KubeCon Keynote演讲：Kubernetes如何赋能可再生能源产业提高10倍效率

2018年11月14日，由云原生计算基金会（CNCF）主办的世界顶级容器盛会KubeCon在上海跨国采购会展中心正式拉开了帷幕，国内外领先的云计算企业，数千名容器领袖和技术专家齐聚一堂，共同分享交流在Kubernetes、微服务、DevOps等领域的技术发现。

活动首日，Rancher Labs联合创始人及CEO梁胜、金风慧能副总经理张伟、金风慧能首席架构师张利共同为现场的观众带来了《Kubernetes提供可再生能源》的Keynote演讲，以金风科技对Kubernetes的应用实践为切入点，讲述新能源企业如何将带有AI能力的边缘计算应用部署在多区域的Kubernetes集群。

“大概在半年之前，有一个Rancher的用户给咱们办公室打了个电话，说他们使用了彻底开源的Rancher软件，如今已经进入生产了。可是他们碰到了一些问题，但愿咱们能帮他解决。这个用户就是金风慧能。”Rancher联合创始人及CEO梁胜介绍道：“当咱们了解金风是怎么在他们的环境当中使用Kubernetes以及Rancher以后，我以为这个场景很是有意思，因此在这一次活动，特地邀请了金风慧能的同事来现场作应用实践的内容分享，但愿你们能学习到金风慧能是怎么利用Kubernetes提供可再生能源的。”

合做背景

金风科技成立于1998年，是一家国际化的清洁能源和节能环保总体解决方案提供商。截至2017年年末，金风科技全球风电累计装机容量超过44GW，装机数量超过2.8万台（直驱机组超过2.4万台），连续七年国内排名第一，连续三年全球排名前三。其中，国内装机遍及29个省市，累计容量超过42.7GW，国外装机遍及全球六大洲十四个国家，累计容量达到1.45GW。金风科技每一年发出的清洁电力，至关于再造森林4940万立方米，减小9040万吨二氧化碳排放。

金风慧能是金风科技的全资子公司，是全国领先的新能源数字化、智能化专业服务提供商，致力于帮助新能源发电企业优化资产性能，提升运营效率，提高发电收益。

2015年，金风慧能创建了金风科技全球监控中心，接入了包括风力发电机之内的超过3万台设备，并实时将传感器的程序采集数据送到全球监控中心，打造了全国最大的新能源物联网。

从数据资产上看，金风慧能拥有几百TB以上的设备运行数据，而这一数据库还在以每一年百TB的规模增加；除此以外，金风慧能累积了全国30年气象模拟数据，天天还在进行大量的数据预测，数据资产规模很是庞大。

基于大量的数据资产，金风慧能开展了气象及功率预测服务，同时，金风慧能也为发电企业客户提供预测服务，包括预测设备当中的潜在故障，帮助客户进行主动防护性的维护工做。“新能源的发电，尤为是能量的输入是不稳定的，因此咱们必须去作气象评估，包括风速、辐照度预测等工做，好比24小时内，每15分钟这台风力发电机能发多少电，电网将会承受多少的负荷侧重、如何平衡波谷等等。”金风慧能副总经理张伟解释道。

在张伟展现新能源气象预报图当中，咱们能够看到在不一样比例的网格，气象状况会千差万别。在中尺度1000m×1000m的网格展现当中，只能看到模糊的气象状态；但在微尺度100m×100m的网格展现当中，气象状态则显得相对清晰不少。张伟补充：“好比说风速，每0.1级的误差，风力发电机的发电量误差会在10%以上。我国南北地理特性差别巨大，南方的地形更是尤为复杂，若是没法精准预测气象状况及将来发电量，将形成比较大的风险和损失。”

对于气象状态及将来发电量的精准预测需求，金风慧能不只将数据服务和产品部署在云端，还将这些服务部署在了各个区域以及电厂。而在不一样地方的应用部署，向金风慧能的技术能力提出了很是大的挑战。“最终咱们选择了Rancher以及微服务架构去解决这些问题。”

解决方案

早在4年之前，金风慧能就已经预测到了新能源的发展趋势，并开始着手从新构建功率预测的云原生框架。

位于最底层的是电力企业的风机、光伏电厂的逆变器或者是电网的实时数据。往上一层，金风慧能则将PaaS应用在全部的基础设施层。采集层采用了采集网关、协议转换等内容。在采集层上面是存储层，经过MangoDB等技术实现。“最上面会展现出业务，第一大业务就是公司的业务运营，第二部分是咱们的能源气象业务，包括天气预报、观测设备等。”金风慧能首席架构师张利分享道：“还有一部分是预测业务，里面包括核心的AI算法业务，主要涉及到在线预测和离线预测两部分。”

积累了三四年的时间，金风慧能功率预测业务已经涵盖了集团级电力运营商，而且服务了几十个区域性的业务，以及几百个场站的业务。在这些场站当中，除了风电场，还包括光伏电场和分布式的光伏电站。

这些功率预测业务须要同时处理场站侧、区域侧、集团侧的不一样场景，场站侧通常只有一台服务器，区域侧是一个机架上的几台服务器，集团侧是公有云或私有云的混合环境，而整个业务对资源的要求是不同的。这也为金风慧能的技术选型带来了比较大的困难。

第一种部署架构方案是将全部区域和场站创建成一个大的集群，第二种方案是将每一个区域或者是场站当成是独立集群。两种方案各有优劣，最终金风慧能选择了第二种方案。

张利介绍，从带宽的角度出发，通常的专线只有2MB的带宽。这些带宽大部分时间是用来提供数据的，若是将整个架构作成大的集群的话，在网络传输层会有很大的风险。除此以外，资源利用率也是一个须要考量的问题，一个大集群在运行的过程中资源占用率是比较低的，但若是每一个区域创建一个独立集群的时候，它的系统资源占有率正好是相反的。

对于复杂的业务场景，Rancher为金风慧能提供了中心化管理全部Kubernetes集群的功能，也下降了金风慧能对于Kubernetes的部署难度。对于集团侧，每一个集团部署一套Rancher Server 2.0实例，对于区域侧，每一个区域部署一套Kubernetes集群，对于场站侧，也是每一个场站部署一套Kubernetes集群，区域和场站侧的Kubernetes集群都挂到所属集团的Rancher Server中。

“云原生架构给咱们带来的价值也是很是显而易见的。DevOps从2周一次提高至1天一次，效率提高10倍以上。并且微服务化具备更强的适应性和更灵活的业务拆分能力。”演讲的最后，张利总结道：“AI跨平台部署效率和算法迭代速度也有所提高。但愿每一个人都能享受到云原生架构为咱们带来的便利。”