未盡研究-AI改變能源 智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)-2024.08-25正式版-WN8

AI

改變能源智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)2024

年

8

月目錄前言2第一章：文獻(xiàn)綜述與方法論4美國的算力增長預(yù)期，分歧重

點(diǎn)在市場(chǎng)5●中國算力增長預(yù)期，不確定性主要在技術(shù)5●第二章：測(cè)算方法與結(jié)果7中國智能算力每年增長

70%7●樂觀情景下國產(chǎn)芯片有望突破8●年中國智算年用電最高

1.3萬億度9●

2030智算中心成為用電量增長主力101112121315171718●●第三章：中國凈零碳電力算力地圖智算中心發(fā)展初期主要在綠電供給不充分的東部年清潔電力發(fā)電量預(yù)測(cè)●

2030智算用電需求的動(dòng)態(tài)匹配●綠色算力電力區(qū)位條件●第四章，智算加速建立新型電力系統(tǒng)全天候“智”“能”調(diào)度●

24/7綠電直供與跨區(qū)域交易●●●源網(wǎng)荷儲(chǔ)碳一體的配電網(wǎng)與微電網(wǎng)1819虛擬電廠結(jié)論：讓智算率先實(shí)現(xiàn)凈零碳電力附錄2122關(guān)于報(bào)告232323未盡研究●環(huán)球零碳●改變能源AI1智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)前言能源與機(jī)器，自從技術(shù)革命以來，從來都不可分。新能源與機(jī)器學(xué)習(xí)正在走向融合，它們符合一個(gè)共同的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)規(guī)律，效率上升，成本下降，而需求增如果能源的無限需求內(nèi)長更快，產(chǎn)生了杰文斯悖論的效應(yīng)。生于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，唯一的杰文斯是19

世紀(jì)英國工業(yè)革命期間的一位經(jīng)濟(jì)學(xué)家。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)煤炭的使用效選擇，就是使用綠色和率不斷提升時(shí)，對(duì)煤炭的需求不僅沒有下降，反而在煤炭的應(yīng)用和相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)清潔的能源。生了大量的創(chuàng)新，滲透到各行各業(yè)，導(dǎo)致煤炭的消耗量上升。杰文斯悖論在歷次技術(shù)與工業(yè)革命中持續(xù)上演，蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的效率不斷提升，但人類對(duì)于化石能源的需求也持續(xù)增長了兩百多年。杰文斯悖論揭示了資源、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)之間的基本關(guān)系。摩爾定律是信息技術(shù)革命時(shí)代的杰文斯悖論。單位面積芯片上的晶體管數(shù)量每18

個(gè)月左右增加一倍，60

年來相當(dāng)于算力的成本至少下降了

10

億倍，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)進(jìn)入數(shù)字時(shí)代。而在加速計(jì)算逐步占據(jù)主流的深度學(xué)習(xí)“黃金

10

年

”，GPU

的效率提升了千倍。盡管如此，在整個(gè)經(jīng)濟(jì)與社會(huì)向數(shù)字化與智能化轉(zhuǎn)型的過程中，對(duì)于智能算力的需求在絕對(duì)數(shù)量和相對(duì)占比的意義上，不但沒有減少，反而在加速增長，每個(gè)季度翻番。這在很大程度上是由于算力更加密集的基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)用正在涌現(xiàn)。如果考慮到未來的物理

AI

以及元宇宙，對(duì)于算力的需求幾乎是無限的。電力供能地位的三次超越70605040302010電力油天然氣有用能源是在所有加工和轉(zhuǎn)換損失之后剩煤炭0余的總能源190019101920193019401950196019701980199020002010來源：RMI說明：1900

年至

2010

年間有用能源供應(yīng)的變化趨勢(shì)：所有部門不包括非能源用途。有用能源的估計(jì)值有所不同，這里我們采用了國際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（IIASA）的數(shù)據(jù)，這是我們見過的最詳細(xì)的數(shù)據(jù)。改變能源AI2智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)前言從技術(shù)上來講，摩爾定律和黃氏定律可以也必須持續(xù)下去，但它必須投入更大的研發(fā)資金以及消耗更多的能源，能源革命并沒有改變杰文斯悖論。而經(jīng)濟(jì)和商業(yè)規(guī)律決定了，這些投資體現(xiàn)為更高的能量密度和算力密度的基礎(chǔ)設(shè)施，必須以更廣泛的創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)回報(bào)（ROI），新的生產(chǎn)力得以形成，經(jīng)濟(jì)增長得以實(shí)現(xiàn)。這就是AI時(shí)代的杰文斯悖論的商業(yè)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。杰文斯悖論也說明了原有的經(jīng)發(fā)展模式是不可持續(xù)的：如果能源的無限需求內(nèi)生于經(jīng)濟(jì)發(fā)展，唯一的選擇，就是使用綠色和清潔的能源。可再生發(fā)電邊際成本趨近于零，智能算力邊際成本趨近于零，這兩大趨勢(shì)合龍，將引發(fā)廣泛的應(yīng)用創(chuàng)新，滲透到經(jīng)濟(jì)與社會(huì)中，進(jìn)一步帶動(dòng)對(duì)于能源和算力需求的同步上升。生成式

