加。科技的進步不僅帶來了經濟的發展，也使全球能源面臨更為嚴峻的挑戰。
隨著能源需求的增長、能源供給的多樣化、全球氣候的變化和人們的環境保護意識的增強，世界能源消費結構正在發生轉變。雖然各國的進展和具體情況可能有所不同，但總體上，能源消費結構的轉變體現為從傳統化石燃料向可再生能源和核能過渡。這種轉變的主要驅動力是對減少溫室氣體排放、應對氣候變化、提高空氣質量和增強能源安全的日益重視。比如，中國的能源消費結構正在經歷顯著的轉變，由於對清潔、低碳能源的需求日益增長，以及需要緩解嚴重的環境污染問題和履行國際氣候承諾，各項能源消費占比也在不斷變化。根據國家能源局的數據，2022年中國各項能源消費情況為：煤炭消費量占能源消費總量的56 2%，比上年上升0 3個百分點；規模以上工業原油消費量20467萬t，比上年增長2 9%，2016年以來*次回升至2億t以上；天然氣、水電、核電、風電、太陽能發電等清潔能源消費量占能源消費總量的25 9%，上升0 4個百分點。2023年全社會能源消費總量比上年增長5 7%。隨著能源消費綠色低碳轉型進程的加快，非化石能源消費量占能源消費總量的比重穩步提升。可以看出，煤炭和石油仍然是中國主要的能源來源，而可再生能源的占比也在逐漸提升。中國能源消費結構的具體轉變體現在以下幾個方面：減少煤炭消費、開發應用清潔能源、注重能源高效利用、大力發展核能、推動電動化交通。這些能源消費形式的轉變旨在減少環境污染、應對氣候變化，並促進能源消費的可持續發展。同時，中國還將積極推動能源多樣化和優化能源供需結構，以實現經濟發展與環境保護的良性循環（共研產業研究院，2023）。
圖1-3展示了1990年至2025年全球電力需求的變化趨勢。從圖1-3（a）中可以看出，全球電力需求在這段時間內呈現出穩步增長的趨勢。從1990年到2025年，按地區劃分的全球電力需求呈現出顯著的增長趨勢。其中，中國的電力需求增長*為迅速，從1990年的約600TW h增長到2025年的10000TW h左右。亞洲其他國家、非洲和其他國家的電力需求也顯示出明顯的增長趨勢，美國和歐洲始終保持其領先地位。中國和亞洲其他國家的電力需求顯著增長，主要是由於這些地區的經濟快速增長。隨著工業化和城市化的推進，這些國家的製造業、服務業和居民生活用電需求大幅上升。從圖1-3（b）可以看出，從1990年到2025年，美國和歐洲的電力需求份額呈現出波動的趨勢。1990年和2000年，這兩個地區的電力需求份額約為50%，但隨後有所下降。到2025年，這兩個地區的電力需求份額降至30%以下。與此同時，中國和亞洲其他國家的電力需求份額則持續上升，
到2025年分別達到33%和18%。非洲的電力需求份額也有所增加，到2025年達到約3%。
2021年，中國全社會用電量83128億kW h，同比增長10 3%，較2019年同期增長14 7%，兩年平均增長7 1%。分產業看，第1產業用電量1023億kW h，同比增長16 4%;第二產業用電量56131億kW h，同比增長9 1%;第三產業用電量14231億kW h，同比增長17 8%;城鄉居民生活用電量11743億kW h，同比增長7 3%。2022年，全社會用電量86372億kW h，同比增長3 6%。按產業分類，第1產業用電量1146億kW h，同比增長10 4%;第二產業用電量57001億kW h，同比增長1 2%;第三產業用電量14859億kW h，同比增長4 4%;城鄉居民生活用電量13366億kW h，同比增長13 8%（國家能源局，2022;國家能源局，2023）。根據中國人口計算，2021年和2022年中國的人均社會用電量為5885kW h和6118kW h，中國人均生活用電量為831kW h和947kW h。
如圖1-4和圖1-5所示，在人均用電方面，中國和美國仍然有顯著差距，反映了經濟和發展水平的不同。

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