浅谈计算机科学与技术与新能源的关系

浅谈计算机科学与技术与新能源的关系在大多数人看来，计算机科学与技术作为一个与软件和硬件有关的行业，主要的领域在于互联网和设计开发，而新能源是指传统能源之外的各种能源形式。指刚开始开发利用或正在积极研究、有待推广的能源，如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，两者的交集很少，更谈不上有什么具体的联系了！唯一可能让别人联系的就是两者都是作为新世纪的重要课题，拥有广阔的发展空间，也得到了极高的重视。但作为一名计算机专业的学生，在选修了《新能源》这一课程后，对于两者之间的联系有了更多的理解。首先是在新能源发展过程中需要计算机的相关知识的支持。近几年，计算机风靡全球，各个领域都有计算机的踪影，计算机也帮助人们完成了以前单纯依靠人所无法完成的事情，人们在享受着计算机带来的各种好处。能源是一个复杂而庞大的工程，要想取得系统性的、实质性的突破，就必须依靠计算机，不论是火力发电燃煤效率的计算，还是风力发电设备，核燃料装置的设计，石油资源的开采，都要靠计算机去制图，计算，分析，新能源就更加需要这方面的支持了。对于太阳能，地热能，风能，海洋能，生物质能和核聚变能来说，我们不缺乏对于其利用方式的探索，主要的问题在于如何更好地将其用在合适的地方，实现便捷，有效的利用。而今“互联网+”的发展，也带了各行各业的革新，“互联网+新能源”也是一个值得深究的课题，在时代潮流下谋求更好的发展，更可以借此让新能源为更多人的所了解。2016年4月发布的《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》（以下简称《意见》），对能源供给侧和需求侧均提出了基于互联网模式的智慧发展策略，强调传统能源生产、传输、存储、消费以及能源市场应与互联网深度融合，逐步形成能源产业发展的新形态、居民生活的新气象。虽然互联网早已融入传统能源行业，但如何将互联网的优势更好地发挥出来，赋予能源新的数字化属性和互联网思维，达到提高效率、节能减排、能源生产和消费智能化等目标，一直没有明确的指导思想。虽然2010年我国提出了“智能电网”发展规划，但是只涉及电能，且受制于资金、行政制度等因素影响，规划落实情况明显低于预期。现阶段我国能源正处于转型的关键时期，内忧与外患交织，内有国内环境污染问题的压力，外有对全世界的自主减排承诺。然而，当下中国能源结构仍以煤炭为主。虽然可再生能源正逐步替代传统化石能源，但由于受到基础设施或外界因素的限制，其性能和质量都无法在短时间内达到稳定状态。以风电为例，2015年全年我国弃风电量达339亿千瓦时，同比增加213亿千瓦时，平均弃风率为15%，同比增加7个百分点。这组数据表明，我国传统能源和可再生能源将存在很长的磨合期。而“互联网+”智慧能源的推进，给传统能源和可再生能源都带来新的发展契机。“互联网+”智慧能源将互联网思维渗透到传统能源行业，能实现能源消费者、能源管理者、能源供应者、能源服务企业之间的互联互通，与能源有关的商业模式、研发模式、运营模式、服务模式等都将面临重构甚至颠覆。同时，综合能源网络基础设施的建设也将得以加快进行。这个过程不仅仅是在现有电网架构上通过信息化和智能化的手段解决安全、效率、新能源接入等常规问题，更是采用互联网理念、方法和技术实现能源优化布局的重大变革。我国推进能源互联网建设势在必行，但同时挑战与机遇并存。首先，发展“互联网+”智慧能源的基础性技术不足。能量的储存、高效运输技术，远未达到普及能源互联网所需的程度。面对“互联网+”时代高速、海量、交错的信息流和能量流，物联网、大数据、云计算等先进技术多数还在成长中。其次，能源互联网建设成本高、周期长且洗牌效应明显，涉及企业和居民的能源采集、传输、沟通、处理、监控等过程，是一个庞大的复杂系统，需要大量的资金、技术、设备保障。此外，当前处于支配地位的市场巨头可能因利益受损而阻碍能源互联网的发展，或凭借其既有资源体量优势迅速取得游戏规则的制定权进而操控全局。发展“互联网+”智慧能源不仅是能源技术的革新，更是对人类生活方式的一次根本性革命。它不仅能改变我国的能源消费格局，也将为世界能源系统的集成提供有效的平台，为经济发展和国际合作提供新的契机。其次就是对于计算机相关发展中新能源的利用。对于单个计算机，我们很难感受到能源在其中扮演的关键角色，只是对于电池耗电感触最深，但是实际上，对于大型计算机集群，例如数据服务中心，计算机所耗费的电力是巨大的，这也是为什么我们要不断地去探索能源更高效的利用方式。随着移动互联网、物联网、云计算的大力发展，作为信息的重要载体，数据中心迎来一波新的建设浪潮。数据中心数量和规模迅速增长，其能源消耗和运营成本问题日益突出。面对日益增长的能源消耗，绿色数据中心越来越受到人们的关注，各种常见的节能减排和能效提升的技术手段也得到了日益普遍的应用。然而由于能效监控管理的不完善，设备的不够智能化及缺乏联动协同等原因，能效的管理和优化还存在一些盲点，尚处在比较初级的阶段。随着云计算的发展，数据中心的建设呈现向大型化发展的趋势。超过100个机架的数据中心比例逐年上升，2016年预计达到61%.而大型数据中心的电力消耗是相当惊人，比如对一个建设规模为2000个机架的数据中心来说，按照每个机架功率平均3kW计算，2000个机架最终负荷为3kW*2000=6000kW，每个小时耗电6000度，全年电力耗能为：6000kW*24小时/天*365天=52560000kWh，按照1元/KWh计算，全年的电费5256万元，加上数据中心的空调、新风、照明、其他电力能耗，对一个PUE为2的数据中心而言，电费为1.05亿元。另根据美国斯坦福大学JonathanKoomey教授的一项调查显示，2010年全球数据中心电力消耗为2355亿度，约占全球电力消耗的1.3%.而在美国，这一比例更高，美国环境保护署的报告显示，2011年数据中心能源消耗占到了美国电网总量的2%，并且还将呈现每五年翻一番态势。中国的数据中心能耗也高速增长，显著高于世界的平均水平，据ICTResearch统计，2012我国数据中心能耗高达664.5亿度，占当年全国工业用电量的1.8%.根据预测，到2015年我国数据中心能耗预计高达1000亿度，相当于整个三峡水电站一年的发电量。另一方面，数据中心能源效率普遍低下，能源浪费巨大，据工信部统计，目前，中国的数据中心的平均PUE值在2.2～3.0之间，而实际能耗可能远远高于这一数字。对企业而言，数据中心电费已成为很大一笔开支，大幅侵蚀企业的经营利润。如中国联通2012年营业收入407亿美元，利润仅为12亿美元，但其电费开支却高达17亿美元。数据中心能源消耗巨大和能源利用效率低下的现状，揭示了数据中心行业存在着巨大的节能空间，绿色节能自然而然也就成为了当前和未来数据中心建设的一个主流需求。根据国内外相关研究，数据中心节能涉及到建筑系统、冷却系统、IT设备系统和电气系统等多个方面，表1就罗列了目前常用的数据中心节能措施与可能的节能效果。可以看出，计算机和新能源的关系绝对不是大多数人以为的联系甚少，新世纪的发展下，两者的关系正日益得到加深！