AI革命，與能源革命耦合在一起，也將帶來能源管理方式的根本變化。算力革命與能源革命將互相迭加、融合、增強(qiáng)；如果清潔能源供應(yīng)不足，電力基礎(chǔ)設(shè)施不向新能源轉(zhuǎn)型，人工智能的發(fā)展將會(huì)被“卡脖子”。計(jì)算的本質(zhì)是能源的處理形式，計(jì)算過程也是能量轉(zhuǎn)換和使用的結(jié)果。AI所帶來的海量計(jì)算，將與可再生能源一起，推動(dòng)新一輪信息與能源革命。而這一輪大模型創(chuàng)新所遵循的擴(kuò)展定律（scalinglaw），即更多的數(shù)據(jù)和更大的算力推動(dòng)模型越來越大，越來越接近通用人工智能（AGI），產(chǎn)生了大數(shù)據(jù)

-大算力

-大模型

-大電力的范式。中國在新能源革命中已經(jīng)處于領(lǐng)導(dǎo)地位，也是全球第二智能算力大國。中國正在部署

AI+戰(zhàn)略，成為新質(zhì)生產(chǎn)力中的一個(gè)戰(zhàn)略性前沿領(lǐng)域。目前中國正處于風(fēng)光等可再生能源的“黃金

10年”，AI所帶來的清潔電力需求，需要順應(yīng)中國的能源轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)

2030年碳達(dá)峰及

2060年碳中和的目標(biāo)。本報(bào)告估算出中國到

2030年所需要的智能算力總量，相對(duì)應(yīng)的電力需求總量，尤其是在中國電力增量中所占的比重

。我們假設(shè)中國智算中心

2030年的目標(biāo)是達(dá)到世界先進(jìn)水平，之后所消耗的能源以綠色和潔凈電力為主，在各行業(yè)中率先實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。在國家東數(shù)西算以及八大樞紐和十大集群的總體布局下，我們進(jìn)一步分析各省的智算能力和清潔電力資源的現(xiàn)狀及未來，將如何在支持國家人工智能發(fā)展大計(jì)的同時(shí)，推動(dòng)本地的經(jīng)濟(jì)數(shù)字化與智能化。與此同時(shí)，我們關(guān)注到智算在各地爆發(fā)式增長給電力系統(tǒng)以及控制碳排放帶來的短期挑戰(zhàn)，以及算力與電力的協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)于引領(lǐng)和加快新型電力市場(chǎng)建設(shè)的意義。計(jì)算的本質(zhì)是能源的處理形式，計(jì)算過程也是能量轉(zhuǎn)換和使用的結(jié)果。AI所帶來的海量計(jì)算，將與可再生能源一起，推動(dòng)新一輪信息與能源革命。而這一輪大模型創(chuàng)新所遵循的擴(kuò)展定律（scalinglaw）產(chǎn)生了大數(shù)據(jù)

-大算力

-大模型

-大電力的范式。改變能源AI3智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)第一章：文獻(xiàn)綜述與方法論全球數(shù)據(jù)中心用電量將在

AI的推動(dòng)下大幅增長，一直受到關(guān)注。從

2023年以來，由于生成式

AI的迅猛發(fā)展，美國尤其為“電力危機(jī)”感到焦慮，而中國的人工智能要在碳達(dá)峰目標(biāo)的約束下追趕美國，算力與電力問題需要重估。算力需求增長、能耗及排放增加的速度，始終快于算力效率、功耗效率、排放效率提升的速度，這是導(dǎo)致用電量會(huì)持續(xù)增長的根本原因。生成式

AI在內(nèi)容生成與推理方面，創(chuàng)造出越來越有價(jià)值的應(yīng)用，而這些應(yīng)用的算力、能耗與排放的密集度也迅速上升。來自不同行業(yè)和專業(yè)背景的機(jī)構(gòu)，對(duì)智能算力的電力消費(fèi)進(jìn)行了為數(shù)眾多的研究，基本邏輯大同小異：先根據(jù)芯片等硬件的算力與功率，估算出數(shù)據(jù)中心的用電量；再根據(jù)算力增長、芯片能效（單位時(shí)間內(nèi)完成的計(jì)算量與消耗的電能之間的比率）提升，以及數(shù)據(jù)中心能效

(PUE，數(shù)據(jù)中心總能耗與關(guān)鍵

IT設(shè)備能耗的比率，數(shù)字越小越接近

1，能效越高

)提升的預(yù)期，來推測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)智能數(shù)據(jù)中心的用電量增長情況。智能算力的提供者及主要使用者，如科技企業(yè)、電信企業(yè)、政府、以及日益數(shù)字化的許多行業(yè)，都提出了

100%使用綠色電力、實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)和路線圖。而獲得綠電及清潔電力，尤其是直接接入供應(yīng)的綠色電力，并且建立起新型能源管理系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)綠色智算中心的關(guān)鍵。其中，無論在中國，還是在美國，數(shù)據(jù)中心的能效提升是確定性較強(qiáng)的部分。PUE都受到監(jiān)管機(jī)構(gòu)或

ESG政策的約束，近十年來全球數(shù)據(jù)中心平均

PUE僅從

1.65降至了

1.58，并非影響近年來數(shù)據(jù)中心用電量增長的核心因素。這些研究報(bào)告，對(duì)于人工智能技術(shù)最發(fā)達(dá)、電力市場(chǎng)化程度最高的美國研究比較充分，為關(guān)于中國的研究提供了基準(zhǔn)性的參考，但忽視了中國所面臨的芯片系統(tǒng)技術(shù)的挑戰(zhàn)及能源電力市場(chǎng)的差異性。這些報(bào)告對(duì)美國智能算力增長和電力需求的預(yù)期并不一致，而中國面臨的首要問題是如何克服芯片能效提升的瓶頸。不同推理任務(wù)的用電量102.90710.10.0630.049

