【学习报告】Provisioning and Harnessing Energy Storage for Datacenters学习报告

2018年8月8日,应实验室安宁老师邀请,美国The Pennsylvania State University 教授Anand Sivasubramaniam来我校进行学术交流报告。报告题目为Provisioning and Harnessing Energy Storage for Datacenters。

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一、背景(background)

当今世界随着数据量不断增大,存储数据、运算数据的机房、数据中心也越来越大。而存储器的扩大使得设备的耗电量也得到了巨大的增长。国家电网给这些大数据中心供电时,往往输出的功率是平衡的,但设备用电会随着时间变化而产生峰值与低谷,导致用电不均衡、能源浪费。

温室效应加剧,全球气温提升,最主要的原因还是因为二氧化碳的排放量过高。节约用电、高效利用能源会使得这种情况得以缓解。

二、问题与假设(problem and hypothesis)

提出问题:如何利用数据中心中的能源达到高效用电的目的?

提出假设:在用电低谷期使用电能存储设备存储电能,在用电高峰期释放电能。

三、方法(method)

大型数据中心往往在不同时刻有着不同的电能消耗,普遍来看有三种方法可以降低因为用电高峰而出现的供电不足问题,一为对所有时刻都加上用电限制,二是”平滑”用电幅度,在即将用电高峰的时候缓慢增加电能,三为在用电高峰的时候提供额外的电能供应。在这里第一种方法相对较好,可以更加节省能源。而执行第一种方法的思路就是在用电低谷的时候使用蓄电装置蓄电,用电高峰时放电。

电容器可以利用相对较少的能源提供相对较多的能量,除此之外,锂电池、酸电池等等可以作为考虑对象。纵向对比各种电能存储装置后,发现空气压缩机、电容、电池、飞轮在能源转换、充放电时间、使用寿命、能源效率、体积、电量损失、启动最大产能所需时间等方面各有各的优势,因此可以多种不同能源存储装置同时使用。

对数据中心的电能使用时间进行分割,每段时间监测能源存储装置的充放电情况,计算设备的能源利用率

四、实验(Experiment)

在谷歌的数据中心进行实验,分为只使用铅酸电池组、空气压缩机组、电容+铅酸组、混合组。检测各个时间段的耗电情况。

五、结果分析(analysis)

单铅酸组中,电池本身耗电0.2k,总共省电3.9k;空气压缩机组本身耗电0.4k,总省电4.9k;电容+铅酸组本身耗电0.3k,总省电4.7k;电池混合组总耗电0.3k,总省电5.2k。

从结果上看各种电池的混合组的确使用较少的能源下获得了较大的能源节省。

六、展望(future work)

未来可能会从两个方面继续工作:

1.计算机系统中CPU、GPU、内存、硬盘也符合数据中心的结构,应该可以设计出相应的装置节省电能提高硬件使用寿命

2.计算机软件虚拟存储也符合这种结构,可以设计相应的软件方法提高效率

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