淺談計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)與新能源的關(guān)系

1、.淺談計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)與新能源的關(guān)系在大多數(shù)人看來，計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)作為一個與軟件和硬件有關(guān)的行業(yè)，主要的領(lǐng)域在于互聯(lián)網(wǎng)和設(shè)計開發(fā)，而新能源是指傳統(tǒng)能源之外的各種能源形式。指剛開始開發(fā)利用或正在積極研究、有待推廣的能源，如太陽能、地?zé)崮堋L(fēng)能、海洋能、生物質(zhì)能和核聚變能等，兩者的交集很少，更談不上有什么具體的聯(lián)系了！唯一可能讓別人聯(lián)系的就是兩者都是作為新世紀(jì)的重要課題，擁有廣闊的發(fā)展空間，也得到了極高的重視。但作為一名計算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，在選修了新能源這一課程后，對于兩者之間的聯(lián)系有了更多的理解。首先是在新能源發(fā)展過程中需要計算機(jī)的相關(guān)知識的支持。近幾年，計算機(jī)風(fēng)靡全球，各個領(lǐng)域都有計算機(jī)的蹤影

2、，計算機(jī)也幫助人們完成了以前單純依靠人所無法完成的事情，人們在享受著計算機(jī)帶來的各種好處。能源是一個復(fù)雜而龐大的工程，要想取得系統(tǒng)性的、實質(zhì)性的突破，就必須依靠計算機(jī)，不論是火力發(fā)電燃煤效率的計算，還是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，核燃料裝置的設(shè)計，石油資源的開采，都要靠計算機(jī)去制圖，計算，分析，新能源就更加需要這方面的支持了。對于太陽能，地?zé)崮埽L(fēng)能，海洋能，生物質(zhì)能和核聚變能來說，我們不缺乏對于其利用方式的探索，主要的問題在于如何更好地將其用在合適的地方，實現(xiàn)便捷，有效的利用。而今“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，也帶了各行各業(yè)的革新，“互聯(lián)網(wǎng)+新能源”也是一個值得深究的課題，在時代潮流下謀求更好的發(fā)展，更可以借此讓新

3、能源為更多人的所了解。2016年4月發(fā)布的 關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見（以下簡稱意見），對能源供給側(cè)和需求側(cè)均提出了基于互聯(lián)網(wǎng)模式的智慧發(fā)展策略，強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)能源生產(chǎn)、傳輸、存儲、消費以及能源市場應(yīng)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，逐步形成能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新形態(tài)、居民生活的新氣象。雖然互聯(lián)網(wǎng)早已融入傳統(tǒng)能源行業(yè)，但如何將互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢更好地發(fā)揮出來，賦予能源新的數(shù)字化屬性和互聯(lián)網(wǎng)思維，達(dá)到提高效率、節(jié)能減排、能源生產(chǎn)和消費智能化等目標(biāo)，一直沒有明確的指導(dǎo)思想。雖然2010年我國提出了“智能電網(wǎng)”發(fā)展規(guī)劃，但是只涉及電能，且受制于資金、行政制度等因素影響，規(guī)劃落實情況明顯低于預(yù)期。現(xiàn)階段我國能源正處于轉(zhuǎn)

4、型的關(guān)鍵時期，內(nèi)憂與外患交織，內(nèi)有國內(nèi)環(huán)境污染問題的壓力，外有對全世界的自主減排承諾。然而，當(dāng)下中國能源結(jié)構(gòu)仍以煤炭為主。雖然可再生能源正逐步替代傳統(tǒng)化石能源，但由于受到基礎(chǔ)設(shè)施或外界因素的限制，其性能和質(zhì)量都無法在短時間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。以風(fēng)電為例，2015年全年我國棄風(fēng)電量達(dá)339億千瓦時，同比增加213億千瓦時，平均棄風(fēng)率為15%，同比增加7個百分點。這組數(shù)據(jù)表明，我國傳統(tǒng)能源和可再生能源將存在很長的磨合期。而“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的推進(jìn)，給傳統(tǒng)能源和可再生能源都帶來新的發(fā)展契機(jī)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”智慧能源將互聯(lián)網(wǎng)思維滲透到傳統(tǒng)能源行業(yè)，能實現(xiàn)能源消費者、能源管理者、能源供應(yīng)者、能源服務(wù)企業(yè)之間的

5、互聯(lián)互通，與能源有關(guān)的商業(yè)模式、研發(fā)模式、運營模式、服務(wù)模式等都將面臨重構(gòu)甚至顛覆。同時，綜合能源網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也將得以加快進(jìn)行。這個過程不僅僅是在現(xiàn)有電網(wǎng)架構(gòu)上通過信息化和智能化的手段解決安全、效率、新能源接入等常規(guī)問題，更是采用互聯(lián)網(wǎng)理念、方法和技術(shù)實現(xiàn)能源優(yōu)化布局的重大變革。我國推進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)勢在必行，但同時挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。首先，發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的基礎(chǔ)性技術(shù)不足。能量的儲存、高效運輸技術(shù)，遠(yuǎn)未達(dá)到普及能源互聯(lián)網(wǎng)所需的程度。面對“互聯(lián)網(wǎng)+”時代高速、海量、交錯的信息流和能量流，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等先進(jìn)技術(shù)多數(shù)還在成長中。其次，能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成本高、周期長且洗牌效應(yīng)明顯，