0.0470.0380.010.0040.0070.003

0.0030.0020.001圖像生成

圖像描述

摘要生成

文本生成

對(duì)象檢測(cè)

圖像分類

標(biāo)記分類

掩碼語言

提取式

文本分類生成建模問答來源：HuggingFace，未盡研究，環(huán)球零碳說明：對(duì)數(shù)軸。每進(jìn)行

1000次查尋，完成每種推理任務(wù)平均消耗的電能。改變能源AI4智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)美國的算力增長預(yù)期，分歧重

點(diǎn)在市場(chǎng)文獻(xiàn)綜述與方法論英偉達(dá)

GPU

芯片成為目前智算中心的主流算力硬件，占比

90%

左右。因此，全球范圍內(nèi)芯片能效提升趨勢(shì)相對(duì)明確，可預(yù)見的將來與英偉達(dá)

GPU

迭代周期同步，未來有望一年一次更新。伴隨著向更低精度的擴(kuò)展，從

P100

到

B200的

8

年間，訓(xùn)練同一個(gè)模型的能耗，理論上目前已經(jīng)降至最初的

1/400

左右。因此，導(dǎo)致各方預(yù)測(cè)結(jié)果分歧較大的原因，主要在于對(duì)AI算力增長的預(yù)期不一致。這既取決于算力需求的增長，也取決于算力供給的增長，還取決于客戶預(yù)算的增長能否趕得上前兩者的增長，以及電力電網(wǎng)建設(shè)的增長趕不趕得上前三者的增長。不少年初的研究低估了去年英偉達(dá)

GPU

的出貨量。此外，其中算力需求的增長，既包括訓(xùn)練需求的增長，也包括推理需求的增長，兩者都存在較高不確定性。因此，部分報(bào)告假定了不同的

AI

算力增長情景，也產(chǎn)生了不同的用電增長估算結(jié)果。高盛認(rèn)為屆時(shí)美國

AI

用電占比約

20%，semianalysis

則認(rèn)為可能超過60%。在不同AI

算力增速預(yù)期下，前者估算到

2030

年，美國數(shù)據(jù)中心用電占比將從

2023

年的

3%

升至

8%，后者估算到

2028

年該占比將升至超過

14%。中國算力增長預(yù)期，不確定性主要在技術(shù)對(duì)于中國而言，國產(chǎn)芯片的迭代速度與產(chǎn)能瓶頸，即芯片能效提升預(yù)期，以及算力增長預(yù)期中的算力供給問題，才是最敏感的影響因素。因此，重

估中國

AI算力與電力在不同情景下的預(yù)期，主要從較不確定的芯片創(chuàng)新的角度，而非美國的較確定的算力增長的角度。中國目前無法通過官方渠道同步獲得英偉達(dá)最先進(jìn)的

GPU。美國降下的“硅幕”，限制芯片設(shè)計(jì)、制造與流通的多個(gè)環(huán)節(jié)，試圖將中國先進(jìn)算力遏制在

A100

水機(jī)構(gòu)對(duì)數(shù)據(jù)中心未來用電規(guī)模的預(yù)測(cè)全球中國美國3000基準(zhǔn)場(chǎng)景25002000150010005000不同場(chǎng)景的上下限區(qū)間銀河證券

TechInsights

semianalysis

高盛

IEA

華泰證券

銀河證券

IEA

華泰證券

semianalysis

高盛

IEA

EPRI來源：公開信息，未盡研究，環(huán)球零碳說明：不完全列舉。部分機(jī)構(gòu)給出了單個(gè)場(chǎng)景的預(yù)測(cè)，為圖中藍(lán)色圓點(diǎn)；部分機(jī)構(gòu)給出了不同場(chǎng)景的上下限，為圖中線段。IEA

的預(yù)測(cè)截至

2026

年，其余基本預(yù)測(cè)至

2030

年。不同結(jié)構(gòu)給出的預(yù)測(cè)對(duì)象并不一致，部分明確稱數(shù)據(jù)中心，部分稱

AI

數(shù)據(jù)中心，IEA

的還包括加密貨幣。改變能源AI5智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述與方法論平以下。但中國在從國際市場(chǎng)上獲取符合美國出口禁令標(biāo)準(zhǔn)的芯片的同時(shí)，國產(chǎn)芯片也在迅速補(bǔ)位，通過

DUV

多重

曝光等技術(shù)制造的等效

7nm

芯片已獲行業(yè)驗(yàn)證，理論上這也適用于探索制造等效

5nm

芯片。接下去的問題就是良率提升速度與產(chǎn)能爬坡速度，根本上取決于中國建立起一個(gè)基本替代西方先進(jìn)制程芯片的產(chǎn)業(yè)鏈，解決各個(gè)環(huán)節(jié)卡脖子問題。這需要時(shí)間和耐心。保守來看，如果鴻溝短期內(nèi)無法逾越，中國的

