中國儲能網(wǎng)訊：我國數(shù)字經(jīng)濟正處于高速發(fā)展時期，算力是數(shù)字經(jīng)濟時代的新質(zhì)生產(chǎn)力，電力是算力發(fā)展的關(guān)鍵保障，算力與電力正在形成相互支撐、協(xié)同發(fā)展的新態(tài)勢。2024年年末，國家發(fā)展改革委、國家數(shù)據(jù)局、工信部聯(lián)合印發(fā)《國家數(shù)據(jù)基礎設施建設指引》，提出推進算力與綠色電力融合，加強大型風光基地和算力樞紐節(jié)點協(xié)同聯(lián)動，把綠色電力轉(zhuǎn)換成綠色算力。在發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟和“碳中和”目標任務的雙重驅(qū)動下，亟待加強綠色電力和算力的協(xié)同融合發(fā)展水平。
1、算力電力協(xié)同發(fā)展的背景
黨的二十大報告強調(diào)，加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，促進數(shù)字經(jīng)濟和實體經(jīng)濟深度融合，打造具有國際競爭力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群。2024年12月召開的中央經(jīng)濟工作會議強調(diào)，要大力推進新型工業(yè)化，發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟，加快推動人工智能發(fā)展。
隨著數(shù)字經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，算力逐漸由互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)向交通、工業(yè)、金融、政務等行業(yè)滲透，各行業(yè)對算力資源的需求持續(xù)高漲。人工智能行業(yè)沿著模型規(guī)模定律（scaling law）向前演進，新模型不斷涌現(xiàn)，模型訓練參數(shù)量、數(shù)據(jù)量大幅提升，對算力需求指數(shù)級增長。
DeepSeek的出現(xiàn)，并沒有完全打破定律，而是加速了全球算力產(chǎn)業(yè)由Pre-training Scaling（預訓練擴展）向Post-training Scaling（后訓練擴展）和Test-Time Scaling（測試時擴展）的過渡過程，后訓練和推理端的算力需求將接棒預訓練。
算力基礎設施是規(guī)?；懔Φ年P(guān)鍵底座和物理載體。我國各地智能計算中心加快布局。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2024年上半年，全國已經(jīng)建設和正在建設的智算中心超過250個，全國規(guī)劃具有超萬張GPU集群的智算中心已有十多個。
龐大的算力規(guī)模，帶來了巨大的能源消耗，在此形勢下，算力與電力協(xié)同發(fā)展成為必然趨勢。
2023年12月，《關(guān)于深入實施“東數(shù)西算”工程加快構(gòu)建全國一體化算力網(wǎng)的實施意見》提出，創(chuàng)新算力電力協(xié)同機制，面向國家樞紐節(jié)點內(nèi)部及國家樞紐節(jié)點之間開展算力電力協(xié)同試點。2024年7月，《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》提出，到2025年底，算力電力雙向協(xié)同機制初步形成。2024年7月，《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027）》提出，實施一批算力與電力協(xié)同項目，開展算力、電力基礎設施協(xié)同規(guī)劃布局，提升算力與電力協(xié)同運行水平。
2、當前算力電力協(xié)同發(fā)展面臨的問題
（一）算力高耗能特性VS低用能效率
“十四五”以來，視頻直播生態(tài)爆發(fā)，圖片、視頻存儲等通用算力需求快速增長，已推動數(shù)據(jù)中心用電量年均增速超15%。人工智能的應用擴展加速推動了數(shù)據(jù)中心電力需求井噴式增長，GPU服務器的能耗功率通常是CPU服務器的4—5倍，智能算力較基礎算力能耗明顯增加。隨著DeepSeek-R1的發(fā)布，人工智能大模型將從傳統(tǒng)的生成式模型向深度推理模型過渡，推理的使用場景、復雜度和頻次會大大增加，帶動推理算力需求增加。當前全國數(shù)據(jù)中心用電量占全社會用電量比重約1.6%。在樞紐節(jié)點城市，占比更為顯著，以河北省張家口市為例，因“東數(shù)西算”樞紐節(jié)點建設和承接北京算力需求溢出，其數(shù)據(jù)中心用電量占全社會用電量比重從2019年的6.8%增長至2024年的23.6%。
