中國儲能網(wǎng)訊：電力行業(yè)圍繞電算協(xié)同發(fā)展開展了初步的有益探索，但在人工智能快速發(fā)展的背景下，電力系統(tǒng)仍面臨一系列風險挑戰(zhàn)，亟待進一步加快電算協(xié)同技術和機制創(chuàng)新，為數(shù)字經(jīng)濟和能源電力發(fā)展提供動力和保障。
我國高度重視算力與電力的高質量協(xié)同發(fā)展，算力與電力的協(xié)同逐步成為重點發(fā)展任務。2025年9月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關于推進“人工智能+”能源高質量發(fā)展的實施意見》，提出能源行業(yè)人工智能發(fā)展以推進智能算力與電力協(xié)同發(fā)展為必要支撐，到2030年算力電力協(xié)同機制進一步完善，建立綠色、經(jīng)濟、安全、高效的算力用能模式。
當前，電力行業(yè)圍繞電算協(xié)同發(fā)展開展了初步的有益探索，但在人工智能快速發(fā)展的背景下，電力系統(tǒng)仍面臨一系列風險挑戰(zhàn)，亟待進一步加快電算協(xié)同技術和機制創(chuàng)新，為數(shù)字經(jīng)濟和能源電力發(fā)展提供動力和保障。
電力和算力的雙向賦能
發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟是把握新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革新機遇的戰(zhàn)略選擇。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。
工業(yè)和信息化部相關負責人表示，我國算力產(chǎn)業(yè)正邁向高質量、規(guī)?；l(fā)展的新階段。截至今年6月底，我國在用算力中心標準機架達1085萬架，智能算力規(guī)模達788EFLOPS（每秒百億億次浮點運算），干線400G（Gbit/s）端口數(shù)量大幅增加至14060個，存力總規(guī)模超過1680EB（艾字節(jié)），算力基礎設施規(guī)模和水平不斷提升。
然而，龐大的算力規(guī)模，帶來了巨大的能源消耗，尤其是電力需求的快速攀升。國際能源署（IEA）發(fā)布的最新報告顯示，2024年全球數(shù)據(jù)中心的用電量約為415太瓦時，占全球電力需求的1.5%。
與此同時，我國電力系統(tǒng)正經(jīng)歷深刻變革，新能源裝機占比已超過50%，但消納問題日益突出。根據(jù)全國新能源消納監(jiān)測預警中心的數(shù)據(jù)，2024年全年，青海、甘肅、新疆等風光大省的新能源消納利用率均未達到100%。
在此背景下，算力負荷的時空可轉移特性和靈活調節(jié)潛力（如AI訓練任務的錯峰調度）為電力系統(tǒng)提供了新的調節(jié)手段。例如，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)化調度參與華北電力調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移至張家口數(shù)據(jù)中心，這也是全球首次電力系統(tǒng)靈活運行驅動的電算協(xié)同調度試驗。2024年，青海省能源大數(shù)據(jù)中心建成國內首家清潔能源和綠色算力調度中心，實時監(jiān)測全省1.5萬臺通算和智算服務器以及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。
隨著人工智能大模型對算力處理能力和規(guī)模要求的雙重提升，算力用電量還將高速增長。在此背景下，如何做好電力規(guī)劃，為算力提供充裕的電力保障，成為各地發(fā)展算力產(chǎn)業(yè)的重中之重。以張家口為例，該地積極推動政府、電網(wǎng)企業(yè)和項目主體的溝通協(xié)作，結合大數(shù)據(jù)園區(qū)建設與招商進展，科學規(guī)劃近遠期供電方案。“十四五”以來，張家口為大數(shù)據(jù)中心供電的220千伏變電站以平均每年投運一座的速度快速發(fā)展，有力保障了張家口數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群安全可靠用電。
