中國(guó)儲(chǔ)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(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，亟待進(jìn)一步加快電算協(xié)同技術(shù)和機(jī)制創(chuàng)新，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)和能源電力發(fā)展提供動(dòng)力和保障。
我國(guó)高度重視算力與電力的高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展，算力與電力的協(xié)同逐步成為重點(diǎn)發(fā)展任務(wù)。2025年9月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)“人工智能+”能源高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)施意見》，提出能源行業(yè)人工智能發(fā)展以推進(jìn)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(jī)制進(jìn)一步完善，建立綠色、經(jīng)濟(jì)、安全、高效的算力用能模式。
當(dāng)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(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，亟待進(jìn)一步加快電算協(xié)同技術(shù)和機(jī)制創(chuàng)新，為數(shù)字經(jīng)濟(jì)和能源電力發(fā)展提供動(dòng)力和保障。
電力和算力的雙向賦能
發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)是把握新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革新機(jī)遇的戰(zhàn)略選擇。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。
工業(yè)和信息化部相關(guān)負(fù)責(zé)人表示，我國(guó)算力產(chǎn)業(yè)正邁向高質(zhì)量、規(guī)模化發(fā)展的新階段。截至今年6月底，我國(guó)在用算力中心標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架達(dá)1085萬(wàn)架，智能算力規(guī)模達(dá)788EFLOPS（每秒百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算），干線400G（Gbit/s）端口數(shù)量大幅增加至14060個(gè)，存力總規(guī)模超過1680EB（艾字節(jié)），算力基礎(chǔ)設(shè)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(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的最新報(bào)告顯示，2024年全球數(shù)據(jù)中心的用電量約為415太瓦時(shí)，占全球電力需求的1.5%。
與此同時(shí)，我國(guó)電力系統(tǒng)正經(jīng)歷深刻變革，新能源裝機(jī)占比已超過50%，但消納問題日益突出。根據(jù)全國(guó)新能源消納監(jiān)測(cè)預(yù)警中心的數(shù)據(jù)，2024年全年，青海、甘肅、新疆等風(fēng)光大省的新能源消納利用率均未達(dá)到100%。
在此背景下，算力負(fù)荷的時(shí)空可轉(zhuǎn)移特性和靈活調(diào)節(jié)潛力（如AI訓(xùn)練任務(wù)的錯(cuò)峰調(diào)度）為電力系統(tǒng)提供了新的調(diào)節(jié)手段。例如，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)移至張家口數(shù)據(jù)中心，這也是全球首次電力系統(tǒng)靈活運(yùn)行驅(qū)動(dòng)的電算協(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(guó)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(wàn)臺(tái)通算和智算服務(wù)器以及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。
隨著人工智能大模型對(duì)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(zhǎng)。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(dòng)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，科學(xué)規(guī)劃近遠(yuǎn)期供電方案?！笆奈濉币詠?，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(yùn)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(jìn)電算協(xié)同，近年來我國(guó)相繼印發(fā)了《關(guān)于深入實(shí)施“東數(shù)西算”工程加快構(gòu)建全國(guó)一體化算力網(wǎng)的實(shí)施意見》《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案（2024—2027）》《國(guó)家數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)指引》等多份文件，并多次提出創(chuàng)新電算協(xié)同機(jī)制，推進(jìn)算力與綠色電力融合。
其中在《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案（2024—2027年）》中，電算協(xié)同被列為七大試點(diǎn)方向之一，明確要求在國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)和青海、新疆等能源富集區(qū)，通過“綠電聚合供應(yīng)”模式提升數(shù)據(jù)中心綠電占比，并探索算力負(fù)荷與新能源功率聯(lián)合預(yù)測(cè)、柔性控制等技術(shù)，以降低電網(wǎng)保障容量需求。
上述政策形成了從頂層設(shè)計(jì)到實(shí)施細(xì)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(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)
算力爆發(fā)式增長(zhǎng)在驅(qū)動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，其激增的電力消耗、綠電剛性需求及潛在的訓(xùn)練任務(wù)功率波動(dòng)，也給電力系統(tǒng)的規(guī)劃運(yùn)行帶來了風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)。
第一，電力規(guī)劃將面臨不確定性挑戰(zhàn)。我國(guó)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(shè)也多采用“電力先行，電等算力”的發(fā)展模式。但在報(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(zhǎng)的問題。
當(dāng)前，部分公共智算中心因規(guī)劃不足，導(dǎo)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(dǎo)致算力增長(zhǎng)存在不確定性。
根據(jù)中國(guó)信息通信研究院對(duì)我國(guó)數(shù)據(jù)中心2030年用電量的預(yù)測(cè)，不同情景下用電量的跨度為3000億～7000億千瓦時(shí)，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(bào)裝申請(qǐng)使得未來對(duì)電力需求的預(yù)測(cè)變得異常困難，在某些情況下，這些申請(qǐng)的總需求量甚至達(dá)到了當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有電力負(fù)荷水平的數(shù)倍。以某“東數(shù)西算”樞紐節(jié)點(diǎn)城市的第三方租賃型算力項(xiàng)目為例，其規(guī)劃的電力負(fù)荷需求是當(dāng)?shù)刈畲筘?fù)荷的1.75倍、在運(yùn)數(shù)據(jù)中心總負(fù)荷的8.2倍，該項(xiàng)目的負(fù)荷需求需新建4～5座500千伏變電站進(jìn)行供電。若項(xiàng)目的實(shí)際租賃規(guī)模與招商預(yù)期存在較大差異，將導(dǎo)致項(xiàng)目終期的電力需求低于預(yù)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(chǔ)設(shè)施閑置浪費(fèi)，其他用戶也將被迫承擔(dān)上升的輸配電成本。