電能利用效率（PUE）是數(shù)據(jù)中心最重要的能耗指標，根據(jù)國家政策要求，到2025年底，全國數(shù)據(jù)中心平均PUE降至1.5以下，新建及改擴建大型和超大型數(shù)據(jù)中心電能利用效率降至1.25以內(nèi)，國家樞紐節(jié)點數(shù)據(jù)中心項目電能利用效率不得高于1.2。目前，我國數(shù)據(jù)中心總體上還處于小而散的粗放建設階段，大型、超大型數(shù)據(jù)中心占比不高。據(jù)統(tǒng)計，2023年我國數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率（PUE）為1.48，其中，東北、華北等北部地區(qū)充分利用自然風冷等自然資源優(yōu)勢，平均PUE分別為1.40與1.39，遠低于華南、華中等南部地區(qū)平均PUE1.53與1.54。
（二）算力高碳排放特性VS低綠電使用率
高能耗用能特性下，算力行業(yè)的快速發(fā)展帶來了碳排放量的增長壓力。從算力全生命周期來看，算力的碳足跡主要包括三個方面，能源間接碳排放（電網(wǎng)購電）、覆蓋全生命周期資產(chǎn)投入及運營管理產(chǎn)生的間接碳排放（基礎設施建設等）以及運行過程中擁有和控制的排放源產(chǎn)生的直接碳排放（備用柴油發(fā)電、制冷劑溢散等）。當前我國發(fā)電量結(jié)構(gòu)仍以煤為主，決定了向電網(wǎng)采購電力所帶來的間接碳排放量較高，考慮全生命周期，算力的碳足跡會進一步上升。國家已經(jīng)將數(shù)據(jù)中心與鋼鐵、電解鋁、水泥等八大傳統(tǒng)高耗能行業(yè)一同納入重點推進節(jié)能降碳的領(lǐng)域。到2025年底，國家樞紐節(jié)點新建數(shù)據(jù)中心綠電占比要超過80%。
當前我國仍處于綠電交易市場建設初期，不同省份的綠電交易規(guī)則和標準存在差異，跨省區(qū)綠電交易不順暢，東部地區(qū)數(shù)據(jù)中心綠電供給不足。我國電力市場、碳市場建設相對獨立，協(xié)同機制尚未完全建立，數(shù)據(jù)中心消費綠電的節(jié)能減排效益沒有獲得認可。綠電溢價仍然偏高，部分數(shù)據(jù)中心建成時間早、規(guī)模小，技術(shù)水平相對落后，采購綠電的成本相對較高。據(jù)北京電力交易中心調(diào)研468家數(shù)據(jù)中心2023年綠電消費情況，數(shù)據(jù)中心綠色用能合計37.88億千瓦時，占其總用電量的11%。
（三）算力高密度布局VS電力設備低利用率
“東數(shù)西算”八大算力樞紐節(jié)點分布在10個數(shù)據(jù)中心集群，算力規(guī)模占全國比重約71.5%，新建數(shù)據(jù)中心90%是大型及以上規(guī)模，呈現(xiàn)規(guī)模大型化、區(qū)域集聚化、負荷密度大的特點，往往采用數(shù)個變電站集群供電。隨著“東數(shù)西算”工程建設，預計東部數(shù)據(jù)中心用電量比重逐步下降，中西部數(shù)據(jù)中心增速將高于東部。西部數(shù)據(jù)中心與新能源選址整體耦合，但局部方案、具體設計落地時并非完全匹配。數(shù)據(jù)中心接入需要電網(wǎng)提前預留線路走廊、變電站間隔資源。隨著智能算力的擴張、數(shù)據(jù)中心的密集并網(wǎng)和規(guī)?；酆?，接入電壓等級有抬升趨勢，屬地電網(wǎng)的增容壓力、規(guī)劃難度進一步增加。
在報裝容量不斷增大、接入電壓等級不斷提升的同時，數(shù)據(jù)中心面臨上架率相對較低、供電設備利用率偏低、達產(chǎn)周期較長的問題，電力負荷達到預計的周期一般在3-5年。從調(diào)研情況看，2024年張家口數(shù)據(jù)中心集群所在的冀北地區(qū)數(shù)據(jù)中心平均上架率為59%，與國家文件要求的65%仍有一定差距，供電設備平均利用率為18.5%，70%的數(shù)據(jù)中心投產(chǎn)2年后仍未達到預定產(chǎn)能的一半。作為更底層的變電、線纜等電力設備，在為后續(xù)算力發(fā)展留有一定的供電能力裕度后，負載率相較算力設備更低，部分省份甚至不足30%。