6、涉及企業(yè)和居民的能源采集、傳輸、溝通、處理、監(jiān)控等過程，是一個龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，需要大量的資金、技術(shù)、設(shè)備保障。此外，當(dāng)前處于支配地位的市場巨頭可能因利益受損而阻礙能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，或憑借其既有資源體量優(yōu)勢迅速取得游戲規(guī)則的制定權(quán)進(jìn)而操控全局。發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源不僅是能源技術(shù)的革新，更是對人類生活方式的一次根本性革命。它不僅能改變我國的能源消費格局，也將為世界能源系統(tǒng)的集成提供有效的平臺，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國際合作提供新的契機(jī)。其次就是對于計算機(jī)相關(guān)發(fā)展中新能源的利用。對于單個計算機(jī)，我們很難感受到能源在其中扮演的關(guān)鍵角色，只是對于電池耗電感觸最深，但是實際上，對于大型計算機(jī)集群，例如數(shù)據(jù)服務(wù)中

7、心，計算機(jī)所耗費的電力是巨大的，這也是為什么我們要不斷地去探索能源更高效的利用方式。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算的大力發(fā)展，作為信息的重要載體，數(shù)據(jù)中心迎來一波新的建設(shè)浪潮。數(shù)據(jù)中心數(shù)量和規(guī)模迅速增長，其能源消耗和運營成本問題日益突出。面對日益增長的能源消耗，綠色數(shù)據(jù)中心越來越受到人們的關(guān)注，各種常見的節(jié)能減排和能效提升的技術(shù)手段也得到了日益普遍的應(yīng)用。然而由于能效監(jiān)控管理的不完善，設(shè)備的不夠智能化及缺乏聯(lián)動協(xié)同等原因，能效的管理和優(yōu)化還存在一些盲點，尚處在比較初級的階段。隨著云計算的發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)呈現(xiàn)向大型化發(fā)展的趨勢。超過100個機(jī)架的數(shù)據(jù)中心比例逐年上升，2016年預(yù)計達(dá)到61%

8、.而大型數(shù)據(jù)中心的電力消耗是相當(dāng)驚人，比如對一個建設(shè)規(guī)模為2000個機(jī)架的數(shù)據(jù)中心來說，按照每個機(jī)架功率平均3kW計算，2000個機(jī)架最終負(fù)荷為3kW*2000=6000kW，每個小時耗電6000度，全年電力耗能為：6000kW*24小時/天*365天=52560000kWh，按照1元/KWh計算，全年的電費5256萬元，加上數(shù)據(jù)中心的空調(diào)、新風(fēng)、照明、其他電力能耗，對一個PUE為2的數(shù)據(jù)中心而言，電費為1.05億元。另根據(jù)美國斯坦福大學(xué)JonathanKoomey教授的一項調(diào)查顯示，2010年全球數(shù)據(jù)中心電力消耗為2355億度，約占全球電力消耗的1.3%.而在美國，這一比例更高，美國環(huán)境保護(hù)

9、署的報告顯示，2011年數(shù)據(jù)中心能源消耗占到了美國電網(wǎng)總量的2%，并且還將呈現(xiàn)每五年翻一番態(tài)勢。中國的數(shù)據(jù)中心能耗也高速增長，顯著高于世界的平均水平，據(jù)ICTResearch統(tǒng)計，2012我國數(shù)據(jù)中心能耗高達(dá)664.5億度，占當(dāng)年全國工業(yè)用電量的1.8%.根據(jù)預(yù)測，到2015年我國數(shù)據(jù)中心能耗預(yù)計高達(dá)1000億度，相當(dāng)于整個三峽水電站一年的發(fā)電量。另一方面，數(shù)據(jù)中心能源效率普遍低下，能源浪費巨大，據(jù)工信部統(tǒng)計，目前，中國的數(shù)據(jù)中心的平均PUE值在2.23.0之間，而實際能耗可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這一數(shù)字。對企業(yè)而言，數(shù)據(jù)中心電費已成為很大一筆開支，大幅侵蝕企業(yè)的經(jīng)營利潤。如中國聯(lián)通2012年營業(yè)收入407億美元，利潤僅為12億美元，但其電費開支卻高達(dá)17億美元。數(shù)據(jù)中心能源消耗巨大和能源利用效率低下的現(xiàn)狀，揭示了數(shù)據(jù)中心行業(yè)存在著巨大的節(jié)能空間，綠色節(jié)能自然而然也就成為了當(dāng)前