AI

算力長期依靠較低能效的芯片，且芯片能效無法持續(xù)提升，那么相同算力規(guī)模的用電量需求就會(huì)大增。電力換算力成為一種選擇，以保證在

AI

領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。但就總量而言，中國電力的裝機(jī)總量約為美國

2.4

倍，發(fā)電總量約為美國的

2.1

倍，其中，可再生能源發(fā)電新增裝機(jī)超過全球的一半，累計(jì)裝機(jī)規(guī)模占全球比重

接近

40%，綠色電力供給總量不是問題。樂觀來看，如果中國能夠突破封鎖，建立起比較完整的芯片產(chǎn)業(yè)鏈，芯片技術(shù)持續(xù)迭代升級(jí)，能效持續(xù)提升，那么，以中國制造“過剩

”的能力，決定用電量的將是算力需求而不是供給。中國三大城市群已出臺(tái)的智能算力基建規(guī)劃，總規(guī)模早已超過全國。大模型最大的應(yīng)用市場(chǎng)就在中國。各省已公布智算規(guī)模超全國規(guī)劃160140120100806040200重慶山西貴州青海上海廣東江蘇安徽北京甘肅河北

各省加總

全國規(guī)劃來源：公開資料，未盡研究，環(huán)球零碳說明：目前僅部分省份公布了智算基建規(guī)劃。甘肅未公布智算規(guī)劃規(guī)模。其他省份公布的規(guī)模，表示為“超過”“至少”等，取其下限。全國規(guī)劃指“高質(zhì)量行動(dòng)計(jì)劃”中對(duì)全國智算規(guī)模的規(guī)劃。上述規(guī)劃基本上截至

2025

年。改變能源AI6智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)第二章：測(cè)算方法與結(jié)果從

2023年到

2030年，中國智能算力規(guī)模將以每年

70%的復(fù)合增長率持續(xù)攀升。國產(chǎn)芯片將成為智能算力的主要來源，技術(shù)保守情景下全部采用等效A100，以電力換算力，但更有可能以落后美國

4年左右的代差持續(xù)迭代，提升能效。至

2030年，全國智算中心年用電量在

0.6萬億度

-1.3萬億度，約占當(dāng)年全社會(huì)用電量的

5%-10%。中國智能算力每年增長

70%去年底，中國提出了《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》與《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》。全國各地都在摸底算力，行動(dòng)快的省份，已經(jīng)推出了自己的基建方案。部分省市規(guī)劃的智算規(guī)?？偭?，超過了全國的計(jì)劃目標(biāo)?！案哔|(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃”明確指出，到

2025年，中國數(shù)據(jù)中心的算力規(guī)模超過

300EFLOPS，其中智能算力占比達(dá)到

35%，即

105EFLOPS。而“八大算力樞紐節(jié)點(diǎn)”中的京津冀、長三角和粵港澳三大樞紐，規(guī)劃到

2025年的智能算力規(guī)模已經(jīng)接近

120EFLOPS。智算規(guī)模實(shí)際部署速度，快于計(jì)劃文件的目標(biāo)?！案哔|(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃”原定至

2023年底，智能算力達(dá)到

66EFLOPS；而按照工信部今年披露的數(shù)據(jù)，去年智算規(guī)模已達(dá)

70EFLOPS，同比增速超過了

70%。智算規(guī)模加速部署，既是中美

AI競(jìng)爭(zhēng)的反映，也是中國經(jīng)濟(jì)增長向“新質(zhì)生產(chǎn)力”要效率的縮影。在國家“適度超前建設(shè)算力基礎(chǔ)設(shè)施”的鼓勵(lì)下，中國智能計(jì)算中心算力規(guī)模保證

70%的增速是合理且必要的。到

2030年，中國智算規(guī)模將達(dá)到

2886EFLOPS。中國智能算力規(guī)模增長預(yù)測(cè)35003000CAGR≈70%2500200015001000500020232024202520262027202820292030來源：未盡研究，環(huán)球零碳說明：按數(shù)據(jù)中心智能算力最近三年復(fù)合增長率約為

55%，最近一年約為

70%。改變能源AI7智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)樂觀情景下國產(chǎn)芯片有望突破測(cè)算方法與結(jié)果芯片“硅幕”為中國芯片產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供了外部動(dòng)力與內(nèi)部市場(chǎng)。國產(chǎn)

GPU、FPGA與

ASIC等各類

AI加速芯片，將逐步成為近

3000EFLOPS的智能算力的主要來源。這些芯片需要在總量與結(jié)構(gòu)上滿足大模型及其

AI應(yīng)用的訓(xùn)練及推理的需求。一般而言，訓(xùn)練對(duì)芯片性能的要求更為苛刻。即使保守地看，國內(nèi)芯片廠商已經(jīng)具備了設(shè)計(jì)與制造等效英偉達(dá)

A100芯片的能力，產(chǎn)能也在提升。但中國更有可能在技術(shù)創(chuàng)新與政策支持下，走向樂觀情景。國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)以相比美國

4年左右的代差迭代升級(jí)，即在

2027年起全部使用更高能效的等效

H100，到

2029年全部使用等效

B200。一旦中國建立起自主的芯片及算力產(chǎn)業(yè)鏈，美國也可能在保持代差優(yōu)勢(shì)的情況下，同步放寬門檻，以維持中國芯片市場(chǎng)份額，這客觀上可以提高國內(nèi)智能算力的供給。中國智算中心每年新增智能算力需求，都需要用上述當(dāng)年最先進(jìn)的芯片來滿足。即芯片數(shù)量

