NaCompute 面向 AIDC 的储能容量评估与算力负载协同分析
田家昌 · 发布于 2026/10/16 · 更新于 2026/10/16
田家昌2026/10/16
一 项目概况
NaCompute 储能评估项目面向人工智能数据中心的用电波动问题，通过 A800 实测负载数据与储能仿真，分析不同任务安排下的储能容量、充放电功率和能量损耗。项目把计算任务与储能运行放在同一个时间窗口内比较，既检查供电峰值能否控制在目标以内，也核对任务是否按期完成、电池结束时是否恢复电量，为钠电参与算力中心供电提供可复现的评估工具。
我们关注的是一个具体问题：面对同一批计算任务，储能究竟需要多大，才能承接负载变化。如果任务都在相近的时间开始，电池需要承担较高的瞬时功率；如果高负载持续得更久，还需要足够的可用电量。任务安排能够改变这些条件，因此储能配置需要和计算任务一起评估，不能只根据一条曲线的最高点选择容量。
项目由算力侧和储能侧两个模块组成。队友负责负载采集、数据标定与任务调度，我负责储能需求分析、参数筛查和能量核算。算力侧输出带时间信息的负载曲线、任务到达与截止条件以及完成记录，储能侧接收这些数据，计算不同配置下的供电曲线和电量变化。两个模块共享同一批基础数据，分别保留各自的程序和分析结果，便于维护和复核。
二 数据基础与评估方法
2.1 A800 负载采集与回放
基础数据来自一张 NVIDIA A800 80GB PCIe，包含小型训练、小型推理、中型训练和中型推理四类随机 Transformer 负载，每类重复三次，共完成 12 次单卡功耗实测。四类负载的平均板卡功率分别为 89.13 瓦、152.91 瓦、289.09 瓦和 298.55 瓦，每次正式采集约 90 秒。原始采样、任务日志和数据来源记录均已保留。这 12 次实测是团队共享的数据基础，储能模块没有将其重复计为新增硬件实验。
程序使用前两轮数据标定任务功耗和时长，以第三轮曲线进行虚拟双卡回放。对比过程中保持相同的 8 个任务、242148 个计算步骤和 720 秒观察窗口，保证不同方案承担相同的计算工作量。任务等待和执行过程都计入共同窗口，储能补电也在窗口内核算。这样可以避免把少做任务、推迟到窗口之外或消耗预存电量造成的变化误判为方案优势。
2.2 调度策略与储能模型
算力侧提供先到先执行和功率预算调度两种策略。前者按照任务到达顺序安排执行，作为对照；后者结合功率预算安排任务启动，让有等待空间的任务尽量避开负载叠加。储能侧沿用两种策略产生的负载，不改写任务工作量，也不删除不利的数据。两种策略使用相同的储能参数和检查条件，比较调度变化对储能需求的影响。
储能模型分别设置容量、双向充放电功率、往返效率和允许电量范围。供电目标统一设为 390 瓦，初始电量为容量的百分之六十，最低保留百分之十，最高为百分之九十。当负载超过目标时，电池在功率和可用电量允许的范围内放电；当负载较低且有补电空间时，模型安排充电。功率不足或电量不足造成的超目标负载会被保留下来，作为配置不能满足要求的依据。
模型以离散时间步核算功率和电量。令 P 为功率，E 为电量，Δt 为以小时计的采样间隔；功率单位为瓦，电量单位为瓦时。供电侧承担负载与充电需求，储能放电抵消其中一部分，关系如下。
（1）
（2）
， （3）
其中，grid、load、ch、dis 分别表示供电侧、负载、充电和放电，容量项表示额定容量。模型假设充电与放电效率均为 η，两者的乘积等于往返效率；同一时间步不会同时充放电。当前控制策略只补电至初始电量，因此回放中的电量上界为百分之六十，百分之九十是参数设置的允许上限，并不表示每次都会充到该水平。
2.3 配置通过条件
每个配置都需要同时满足三项检查。首先，整个窗口内的供电功率不能超过目标；其次，结束电量需要恢复到初始水平；最后，同一批任务需要全部按期完成。任何一项不满足，程序都会保留对应的失败结果。这种检查方式让供电约束、任务要求和电量收支能够一起被看见，避免只挑选峰值较低的方案。
三 参数设计与筛查结果
3.1 参数网格与物理约束
项目已完成 1008 组参数组合的仿真计算。任务条件包含弹性任务、紧截止和集中到达三种场景，每种场景对比两种调度策略。储能容量设置为 0.5、1、2、5、10、20、40 和 80 Wh，充放电功率设置为 10、25、50、100、150、250 和 400 瓦，往返效率分别取百分之八十、九十和九十五。三种场景、两种策略、八档容量、七档功率和三档效率组成完整参数网格，全部结果均已计算并保存。
容量与功率在这个网格中独立取值，用于观察两类约束各自的作用。容量决定能够持续提供多少电量，功率决定某个时刻能够承担多少负载。某个容量较大的组合仍可能因功率不足而超出目标，某个功率较高的组合也可能较早耗尽电量。网格中的通过结果仅表示模型内满足三项检查，实际选择电池时还需要核对倍率、温度、寿命和成本。
3.2 容量与功率的配置边界