第二，綠電占比受電算供需“時(shí)空錯(cuò)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(zhǎng)壓力?！笆奈濉币詠?，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心提升綠電使用比例的政策密集出臺(tái)?！稊?shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》中明確提出，到2025年年底，國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)新建數(shù)據(jù)中心綠電占比超過80%。今年3月，國(guó)家發(fā)展改革委等五部門發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)可再生能源綠色電力證書市場(chǎng)高質(zhì)量發(fā)展的意見》，明確提出國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)新建數(shù)據(jù)中心的綠色電力消費(fèi)比例要在80%的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升。
然而，我國(guó)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(shí)空錯(cuò)位。
目前東部發(fā)達(dá)地區(qū)數(shù)據(jù)中心占比達(dá)70%，但綠電資源相對(duì)緊張，省間通道在滿足優(yōu)先發(fā)電計(jì)劃后，剩余通道空間不足，這就導(dǎo)致了東部地區(qū)數(shù)據(jù)中心綠電供應(yīng)不足。此外，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，這與風(fēng)電、光伏發(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。我國(guó)電力市場(chǎng)、碳市場(chǎng)協(xié)同機(jī)制尚未完全建立，數(shù)據(jù)中心消費(fèi)綠電的碳減排效益尚未完全獲得認(rèn)可。
第三，電網(wǎng)運(yùn)行將面臨功率“過山車”風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)微軟、OpenAI和英偉達(dá)的最新聯(lián)合研究，隨著人工智能大模型訓(xùn)練任務(wù)擴(kuò)展至數(shù)萬(wàn)GPU（圖形處理器）集群級(jí)別，其電力負(fù)荷可在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈變化，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)。研究數(shù)據(jù)顯示，單一訓(xùn)練任務(wù)可能在數(shù)秒內(nèi)引發(fā)數(shù)十兆瓦的電力負(fù)荷波動(dòng)，這種高度同步的負(fù)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(jìn)一步波及區(qū)域電網(wǎng)的安全運(yùn)行。大規(guī)模的模型訓(xùn)練普遍采用“批次同步并行”模型，訓(xùn)練過程按迭代進(jìn)行。在每一輪迭代中，GPU的工作狀態(tài)會(huì)在高功率的計(jì)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(dòng)。由于大規(guī)模訓(xùn)練任務(wù)的同步特性，當(dāng)數(shù)萬(wàn)個(gè)GPU同時(shí)切換時(shí)，整個(gè)算力集群的負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)高度同步的劇烈波動(dòng)。特別值得關(guān)注的是，訓(xùn)練任務(wù)的電力負(fù)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(jī)與長(zhǎng)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(yán)重時(shí)甚至誘發(fā)發(fā)電機(jī)組軸系累積機(jī)械疲勞或故障。
從三方面加強(qiáng)電算協(xié)同
為應(yīng)對(duì)算力井噴帶來的多重風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，需從規(guī)劃銜接、機(jī)制協(xié)同、運(yùn)行優(yōu)化等方面協(xié)同施策，構(gòu)建算力與電力深度融合的發(fā)展新范式。
一是加強(qiáng)電算規(guī)劃銜接，促進(jìn)資源高效利用。加強(qiáng)政府、用能企業(yè)、電網(wǎng)公司等多方的溝通協(xié)作，科學(xué)研判算力發(fā)展規(guī)模及類型，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)中心集群所在地的能源電力發(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)。對(duì)于數(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)律進(jìn)行系統(tǒng)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(zhǎng)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。
二是完善電碳協(xié)同機(jī)制，提升算力綠色水平。推動(dòng)更多新能源電力進(jìn)入市場(chǎng)，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(gòu)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)。推進(jìn)電碳市場(chǎng)協(xié)同，推進(jìn)綠證與全國(guó)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)。推動(dòng)綠電消費(fèi)在相應(yīng)碳排放核算中予以扣減，鼓勵(lì)通過綠電交易方式建設(shè)零碳綠色園區(qū)。推廣以平臺(tái)聚合方式開展省間綠電集中交易，擴(kuò)大以綠電交易方式落實(shí)省間優(yōu)先發(fā)電計(jì)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(yùn)行，防控系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)。從芯片－機(jī)架－算力中心多層級(jí)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(jī)架層面，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)削峰填谷降低訓(xùn)練的峰值功率需求。在通信密集的低功耗階段為儲(chǔ)能系統(tǒng)充電，在計(jì)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(dòng)算力與電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度，通過直接參與或通過虛擬電廠、負(fù)荷聚合商參與電力市場(chǎng)和需求側(cè)響應(yīng)，用電力市場(chǎng)信號(hào)引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心靈活調(diào)度算力負(fù)載執(zhí)行時(shí)間及地點(diǎn)，增加電力系統(tǒng)靈活性，保障電力供應(yīng)并促進(jìn)新能源消納。
（作者系國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司高級(jí)專家。編輯：趙卉寒）