=智算規(guī)模

/芯片算力。國內(nèi)主流采用

FP32精度。工信部《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》將

FP32作為國內(nèi)數(shù)據(jù)中心算力的計(jì)算基準(zhǔn)；工信部旗下信通院《中國算力發(fā)展指數(shù)白皮書（2023年）》在對(duì)包括數(shù)據(jù)中心與智能計(jì)算中心的基礎(chǔ)設(shè)施算力進(jìn)行規(guī)模測(cè)算時(shí)，統(tǒng)一折算為

FP32精度。按這個(gè)基準(zhǔn)，參照英偉達(dá)各代

GPU的性能參數(shù)，到

2030年，技術(shù)保守情景約需要14700萬張等效

A100；技術(shù)樂觀情景則需要累計(jì)部署等效的

1700萬張A100，970萬張

H100，1125萬張

B200。為簡(jiǎn)

化討論，暫不考慮因折舊等因素，存量算力改由更高能效芯片提供等情況。中國智能算力用電量增長預(yù)測(cè)16000技術(shù)保守情景技術(shù)樂觀情景1400012000100008000600040002000020232024202520262027202820292030來源：未盡研究，環(huán)球零碳說明：保守場(chǎng)景指從

2023年到

2030年全部使用等效

A100，能效無法提升；樂觀場(chǎng)景指從

2023年起使用等效

A100，落后

4年左右的代差，在

2027年全部使用等效

H100，在

2029年全部使用等效

B200。改變能源AI8智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)2030

年中國智算年用電最高

1.3

萬億度測(cè)算方法與結(jié)果智算中心要完成訓(xùn)練與推理任務(wù)，所需關(guān)鍵

IT設(shè)備不僅包括

AI芯片，還包括驅(qū)動(dòng)這些

AI芯片正常運(yùn)行的其他必要組件，即服務(wù)器上的

CPU、網(wǎng)卡、供電單元等，以及服務(wù)器間的存儲(chǔ)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、CPU節(jié)點(diǎn)、光纖收發(fā)器和許多其他設(shè)備。因此，要在智算中心驅(qū)動(dòng)一張

GPU芯片，實(shí)際需要額外消耗近

1倍的電力。根據(jù)英偉達(dá)提供的數(shù)據(jù)中心解決方案，在典型配置的智算集群中，每運(yùn)行一個(gè)H100需要1389W的

EAP（預(yù)期平均功率），而

H100的

TDP（熱設(shè)計(jì)功率）為

700W。智算中心為這些關(guān)鍵

IT設(shè)備提供的冷卻與照明同樣需要消耗電力。中國要求新建大型及以上數(shù)據(jù)中心全部能耗相對(duì)關(guān)鍵

IT設(shè)備能耗的比例（即

PUE）降低到1.3以下，考慮到市場(chǎng)占比較高的領(lǐng)先云巨頭的

PUE已經(jīng)做到比這更低，將其視為一段時(shí)間內(nèi)的全行業(yè)基準(zhǔn)水平相對(duì)合理。此外，考慮到智能算力的供需情況，國內(nèi)智算中心使用率可以設(shè)定為長期以

100%的滿負(fù)載運(yùn)行。智算中心當(dāng)年的用電規(guī)模的計(jì)算公式可以表示為：芯片數(shù)量

*芯片熱設(shè)計(jì)功率*2*PUE*使用率

*365天

*24小時(shí)。因此，至

2030年，智算中心的總裝機(jī)容量將達(dá)到

70GW-150GW（如果考慮到風(fēng)光可再生能源的容量因數(shù)，實(shí)際需要的總裝機(jī)容量將達(dá)到

300GW-600GW）；一

年

365天，每天

24小時(shí)，智算中心的年用電量在

0.6萬億度

-1.3萬億度左右（600TWh-1300TWh）。新增智能算力用電擠占全社會(huì)新增用電量8000■

全社會(huì)用電量■

技術(shù)保守情景智算用電■

技術(shù)樂觀情景智算用電600040002000077%27%2024202520262027202820292030來源：未盡研究，環(huán)球零碳說明：堆積圖。假定全國全社會(huì)新增用電量按近十年的復(fù)合增速增長；樂觀場(chǎng)景下部分年份新增用電量下降，主要是因?yàn)楫?dāng)年全部采用了能效更高的下一代芯片。改變能源AI9智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)智算中心成為用電量增長主力測(cè)算方法與結(jié)果如果中國全社會(huì)用電量繼續(xù)按近十年的趨勢(shì)增長，那么，到

2030

年，中國智能計(jì)算中心年用電量將占該年全社會(huì)用電量

5%-10%，成為新的重

點(diǎn)用能行業(yè)。智算中心新增用電量占當(dāng)年全國全社會(huì)新增用電量的

27%-77%。相比美國，中國電力總量上可以更充分地滿足智算需求；在現(xiàn)實(shí)中，智算用電增量占比的上升趨勢(shì)也會(huì)相當(dāng)平穩(wěn)。智算用電增量需求明確，將拉動(dòng)電力電網(wǎng)建設(shè)持續(xù)較高速增長；同時(shí)也將推動(dòng)電力電子技術(shù)的創(chuàng)新。盡管視頻生成等多模態(tài)任務(wù)（算力需求高于文本任務(wù)等）在推理中的占比提升，進(jìn)一步推高對(duì)智算的需求，但推理占比在智算需求中的整體提升，將充分釋放當(dāng)前主流