在往返效率为百分之九十的弹性任务场景中，两种调度策略各对应 56 个容量与功率组合。先到先执行有 6 个组合通过全部检查，功率预算调度有 48 个。容量与功率筛查图采用相同色标，格内数字表示模拟供电峰值，标记为 OK 的组合表示三项条件同时满足。通过与未通过的组合都在图中展示，可以直接看到容量限制、功率限制与调度方式之间的关系。
这个结果说明，在本次负载和参数范围内，任务执行时间的安排能够明显改变电池需要承担的波动。它并不意味着只要采用预算调度就一定能够使用更小的电池。具体配置仍取决于任务期限、负载持续时间和电池参数，图中的结果需要放在对应场景下理解，也不能直接按 GPU 数量等比例放大为机房级配置。
3.3 任务条件对配置的影响
任务条件变化后，通过检查的组合数量也会变化。截止时间收紧时，功率预算调度通过的组合从 48 个减少到 20 个；任务集中到达时，进一步减少到 8 个。先到先执行在三个场景中均有 6 个组合通过。这里的分母始终是同一组 56 个容量与功率格点，所以能够在固定参数范围内比较不同任务条件造成的影响。
场景对照体现了任务可调整空间对储能需求的影响。弹性任务可以在截止时间允许的范围内调整启动顺序，减少较高负载的叠加；任务期限变紧或集中到达后，调度能够选择的空间缩小，储能需要面对的负载也随之变化。因此，评估结果同时报告任务条件和储能条件。通过格点的数量描述的是确定性网格计算结果，不是随机实验中的成功概率。
四 削峰效果与能量核算
4.1 供电峰值与任务等待
项目对削峰效果和运行代价进行同步核算。在默认弹性任务场景中，两种策略均采用 10 Wh 容量、250 瓦充放电功率和百分之九十往返效率的储能模型。先到先执行的模拟供电峰值约为 597.06 瓦，有 10 秒超过 390 瓦目标；功率预算调度的峰值控制在 390 瓦，没有出现超目标时段。两种方案的 8 个任务均按期完成，结束电量均恢复到初始水平。
达到较低峰值的同时，任务等待发生了变化。先到先执行的平均等待时间为 45.5 秒，功率预算调度约为 72.4 秒，增加约 26.9 秒。这一差异需要与峰值结果放在一起看。对能够接受适度等待的任务，调度提供了调整负载的空间；对时效要求更严格的任务，则需要重新设置截止条件并计算，不能直接沿用弹性场景的结论。
4.2 能量收支与储能损耗
能量核算显示，完成相同任务时，两种策略的无储能负载能耗均为 50.7949 Wh。加入储能后，先到先执行的供电能耗约为 51.8490 Wh，功率预算调度约为 50.8026 Wh，对应储能损耗分别约为 1.0541 Wh 和 0.0076 Wh。预算调度在该场景中减轻了电池的缓冲负担，因此损耗较少，但加入储能后仍有额外损耗。供电峰值降低与总能耗降低是不同指标，项目分别计算和报告。
每组结果都会检查能量收支。供电能量应当等于负载消耗的能量、储能损耗以及电池存储能量变化之和。结束电量恢复后，可以在相同起止状态下比较不同方案；未恢复的情况则在结果中保留，不能当作同等条件下的节能结果。程序同时保存超目标时长、结束电量和任务完成情况，使结果能够追溯到具体约束。
（4）
式中下标 grid、load、loss 分别对应整个窗口的供电电量、任务负载用电量和充放电损耗，下标 T 与 0 分别对应窗口结束和开始时的储能电量。起止电量相等时，供电电量与负载用电量之间的差额就是储能损耗。因此，削峰幅度与节能幅度需要分别讨论，不能用功率峰值下降代替总能耗下降。
五 模块交付与适用范围
5.1 数据接口与独立复现
项目交付包含储能筛查程序、1008 行完整结果表、负载曲线、汇总数据、两张结果图以及共享 A800 实测证据。每行结果记录场景、调度策略、容量、功率、效率、供电峰值、能耗、损耗、结束电量、平均等待和任务按时完成情况。程序可在独立目录运行，重新生成结果表与汇总文件。独立复算得到的汇总结果和全部 1008 行数据一致，各组合也通过了固定工作量与能量平衡检查。
在两人的分工中，算力侧负责说明任务怎样产生波动，以及调度怎样改变执行过程；储能侧负责说明剩余波动需要什么配置承接，哪些条件下无法满足要求，以及相应的能量和等待代价。共享数据只计一次，两个模块分别展示自己的代码与分析结果。接口保持一致后，更换负载曲线或储能参数时，可以沿用相同的检查方法进行比较。
5.2 实验范围与钠电参数接入
本项目采用实测曲线驱动的模拟方法。12 次 A800 单卡采样构成真实负载基础，1008 组参数结果属于确定性仿真，虚拟双卡回放不代表真实双卡调度实测。测量范围为 GPU 板卡，尚未覆盖服务器其他部件、制冷系统和供配电设备的能耗。储能使用通用充放电模型，没有进行电池实物测试，也不据此判断钠电与其他化学体系的性能优劣。
钠电候选方案可以通过容量、充放电功率、效率和允许电量范围接入评估，但参数需要附带来源和适用工况。实际工程评估还应加入倍率、热管理、寿命、成本及供电可靠性要求。NaCompute 提供的是任务负载与储能参数之间的计算接口，输出满足条件的组合、未通过的原因和完整能量记录，供算力侧与储能侧在同一组任务要求下讨论配置。
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