Veri Merkezi Coğrafi Yük Kaydırmasıyla Karbon Emisyonlarını Azaltma Rehberi

Özet

Son hesaplama ihtiyaçları teknoloji şirketlerini büyük ölçekli, yüksek düzeyde optimize veri merkezleri geliştirmeye itti; bu veri merkezleri hem coğrafi hem zamansal yük kaydırma esnekliğine sahip büyük şebeke yükleri. Elektrik piyasaları bağımsız sistem operatörleri (ISO) tarafından karbon emisyonunu doğrudan hesaba katmadan üretim maliyetini en aza indirecek şekilde işletiliyor. Piyasa takas süreci tıkanıklığı ve güç akışı fiziğini hesaba kattığından, elektrik kullanımıyla ilişkili karbon emisyonları (coğrafi olarak yakın olabilen) konumlar arasında değişiyor. Lambda-CO2, DC optimal güç akışı duyarlılıklarından türetiliyor.

Test, dört adet 250 MW veri merkezi olan 73 baralı IEEE RTS-GMLC sisteminde (158 jeneratör, 120 hat) tam bir yıl; her veri merkezi yükünün %20'sine (50 MW) kadar kaydırabiliyor, bu toplam sistem yükünün en fazla %3,92'si. Veri merkezleri 44.821.000 MWh yıllık yükün %19,6'sı olan 8.784.000 MWh kullandı. Kıyaslama olarak maliyeti en aza indirirken esnekliği kontrol eden bir ISO da karşılaştırıldı. Esneklik içermeyen 13.964.000 t CO2 temel durumuna göre gerçek yıllık sonuçlar: lambda-CO2 kaydırma -%1,44; LMP kaydırma -%0,68; ortalama karbon kaydırma -%0,68; ISO kontrollü esneklik (maliyet minimizasyonu) -%0,65; fazla düşük karbon kaydırma +%0,14.

Lambda-CO2 kaydırma kaydırılan MW başına yaklaşık 0,14 t CO2 tasarruf etti ve yine de üretim maliyetini %0,27 azalttı; LMP kaydırma maliyeti %1,07 azalttı ama daha az karbon tasarruf etti. Tam sistem bilgisiyle bile yalnızca maliyet hedefli ISO esneklik kullanımı emisyonları yalnızca 91 t, %0,65 azalttı; hafif bir karbon ağırlığı (alfa yaklaşık 0,1) eklemek maliyette az artışla büyük emisyon azalmaları verdi. Her ölçütün öngörülen tasarrufu yeniden dağıtımdan sonraki gerçek tasarrufu aştı, çünkü doğrusal duyarlılık bağlayıcı kısıtların aynı kaldığını varsayıyor; fazla düşük karbon ölçütü 14.000 t azalma öngördü ama artış üretti.

Bölgesel ortalama ve fazla temiz güç sinyalleri bölge içi iletim tıkanıklığını yok sayıyor: temiz üretim fazlası olan bölgedeki bir veri merkezi hat sınırları nedeniyle ona erişemeyebilir. Sonuç: lambda-CO2 en büyük emisyon azaltımını, ISO kıyaslamasının yaklaşık iki katını, verdi; 'fazla temiz güce' doğru kaydırma iletim kısıtları nedeniyle emisyonu artırdı. Sınırlar: tek bir test sistemi (IEEE RTS-GMLC) ve dört sahalı kurgu; ön baskı.

Öne çıkan noktalar

1. Test sistemi: IEEE RTS-GMLC (73 bara, 158 jeneratör, 120 hat) ve dört adet 250 MW veri merkezi; veri merkezleri 44.821.000 MWh yıllık yükün %19,6'sı olan 8.784.000 MWh kullandı; her biri %20'ye (50 MW) kadar kaydırabiliyor, bu toplam sistem yükünün en fazla %3,92'si.
2. 13.964.000 t CO2 esneklik içermeyen temel duruma göre: lambda-CO2 -%1,44; LMP -%0,68; ortalama karbon -%0,68; ISO kontrollü (maliyet minimizasyonu) -%0,65; fazla düşük karbon +%0,14.
3. Lambda-CO2 kaydırma kaydırılan MW başına yaklaşık 0,14 t CO2 tasarruf etti ve üretim maliyetini %0,27 azalttı; LMP kaydırma maliyeti %1,07 azalttı ama daha az karbon tasarruf etti.
4. Tam sistem bilgisiyle bile yalnızca maliyet hedefli ISO esneklik kullanımı emisyonları yalnızca 91 t, %0,65 azalttı; hafif karbon ağırlığı (alfa yaklaşık 0,1) maliyette az artışla büyük emisyon azalmaları verdi.
5. Her ölçütün öngörülen tasarrufu yeniden dağıtımdan sonraki gerçek tasarrufu aştı; fazla düşük karbon ölçütü 14.000 t azalma öngördü ama artış üretti.
6. Bölgesel ortalama ve fazla temiz güç sinyalleri bölge içi iletim tıkanıklığını yok sayıyor; temiz üretim fazlası olan bölgedeki veri merkezi hat sınırları nedeniyle ona erişemeyebilir.

Tasarımda kullanımı

• Coğrafi yük kaydırmada sinyal olarak LMP veya bölgesel ortalama karbon yoğunluğu yerine konumsal marjinal karbon emisyonlarını (lambda-CO2) değerlendirin; en büyük azalmayı (-%1,44) verdi.
• 'Fazla temiz güç' bölgelerine kaydırmadan kaçının; iletim tıkanıklığı nedeniyle emisyonu artırabiliyor (+%0,14).
• Tahmin edilen karbon tasarruflarını yeniden dağıtım sonrası gerçekleşen tasarruflarla doğrulayın; her ölçüt tasarrufu fazla tahmin etti.
• Maliyet hedefine hafif bir karbon ağırlığı eklemeyi (alfa yaklaşık 0,1) değerlendirin; maliyette az artışla büyük emisyon azalması verdi.

Kimler okumalı

Veri merkezi coğrafi yük kaydırma stratejisi ve sinyal seçimi yapan işletmeciler, şebeke planlamacıları ve araştırmacılar.

Belgenin bölümleri

1. Özet
2. I. Giriş
3. II. Yük kaydırma yöntemleri (A. Veri merkezi kontrollü yük kaydırma, B. Kaydırma ölçütleri, C. ISO kontrollü yük kaydırma)
4. III. Test sistemi ve senaryolar
5. IV. Sonuçlar (A. ISO kontrollü yükten karbon emisyon azalması, B. Farklı kaydırma ölçütleriyle sonuçların karşılaştırılması, C. Doğruluk karşılaştırması)
6. V. Tartışma ve sonuç
7. VII. Teşekkürler

İlgili standartlar

• GHG Protocol Scope 2 Guidance

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Julia Lindberg; Yasmine Abdennadher; Jiaqi Chen; Bernard C. Lesieutre; Line Roald

Yayıncı

Proceedings of the Twelfth ACM International Conference on Future Energy Systems (ACM)

Yıl

2021

Belge numarası

arXiv:2105.09120

Sayfalar

430-436

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.1145/3447555.3466582

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

arxiv.org

Künye