AI

芯片低數(shù)據(jù)精度能效提升更快的特點(diǎn)，新的推理友好的

ASIC（專用

AI）芯片也將因此獲得規(guī)模部署，結(jié)合較小模型加速落地以及算法與架構(gòu)不斷優(yōu)化改進(jìn)的趨勢(shì)，未來智算中心將以更少的電力完成更多的任務(wù)。此外，隨著時(shí)間推移，早先建設(shè)的數(shù)據(jù)中心折舊（一般約

5

年）完畢，這些存量算力需求會(huì)改用更高能效的

AI

芯片來滿足。相比美國，中國電力總量上可以更充分地滿足智算需求；在現(xiàn)實(shí)中，智算用電增量占比的上升趨勢(shì)也會(huì)相當(dāng)平穩(wěn)。智算用電增量需求明確，將拉動(dòng)電力電網(wǎng)建設(shè)持續(xù)較高速增長；同時(shí)也將推動(dòng)電力電子技術(shù)的創(chuàng)新。改變能源AI10智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)第三章：中國凈零碳電力算力地圖智能算力目前在中國呈現(xiàn)出爆發(fā)態(tài)勢(shì)，將消耗大量的電力。按照規(guī)劃，到

2025年底，國家樞紐節(jié)點(diǎn)新建數(shù)據(jù)中心綠電占比超過

80%。目前全國新增的智算中心，絕大多數(shù)位于綠電資源相對(duì)匱乏的東部，按照目前的全國綠電資源的分布，以及各省的碳因子水平，在

2025

年底之前“搶建”的智算中心，將顯著增加碳排放。實(shí)際上，在綠電投資最激進(jìn)的谷歌，盡管其擁有最先進(jìn)的數(shù)據(jù)中心技術(shù)，最大量的綠電采購，以及最先進(jìn)的

TPU

芯片，在最新發(fā)布的環(huán)境報(bào)告中，其碳排放2023

年比

2022

年增加了

13%，過去的

5

年，碳排放增加了

48%。智算中心的高速發(fā)展，要求必須把能源消耗盡快轉(zhuǎn)向綠色和清潔的電力。目前，中國清潔電力裝機(jī)占比已過半，超過了火電，達(dá)到

52%。到

2030

年，中國省級(jí)電網(wǎng)碳排因子將大幅下降，即使不包括核電，綠電年發(fā)電量規(guī)模將達(dá)到

5.5

萬億度。中國豐富的綠電供給潛力，可以滿足中國智算的電力需求，并幫助中國緩解算力“卡脖子”問題。全國智算中心用電量，同時(shí)也等于各省智算中心用電總量，包括因?yàn)闀r(shí)延等要求下必須在當(dāng)?shù)赝瓿傻耐评硇枨螅舶ㄓ删G電豐富地區(qū)額外承擔(dān)跨省訓(xùn)練與非本地推理的需求。因此，當(dāng)前面臨的突出問題是如何解決東部地區(qū)本地推理的區(qū)域性綠電缺口，以及如何提高跨區(qū)域的綠電消納能力。與其他負(fù)荷相比，計(jì)算具有獨(dú)特的靈活性，能夠?qū)⑵淠茉聪倪w移到遠(yuǎn)距離。計(jì)算還可以利用多種基于軟件的容錯(cuò)技術(shù)。因此，計(jì)算的多個(gè)維度的靈活性，讓它可能去“尋找”到穩(wěn)定和便宜的綠電。中國省級(jí)電力碳排因子下降預(yù)測(cè)2021

年2035

年0.80.70.60.50.40.30.20.1內(nèi)

山

安

新

河

陜

黑寧

天

江

河

山

遼

江

湖

浙

北

上

廣

甘

廣

福

吉

貴

湖

重海

四

云

青0蒙西

徽

疆

北

西

龍

夏津

蘇

南

東

寧

西

南

江

京

海

西

肅

東

建

林

州

北

慶

南

川

南

海古江來源：生態(tài)環(huán)境部及其環(huán)境規(guī)劃院，未盡研究，環(huán)球零碳說明：2035

年各省碳因子強(qiáng)度為預(yù)測(cè)值改變能源AI11智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)智算中心發(fā)展初期主要在綠電供給不充分的東部中國凈零碳電力算力地圖從

2023

年以來，中國的智算中心數(shù)量激增，其中多數(shù)都建在綠電資源相對(duì)匱乏的東部地區(qū)，而且基本不受綠電占比要求的約束。短期內(nèi)將產(chǎn)生大量的碳排放。由于數(shù)字經(jīng)濟(jì)相對(duì)欠發(fā)達(dá)、資金、人才與技術(shù)缺乏等，綠電資源豐富的西部，智算中心的發(fā)展相對(duì)遲緩。根據(jù)中國生態(tài)環(huán)境部和生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院發(fā)布的數(shù)據(jù)，中國省級(jí)電力碳排因子將在十五五、十六五時(shí)期大幅下降。綠電比例的上升與電力碳排因子（生產(chǎn)單位電力過程中平均排放的二氧化碳量）的大幅下降，是中國建立綠色算力網(wǎng)絡(luò)的基本前提。從區(qū)域碳排因子的分布上看，中國西部地區(qū)水電、光伏及風(fēng)力發(fā)電等資源豐富，具備發(fā)展綠色智算中心、承接?xùn)|部算力需求的潛力。智算中心的建設(shè)，應(yīng)當(dāng)充分利用不同區(qū)位的清潔電力。國家的東數(shù)西算項(xiàng)目提出了八大樞紐與十大集群建設(shè)規(guī)劃，其中八大樞紐分別為西部的內(nèi)蒙古樞紐、寧夏樞紐、甘肅樞紐、成渝樞紐、貴州樞紐，和東部的京津冀樞紐、長三角樞紐和粵港澳樞紐。2030