（四）算力高供電可靠性VS新能源發(fā)電波動性
數(shù)據(jù)中心的高性能設備及業(yè)務需求對電源穩(wěn)定性要求極高，特別是智能算力數(shù)據(jù)中心對供電穩(wěn)定性的要求高于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。人工智能在訓練階段對算力的集中需求可能導致電網(wǎng)局部出現(xiàn)突發(fā)性高負荷，人工智能訓練的工作負載可達100%，而且模型的單次訓練時間隨著迭代呈指數(shù)級增長，后續(xù)模型的迭代將進一步提升對供電穩(wěn)定性的要求。雖然DeepSeek帶動全球AI大模型降本提效，但杰文斯悖論指出，提高資源（如煤炭、石油）的使用效率反而可能增加其總消耗量。大模型的未來算力需求可能仍會呈現(xiàn)爆發(fā)式上漲。智算中心的價值體量隨著GPU算力與價格的不斷提升而增長，潛在電源波動帶來的損失將更高。
在“東數(shù)西算”背景下，數(shù)據(jù)中心向西部轉(zhuǎn)移，既可以消納新能源又可以實現(xiàn)自身降碳。但數(shù)據(jù)中心的高性能設備及業(yè)務需求對電源穩(wěn)定性要求極高，與風光發(fā)電波動性大、利用小時數(shù)低的特性存在結(jié)構(gòu)性矛盾。河北、甘肅、寧夏等“東數(shù)西算”國家數(shù)據(jù)中心集群所在省份新能源裝機占比已超過50%，新能源大發(fā)與用電負荷季節(jié)性錯配、時段性錯配越來越明顯，夏季“極熱無風”、晚峰“日落無光”，導致新能源出力嚴重受阻，影響發(fā)電能力。
3、算力電力協(xié)同發(fā)展的思路和初探
中國信息通信研究院發(fā)布的《中國綜合算力指數(shù)（2024年）報告》顯示，河北省綜合算力指數(shù)排名全國第一，廊坊市、張家口市分別位居全國第一、第二。張家口新能源資源豐富，是國家級可再生能源示范區(qū)，也是國家“東數(shù)西算”工程十大數(shù)據(jù)中心集群之一，憑借區(qū)位優(yōu)勢和氣候、資源條件，算力產(chǎn)業(yè)起步較早，在算力電力協(xié)同發(fā)展方面先行先試。青海、貴州貴安、內(nèi)蒙古和林格爾等地也在創(chuàng)新探索綠色算力電力融合發(fā)展的可行路徑。
（一）算力電力規(guī)劃協(xié)同，以可靠電力保障規(guī)模算力
加強政府、企業(yè)、電網(wǎng)等多方溝通協(xié)作，科學研判算力發(fā)展規(guī)模、類型，明確建設進度、達產(chǎn)周期、能效標準，滾動完善數(shù)據(jù)中心集群所在地能源電力發(fā)展規(guī)劃，適度超前做好新能源場址預留和電網(wǎng)規(guī)劃建設。加強數(shù)據(jù)中心負荷的時間、空間分布特性以及用電結(jié)構(gòu)變化規(guī)律分析，提高電力需求預測準確性，提前對接用電需求，開展電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷和運行數(shù)據(jù)分析。結(jié)合算力產(chǎn)業(yè)發(fā)展走向、增長潛力和區(qū)域特性，動態(tài)優(yōu)化配電網(wǎng)規(guī)劃，確保滿足算力用電需求。
張家口深化政府、電網(wǎng)企業(yè)和項目主體的溝通協(xié)作，結(jié)合大數(shù)據(jù)園區(qū)建設與招商進展，統(tǒng)籌考慮騰訊、阿里等企業(yè)正式用電需求規(guī)模和時序，科學規(guī)劃近遠期供電方案?！笆奈濉敝两瘢瑥埣铱跒榇髷?shù)據(jù)供電的220千伏變電站以每年平均落地一座的超快速度發(fā)展，有力保障張家口數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)集群安全可靠用電。內(nèi)蒙古和林格爾新區(qū)按照“規(guī)劃先行，適度超前，遠近結(jié)合，分步實施”原則，政企協(xié)同開展算電協(xié)同規(guī)劃，推動打造國家“東數(shù)西算”綠色算力中心集群。貴州制定貴安集群可再生能源保障方案、電力網(wǎng)與算力網(wǎng)協(xié)同聯(lián)動工作方案，為服務各數(shù)據(jù)中心啟動建設的24條10千伏線路工程已成功投運22條，算力保障指數(shù)位居全國前列。
