中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展時(shí)期，算力是數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)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(shì)。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(chǔ)設(shè)施建設(shè)指引》，提出推進(jìn)算力與綠色電力融合，加強(qiáng)大型風(fēng)光基地和算力樞紐節(jié)點(diǎn)協(xié)同聯(lián)動(dòng)，把綠色電力轉(zhuǎn)換成綠色算力。在發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)和“碳中和”目標(biāo)任務(wù)的雙重驅(qū)動(dòng)下，亟待加強(qiáng)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(bào)告強(qiáng)調(diào)，加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合，打造具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群。2024年12月召開的中央經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議強(qiáng)調(diào)，要大力推進(jìn)新型工業(yè)化，發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，加快推動(dòng)人工智能發(fā)展。
隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)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(wù)等行業(yè)滲透，各行業(yè)對(duì)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(jìn)，新模型不斷涌現(xiàn)，模型訓(xùn)練參數(shù)量、數(shù)據(jù)量大幅提升，對(duì)算力需求指數(shù)級(jí)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(yù)訓(xùn)練擴(kuò)展）向Post-training Scaling（后訓(xùn)練擴(kuò)展）和Test-Time Scaling（測(cè)試時(shí)擴(kuò)展）的過渡過程，后訓(xùn)練和推理端的算力需求將接棒預(yù)訓(xùn)練。
算力基礎(chǔ)設(shè)施是規(guī)模化算力的關(guān)鍵底座和物理載體。我國各地智能計(jì)算中心加快布局。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2024年上半年，全國已經(jīng)建設(shè)和正在建設(shè)的智算中心超過250個(gè)，全國規(guī)劃具有超萬張GPU集群的智算中心已有十多個(gè)。
龐大的算力規(guī)模，帶來了巨大的能源消耗，在此形勢(shì)下，算力與電力協(xié)同發(fā)展成為必然趨勢(shì)。
2023年12月，《關(guān)于深入實(shí)施“東數(shù)西算”工程加快構(gòu)建全國一體化算力網(wǎng)的實(shí)施意見》提出，創(chuàng)新算力電力協(xié)同機(jī)制，面向國家樞紐節(jié)點(diǎn)內(nèi)部及國家樞紐節(jié)點(diǎn)之間開展算力電力協(xié)同試點(diǎn)。2024年7月，《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》提出，到2025年底，算力電力雙向協(xié)同機(jī)制初步形成。2024年7月，《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案（2024—2027）》提出，實(shí)施一批算力與電力協(xié)同項(xiàng)目，開展算力、電力基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)同規(guī)劃布局，提升算力與電力協(xié)同運(yùn)行水平。
2、當(dāng)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(chǔ)等通用算力需求快速增長，已推動(dòng)數(shù)據(jù)中心用電量年均增速超15%。人工智能的應(yīng)用擴(kuò)展加速推動(dòng)了數(shù)據(jù)中心電力需求井噴式增長，GPU服務(wù)器的能耗功率通常是CPU服務(wù)器的4—5倍，智能算力較基礎(chǔ)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(chǎng)景、復(fù)雜度和頻次會(huì)大大增加，帶動(dòng)推理算力需求增加。當(dāng)前全國數(shù)據(jù)中心用電量占全社會(huì)用電量比重約1.6%。在樞紐節(jié)點(diǎn)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(diǎn)建設(shè)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(huì)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(biāo)，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(kuò)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(diǎn)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)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(shè)階段，大型、超大型數(shù)據(jù)中心占比不高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(fēng)冷等自然資源優(yōu)勢(shì)，平均PUE分別為1.40與1.39，遠(yuǎn)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(gè)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(yùn)營管理產(chǎn)生的間接碳排放（基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等）以及運(yùn)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(dāng)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(huì)進(jìn)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(diǎn)推進(jìn)節(jié)能降碳的領(lǐng)域。到2025年底，國家樞紐節(jié)點(diǎn)新建數(shù)據(jù)中心綠電占比要超過80%。