年清潔電力發(fā)電量預(yù)測(cè)如果中國綠色電力（不包括核電）按

2013-2021

年的年復(fù)合增長率繼續(xù)增長，至

2030

年，年發(fā)電量規(guī)模將達(dá)到

5.50

萬億度，其中水電、風(fēng)電、太陽能年發(fā)電分別為

1.87

萬億度、2.36

萬億度和

1.27

萬億度。核電應(yīng)被視為清潔能源，作為綠電的補(bǔ)充，它的同樣潛力巨大。至

2030

年，清潔電力（包括核電）年發(fā)電量規(guī)模將達(dá)到

7.80

萬億度。這額外的

2.3

萬億度穩(wěn)定供應(yīng)的清潔電力，主要來自核電，對(duì)東部沿海地區(qū)格外重要。2030

中國清潔電力發(fā)電量預(yù)測(cè)12000綠電核電等1000080006000400020000廣

四

云

福

浙

江

新

內(nèi)

廣

山

河

山

遼

湖

寧

河

貴

青甘

湖

江

安

陜

天

吉

黑西

上

北

重海東

川

南

建

江

蘇

疆

蒙西

東

北

西

寧

北

夏南

州

海

肅

南

西

徽

西

津

林

龍

藏

海

京

慶

南古江來源：未盡研究，環(huán)球零碳改變能源AI12智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)中國凈零碳電力算力地圖盡管水電與核電受當(dāng)?shù)乜砷_發(fā)容量的約束，但它的增長尚未觸及瓶頸。據(jù)《綠色經(jīng)濟(jì)視角下中國區(qū)域可再生能源發(fā)展路徑研究》測(cè)算，中國大陸水力資源技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量為

54164

萬千瓦，年發(fā)電量可達(dá)

2.47

萬億度。核電同樣如此。2030

預(yù)估綠電規(guī)模前五名省份為：四川（6407

億度）、云南（5381

億度）、新疆（4412

億度）、內(nèi)蒙古（4053

億度）與河北（2812

億度）。2030

預(yù)估清潔電力規(guī)模（包括核電）前五名省份為：廣東（11208

億度）、四川（6462

億度）、云南（5381

億度）、福建（4783

億度）、浙江（4548

億度）。智算用電需求的動(dòng)態(tài)匹配算力的任務(wù)，而不是算力，可以在不同的數(shù)據(jù)中心和算力集群之間進(jìn)行調(diào)度，通常以分布式計(jì)算和云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這種調(diào)度實(shí)際上是數(shù)據(jù)、應(yīng)用與業(yè)務(wù)的傳輸，由于其成本低于能源運(yùn)輸和電力輸送的成本，數(shù)據(jù)可以高通量傳輸?shù)骄G色電力資源豐富的地區(qū)進(jìn)行多點(diǎn)處理，在中國主要就是把東部的算力需求調(diào)到西部來計(jì)算。東數(shù)西算將主要對(duì)智能算力進(jìn)行任務(wù)調(diào)度和統(tǒng)籌。2030

中國智能算力用電量預(yù)測(cè)(技術(shù)樂觀情景

)江蘇貴州363北京493418內(nèi)蒙古甘肅448409山東269寧夏四川重慶浙江上海天389349274304284河北津安徽

105廣西21955遼寧新疆河南湖南江西1007255174129100黑吉林龍?jiān)颇蠌V東福建湖北山西陜西江4995海南

26525031441449585青海西藏碳因子>0.6<0.4>0.5<0.3>0.4<0.21913無數(shù)據(jù)來源：未盡研究，環(huán)球零碳說明：在技術(shù)保守情景下，智算中心的用電量相對(duì)樂觀場(chǎng)景翻倍有余，其中，廣東與貴州都超千億度電。改變能源AI13智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)中國凈零碳電力算力地圖一般來說，隨著AI

應(yīng)用的展開，推理將占智能算力的主要部分，而時(shí)延敏感的任務(wù)將占推理的主要部分。智算中心完成的任務(wù)，可分為延遲敏感、延遲寬容和延遲容忍。在東數(shù)西算的總體布局下，延遲敏感任務(wù)仍然必須由部署在本地的算力完成。隨著大模型應(yīng)用的規(guī)?；归_，智能算力的需求將逐步向延遲敏感的推理傾斜。英偉達(dá)估算當(dāng)前