（二）算力電力調(diào)度協(xié)同，以靈活算力消納綠色電力
數(shù)據(jù)中心區(qū)別于僅具備時間調(diào)節(jié)潛力的空調(diào)等傳統(tǒng)柔性負荷，是目前已知的唯一一種可以不依賴電網(wǎng)而實現(xiàn)電力負荷瞬時轉(zhuǎn)移的新型負荷，同時具備時間、空間調(diào)節(jié)潛力，可在價格信號的引導下進行數(shù)據(jù)中心電力負荷的時空轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)“算力-電力”協(xié)同調(diào)度，能夠為高比例新能源電力系統(tǒng)的運行優(yōu)化創(chuàng)造更大的調(diào)峰空間。
2022年，阿里巴巴公司聯(lián)合華北電力大學，開展了數(shù)據(jù)中心優(yōu)化調(diào)度參與華北電力調(diào)峰輔助服務市場試點，將阿里巴巴江蘇南通數(shù)據(jù)中心約100千瓦的算力負載轉(zhuǎn)移至其張家口數(shù)據(jù)中心，是全球首次電力系統(tǒng)靈活運行驅(qū)動的算-電協(xié)同調(diào)度試驗。2024年，青海省能源大數(shù)據(jù)中心建成國內(nèi)首家清潔能源和綠色算力調(diào)度中心，實時監(jiān)測全省1.5萬臺通算和智算服務器、3033PFLOPS算力資源，引導算力負荷曲線響應清潔能源曲線，實現(xiàn)綠色算力資源高效利用和合理分配。
（三）算力電力建設協(xié)同，以高效電力支撐經(jīng)濟算力
因地制宜開展可再生能源與算力資源融合開發(fā)，依據(jù)地區(qū)資源稟賦發(fā)掘分布式能源、自然冷源等供能新模式，提升數(shù)據(jù)中心綠電占比。在保障數(shù)據(jù)中心可靠供電基礎上，依托物聯(lián)網(wǎng)、人工智能信息通信技術(shù)，聚合園區(qū)分布式光伏、儲能系統(tǒng)、柴油發(fā)電機等數(shù)據(jù)中心負荷側(cè)資源，引入智能自動化能耗管理系統(tǒng)，構(gòu)建數(shù)據(jù)中心綜合能源體，降低運營成本，提升能源利用效益和經(jīng)濟效益。
張家口騰訊懷來東園云數(shù)據(jù)中心，建成國內(nèi)首個采用“風光儲+負荷”智能管理模式的數(shù)據(jù)中心微電網(wǎng)項目，通過智能微電網(wǎng)能源管理平臺，實時監(jiān)測園區(qū)整體的用電負荷和所有供電設備情況，優(yōu)化運行策略，實現(xiàn)綠電使用量和項目收益最大化。張家口懷來合盈大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園通過數(shù)字化智能化技術(shù)，研發(fā)電力負荷預測和分時電價管理、多場站風光發(fā)電互動管理、算電協(xié)同運營管理等功能，實現(xiàn)自然冷卻機房PUE小于1.25，液冷機房PUE小于1.18，算力中心對電力資源的調(diào)峰能力顯著提升，可調(diào)負荷占比超過30%。
（四）算力電力市場協(xié)同，以綠色電力驅(qū)動綠色算力
推動更多新能源電力進入市場，積極引導數(shù)據(jù)中心參與綠電、綠證交易，探索發(fā)用雙方簽訂多年期綠色電力購買協(xié)議（PPA），為數(shù)據(jù)中心等綠電需求量大的用戶提前鎖定綠電供應。充分融合區(qū)塊鏈、云計算、大數(shù)據(jù)等新型數(shù)字化技術(shù)開展綠電溯源，實現(xiàn)綠色電力的生產(chǎn)、傳輸、分配和消費全過程的透明追蹤，確保綠色算力電力來源的清潔性。推進“碳-電”市場協(xié)同，推進綠證與全國碳排放權(quán)交易機制、溫室氣體自愿減排交易機制的銜接協(xié)調(diào)。
冀北地區(qū)已實現(xiàn)綠電交易“年度+月度+月內(nèi)”常態(tài)化運營，建成國內(nèi)首個大規(guī)模綠電市場連續(xù)運營體系。2024年，冀北電網(wǎng)綠電交易量超280.72億千瓦時，同比增長42.85%，交易規(guī)模居全國省級電網(wǎng)首位。2024年12月，張家口某數(shù)據(jù)中心企業(yè)與中國華能河北分公司簽訂了3年（2025年—2027年）2.1億千瓦時的綠電采購協(xié)議，這是冀北電力交易中心在北京電力交易中心綠電交易平臺上組織出清的國網(wǎng)公司系統(tǒng)首筆省內(nèi)多年期綠電采購協(xié)議。