當(dāng)前我國仍處于綠電交易市場(chǎng)建設(shè)初期，不同省份的綠電交易規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)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(chǎng)、碳市場(chǎng)建設(shè)相對(duì)獨(dú)立，協(xié)同機(jī)制尚未完全建立，數(shù)據(jù)中心消費(fèi)綠電的節(jié)能減排效益沒有獲得認(rèn)可。綠電溢價(jià)仍然偏高，部分?jǐn)?shù)據(jù)中心建成時(shí)間早、規(guī)模小，技術(shù)水平相對(duì)落后，采購綠電的成本相對(duì)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(fèi)情況，數(shù)據(jù)中心綠色用能合計(jì)37.88億千瓦時(shí)，占其總用電量的11%。
（三）算力高密度布局VS電力設(shè)備低利用率
“東數(shù)西算”八大算力樞紐節(jié)點(diǎn)分布在10個(gè)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(fù)荷密度大的特點(diǎn)，往往采用數(shù)個(gè)變電站集群供電。隨著“東數(shù)西算”工程建設(shè)，預(yù)計(jì)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(shè)計(jì)落地時(shí)并非完全匹配。數(shù)據(jù)中心接入需要電網(wǎng)提前預(yù)留線路走廊、變電站間隔資源。隨著智能算力的擴(kuò)張、數(shù)據(jù)中心的密集并網(wǎng)和規(guī)模化聚合，接入電壓等級(jí)有抬升趨勢(shì)，屬地電網(wǎng)的增容壓力、規(guī)劃難度進(jìn)一步增加。
在報(bào)裝容量不斷增大、接入電壓等級(jí)不斷提升的同時(shí)，數(shù)據(jù)中心面臨上架率相對(duì)較低、供電設(shè)備利用率偏低、達(dá)產(chǎn)周期較長的問題，電力負(fù)荷達(dá)到預(yù)計(jì)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(shè)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(dá)到預(yù)定產(chǎn)能的一半。作為更底層的變電、線纜等電力設(shè)備，在為后續(xù)算力發(fā)展留有一定的供電能力裕度后，負(fù)載率相較算力設(shè)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(dòng)性
數(shù)據(jù)中心的高性能設(shè)備及業(yè)務(wù)需求對(duì)電源穩(wěn)定性要求極高，特別是智能算力數(shù)據(jù)中心對(duì)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(xùn)練階段對(duì)算力的集中需求可能導(dǎo)致電網(wǎng)局部出現(xiàn)突發(fā)性高負(fù)荷，人工智能訓(xùn)練的工作負(fù)載可達(dá)100%，而且模型的單次訓(xùn)練時(shí)間隨著迭代呈指數(shù)級(jí)增長，后續(xù)模型的迭代將進(jìn)一步提升對(duì)供電穩(wěn)定性的要求。雖然DeepSeek帶動(dòng)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(huì)呈現(xiàn)爆發(fā)式上漲。智算中心的價(jià)值體量隨著GPU算力與價(jià)格的不斷提升而增長，潛在電源波動(dòng)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(shí)現(xiàn)自身降碳。但數(shù)據(jù)中心的高性能設(shè)備及業(yè)務(wù)需求對(duì)電源穩(wěn)定性要求極高，與風(fēng)光發(fā)電波動(dòng)性大、利用小時(shí)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(jī)占比已超過50%，新能源大發(fā)與用電負(fù)荷季節(jié)性錯(cuò)配、時(shí)段性錯(cuò)配越來越明顯，夏季“極熱無風(fēng)”、晚峰“日落無光”，導(dǎo)致新能源出力嚴(yán)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(bào)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(jí)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(shì)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(qiáng)政府、企業(yè)、電網(wǎng)等多方溝通協(xié)作，科學(xué)研判算力發(fā)展規(guī)模、類型，明確建設(shè)進(jìn)度、達(dá)產(chǎn)周期、能效標(biāo)準(zhǔn)，滾動(dòng)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(chǎng)址預(yù)留和電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)。