從政策層面來看，為加快推進電算協(xié)同，近年來我國相繼印發(fā)了《關于深入實施“東數(shù)西算”工程加快構建全國一體化算力網(wǎng)的實施意見》《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》《加快構建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027）》《國家數(shù)據(jù)基礎設施建設指引》等多份文件，并多次提出創(chuàng)新電算協(xié)同機制，推進算力與綠色電力融合。
其中在《加快構建新型電力系統(tǒng)行動方案（2024—2027年）》中，電算協(xié)同被列為七大試點方向之一，明確要求在國家樞紐節(jié)點和青海、新疆等能源富集區(qū)，通過“綠電聚合供應”模式提升數(shù)據(jù)中心綠電占比，并探索算力負荷與新能源功率聯(lián)合預測、柔性控制等技術，以降低電網(wǎng)保障容量需求。
上述政策形成了從頂層設計到實施細則的完整體系，為電算協(xié)同發(fā)展提供了制度保障。
算力井噴，電力系統(tǒng)面臨的風險與挑戰(zhàn)
算力爆發(fā)式增長在驅動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展的同時，其激增的電力消耗、綠電剛性需求及潛在的訓練任務功率波動，也給電力系統(tǒng)的規(guī)劃運行帶來了風險挑戰(zhàn)。
第一，電力規(guī)劃將面臨不確定性挑戰(zhàn)。我國算力中心多采用雙電源或三電源的供電方式，電網(wǎng)配套建設也多采用“電力先行，電等算力”的發(fā)展模式。但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。
當前，部分公共智算中心因規(guī)劃不足，導致算力利用率偏低，不少新建數(shù)據(jù)中心的平均利用率僅為20%～30%。未來，人工智能的發(fā)展和普及速度將導致算力增長存在不確定性。
根據(jù)中國信息通信研究院對我國數(shù)據(jù)中心2030年用電量的預測，不同情景下用電量的跨度為3000億～7000億千瓦時，高用電量方案和低用電量方案相差2倍以上。不確定的數(shù)據(jù)中心報裝申請使得未來對電力需求的預測變得異常困難，在某些情況下，這些申請的總需求量甚至達到了當?shù)噩F(xiàn)有電力負荷水平的數(shù)倍。以某“東數(shù)西算”樞紐節(jié)點城市的第三方租賃型算力項目為例，其規(guī)劃的電力負荷需求是當?shù)刈畲筘摵傻?.75倍、在運數(shù)據(jù)中心總負荷的8.2倍，該項目的負荷需求需新建4～5座500千伏變電站進行供電。若項目的實際租賃規(guī)模與招商預期存在較大差異，將導致項目終期的電力需求低于預期，電網(wǎng)企業(yè)將因輸變電容量過度投資造成電力資源與基礎設施閑置浪費，其他用戶也將被迫承擔上升的輸配電成本。
第二，綠電占比受電算供需“時空錯位”影響。高耗能特性下，算力行業(yè)的快速發(fā)展帶來了碳排放量的增長壓力。“十四五”以來，推動數(shù)據(jù)中心提升綠電使用比例的政策密集出臺。《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》中明確提出，到2025年年底，國家樞紐節(jié)點新建數(shù)據(jù)中心綠電占比超過80%。今年3月，國家發(fā)展改革委等五部門發(fā)布《關于促進可再生能源綠色電力證書市場高質量發(fā)展的意見》，明確提出國家樞紐節(jié)點新建數(shù)據(jù)中心的綠色電力消費比例要在80%的基礎上進一步提升。
然而，我國東西部綠電供需不平衡，存在算力需求與綠電資源分布的時空錯位。