加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心負(fù)荷的時(shí)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(yù)測(cè)準(zhǔn)確性，提前對(duì)接用電需求，開展電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷和運(yùn)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(dòng)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(xiàng)目主體的溝通協(xié)作，結(jié)合大數(shù)據(jù)園區(qū)建設(shè)與招商進(jìn)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(shí)序，科學(xué)規(guī)劃近遠(yuǎn)期供電方案。“十四五”至今，張家口為大數(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(yuǎn)近結(jié)合，分步實(shí)施”原則，政企協(xié)同開展算電協(xié)同規(guī)劃，推動(dòng)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(dòng)工作方案，為服務(wù)各數(shù)據(jù)中心啟動(dòng)建設(shè)的24條10千伏線路工程已成功投運(yùn)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(shí)間調(diào)節(jié)潛力的空調(diào)等傳統(tǒng)柔性負(fù)荷，是目前已知的唯一一種可以不依賴電網(wǎng)而實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷瞬時(shí)轉(zhuǎn)移的新型負(fù)荷，同時(shí)具備時(shí)間、空間調(diào)節(jié)潛力，可在價(jià)格信號(hào)的引導(dǎo)下進(jìn)行數(shù)據(jù)中心電力負(fù)荷的時(shí)空轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)“算力-電力”協(xié)同調(diào)度，能夠?yàn)楦弑壤履茉措娏ο到y(tǒng)的運(yùn)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(xué)，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(wù)市場(chǎng)試點(diǎn)，將阿里巴巴江蘇南通數(shù)據(jù)中心約100千瓦的算力負(fù)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(yùn)行驅(qū)動(dòng)的算-電協(xié)同調(diào)度試驗(yàn)。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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)全省1.5萬臺(tái)通算和智算服務(wù)器、3033PFLOPS算力資源，引導(dǎo)算力負(fù)荷曲線響應(yīng)清潔能源曲線，實(shí)現(xiàn)綠色算力資源高效利用和合理分配。
（三）算力電力建設(shè)協(xié)同，以高效電力支撐經(jīng)濟(jì)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(chǔ)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(chǔ)能系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)等數(shù)據(jù)中心負(fù)荷側(cè)資源，引入智能自動(dòng)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(yùn)營成本，提升能源利用效益和經(jīng)濟(jì)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(gè)采用“風(fēng)光儲(chǔ)+負(fù)荷”智能管理模式的數(shù)據(jù)中心微電網(wǎng)項(xiàng)目，通過智能微電網(wǎng)能源管理平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)園區(qū)整體的用電負(fù)荷和所有供電設(shè)備情況，優(yōu)化運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)綠電使用量和項(xiàng)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(fù)荷預(yù)測(cè)和分時(shí)電價(jià)管理、多場(chǎng)站風(fēng)光發(fā)電互動(dòng)管理、算電協(xié)同運(yùn)營管理等功能，實(shí)現(xiàn)自然冷卻機(jī)房PUE小于1.25，液冷機(jī)房PUE小于1.18，算力中心對(duì)電力資源的調(diào)峰能力顯著提升，可調(diào)負(fù)荷占比超過30%。
（四）算力電力市場(chǎng)協(xié)同，以綠色電力驅(qū)動(dòng)綠色算力
推動(dòng)更多新能源電力進(jìn)入市場(chǎng)，積極引導(dǎo)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(yīng)。充分融合區(qū)塊鏈、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新型數(shù)字化技術(shù)開展綠電溯源，實(shí)現(xiàn)綠色電力的生產(chǎn)、傳輸、分配和消費(fèi)全過程的透明追蹤，確保綠色算力電力來源的清潔性。推進(jìn)“碳-電”市場(chǎng)協(xié)同，推進(jìn)綠證與全國碳排放權(quán)交易機(jī)制、溫室氣體自愿減排交易機(jī)制的銜接協(xié)調(diào)。
冀北地區(qū)已實(shí)現(xiàn)綠電交易“年度+月度+月內(nèi)”常態(tài)化運(yùn)營，建成國內(nèi)首個(gè)大規(guī)模綠電市場(chǎng)連續(xù)運(yùn)營體系。2024年，冀北電網(wǎng)綠電交易量超280.72億千瓦時(shí)，同比增長42.85%，交易規(guī)模居全國省級(jí)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(shí)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(tái)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。