目前東部發(fā)達地區(qū)數(shù)據(jù)中心占比達70%，但綠電資源相對緊張，省間通道在滿足優(yōu)先發(fā)電計劃后，剩余通道空間不足，這就導致了東部地區(qū)數(shù)據(jù)中心綠電供應不足。此外，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，這與風電、光伏發(fā)電波動性大、利用小時數(shù)低的特性存在結構性矛盾。我國電力市場、碳市場協(xié)同機制尚未完全建立，數(shù)據(jù)中心消費綠電的碳減排效益尚未完全獲得認可。
第三，電網(wǎng)運行將面臨功率“過山車”風險。根據(jù)微軟、OpenAI和英偉達的最新聯(lián)合研究，隨著人工智能大模型訓練任務擴展至數(shù)萬GPU（圖形處理器）集群級別，其電力負荷可在短時間內發(fā)生劇烈變化，對電力系統(tǒng)運行構成風險。研究數(shù)據(jù)顯示，單一訓練任務可能在數(shù)秒內引發(fā)數(shù)十兆瓦的電力負荷波動，這種高度同步的負荷突變不僅影響數(shù)據(jù)中心自身的供電穩(wěn)定性，也可能進一步波及區(qū)域電網(wǎng)的安全運行。大規(guī)模的模型訓練普遍采用“批次同步并行”模型，訓練過程按迭代進行。在每一輪迭代中，GPU的工作狀態(tài)會在高功率的計算與低功率的通信狀態(tài)之間切換，形成周期性“過山車”式的功率波動。由于大規(guī)模訓練任務的同步特性，當數(shù)萬個GPU同時切換時，整個算力集群的負荷會出現(xiàn)高度同步的劇烈波動。特別值得關注的是，訓練任務的電力負荷功率振蕩主要集中于0.2～3赫茲頻段，接近電力系統(tǒng)中同步機與長距離輸電線路的共振頻率。一旦發(fā)生頻率耦合，可能誘發(fā)次同步諧振（SSR），嚴重時甚至誘發(fā)發(fā)電機組軸系累積機械疲勞或故障。
從三方面加強電算協(xié)同
為應對算力井噴帶來的多重風險挑戰(zhàn)，需從規(guī)劃銜接、機制協(xié)同、運行優(yōu)化等方面協(xié)同施策，構建算力與電力深度融合的發(fā)展新范式。
一是加強電算規(guī)劃銜接，促進資源高效利用。加強政府、用能企業(yè)、電網(wǎng)公司等多方的溝通協(xié)作，科學研判算力發(fā)展規(guī)模及類型，明確建設進度、達產(chǎn)周期、能效標準，滾動完善數(shù)據(jù)中心集群所在地的能源電力發(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。對于數(shù)據(jù)中心負荷的時間、空間分布特性以及用電結構變化規(guī)律進行系統(tǒng)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。
二是完善電碳協(xié)同機制，提升算力綠色水平。推動更多新能源電力進入市場，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。推進電碳市場協(xié)同，推進綠證與全國碳排放權交易機制、溫室氣體自愿減排交易機制的銜接協(xié)調。推動綠電消費在相應碳排放核算中予以扣減，鼓勵通過綠電交易方式建設零碳綠色園區(qū)。推廣以平臺聚合方式開展省間綠電集中交易，擴大以綠電交易方式落實省間優(yōu)先發(fā)電計劃，在省間交易組織中優(yōu)先安排。
三是優(yōu)化電算協(xié)同運行，防控系統(tǒng)安全風險。從芯片－機架－算力中心多層級挖掘數(shù)據(jù)中心的靈活性。芯片層面，研發(fā)功率平滑的軟硬件功能，有效控制功率變化幅度。機架層面，通過儲能系統(tǒng)削峰填谷降低訓練的峰值功率需求。在通信密集的低功耗階段為儲能系統(tǒng)充電，在計算密集的高功耗階段釋放電能，平滑整體功率需求曲線。算力中心層面，推動算力與電力系統(tǒng)協(xié)同調度，通過直接參與或通過虛擬電廠、負荷聚合商參與電力市場和需求側響應，用電力市場信號引導數(shù)據(jù)中心靈活調度算力負載執(zhí)行時間及地點，增加電力系統(tǒng)靈活性，保障電力供應并促進新能源消納。
（作者系國網(wǎng)冀北電力有限公司高級專家。編輯：趙卉寒）