AI

芯片推理需求占

40%，亞馬遜

AWS

預(yù)計(jì)未來推理需求將達(dá)到

90%。到

2030

年，中國智算中心用于推理的算力的占比也將達(dá)到

90%。直播、游戲、智駕、工業(yè)等應(yīng)用場(chǎng)景，往往對(duì)應(yīng)時(shí)延敏感性的推理任務(wù)；新的時(shí)延敏感性的應(yīng)用場(chǎng)景將隨著人工智能發(fā)展而誕生。在推進(jìn)算力樞紐間時(shí)延降低的同時(shí)，為保證用戶體驗(yàn)，提升服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)力，企業(yè)會(huì)盡可能地把這些智算任務(wù)留在本地。預(yù)計(jì)到

2030

年本地推理需求在所有推理需求中占比達(dá)到

80%。那么，屆時(shí)必須部署在本地的智算用電需求，在技術(shù)樂觀情景下達(dá)到了約

4500億度，技術(shù)保守情景下達(dá)到了約

9600

億度。這些必須部署在當(dāng)?shù)氐闹悄芩懔?，將按照各地算力供給意愿與能力，以及當(dāng)?shù)貞?yīng)用與產(chǎn)業(yè)實(shí)際需求來部署。中國信通院《中國算力發(fā)展指數(shù)白皮書

2023》曾評(píng)估了截至

2022

年中國各省份算力規(guī)模指數(shù)與算力應(yīng)用指數(shù)，正對(duì)應(yīng)著上述兩大因素，一定程度上可以代表

2030

年本地推理在各省市的分布占比。如果東數(shù)西算能及時(shí)推進(jìn)，訓(xùn)練需求與其他不需要在本地完成的推理需求，將大體平均分配至綠電資源較豐富的中西部地區(qū)，主要是內(nèi)蒙古、貴州、甘肅、寧夏、成渝等五大樞紐。它們需要積極滿足京津冀、長三角與珠港澳的算力需求。在承接來自其他地區(qū)的部分算力任務(wù)之后，西部省份用電量明顯增加，緩解了東部省份。其中，按技術(shù)樂觀情景，廣東到

2030

年用電量最高，達(dá)

503

億度，其次分別是貴州（493

億度）、內(nèi)蒙古（448

億度）、北京（418

億度）、甘肅（409億度）。在技術(shù)保守情景下，智算中心的用電量幾乎翻倍，廣東與貴州都超千億度電。在各省電網(wǎng)碳因子持續(xù)下降的趨勢(shì)下，2030

年，全國智算用電將排放約

2.73-5.89

億噸碳當(dāng)量，相當(dāng)于中國

2023

年

126

億噸碳排放（IEA

統(tǒng)計(jì)口徑下）的2%-5%。中國碳排放正在進(jìn)入達(dá)峰區(qū)間，智算中心將成為新增碳排放的重要來源，亟需用綠色和清潔電力來滿足智算中心的能源需求。中國已強(qiáng)化了對(duì)新建數(shù)據(jù)中心梯次有序布局“東數(shù)西算”的剛性約束，要求國家樞紐節(jié)點(diǎn)新建數(shù)據(jù)中心綠電占比超過

80%，并對(duì)新上項(xiàng)目能效提升、存量項(xiàng)目降碳改造、資源節(jié)約集約利用、高效制冷散熱技術(shù)推廣做了具體規(guī)定。改變能源AI14智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)綠色算力電力區(qū)位條件中國凈零碳電力算力地圖受當(dāng)?shù)財(cái)?shù)字經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)與風(fēng)光資源等限制，各地的智算用電規(guī)模與綠電發(fā)電規(guī)模存在錯(cuò)配。算力、電力、零碳，這三個(gè)目標(biāo)要協(xié)調(diào)發(fā)展，需要盡可能地向本地推理直接提供清潔電力，將訓(xùn)練與時(shí)延不敏感的推理需求，放到綠電豐富的地區(qū)。盡管如此，部分省份仍然存在智算清潔用電量和發(fā)電量的不匹配。長三角和京津冀的綠電用電需求壓力不小，在技術(shù)保守情景下，長三角智算用電量幾乎占去綠電發(fā)電量的一半，京津冀占到三分之一。這也是電動(dòng)汽車與數(shù)字化工業(yè)對(duì)綠電需求迅速攀升的地區(qū)。而云南、新疆、青海綠電規(guī)模預(yù)計(jì)在

2030年將大幅提升，但目前暫無承擔(dān)算力樞紐核心任務(wù)的規(guī)劃。到

2030年，中國至少有

9個(gè)省市，處于清潔電力資源與智能算力經(jīng)濟(jì)相對(duì)匹配的狀態(tài)（右上，第一象限）。其中，內(nèi)蒙古、寧夏、貴州、甘肅等中西部算力樞紐，盡管本地推理需求較低，但承擔(dān)了較重

的“東數(shù)西算”的任務(wù)；四川屬于成渝算力樞紐，即要充當(dāng)國家算力戰(zhàn)略腹地，也要銜接“東數(shù)西算”其他算力樞紐；廣東等東部省份，本地推理需求較高，同時(shí)清潔電力資源豐富（核電及海上風(fēng)電），擁有相對(duì)理想的智能碳三位一體的區(qū)位條件。智能碳區(qū)位條件高10000四川云南新疆內(nèi)蒙古河北廣西山東湖北江蘇甘肅寧夏廣東山西青海河南江西湖南貴州天津綠安徽福建1000吉林陜西遼寧浙江電黑龍江︵億度西藏︶上海北京重慶100海南低10101001000低高智算（億度）來源：未盡研究，環(huán)球零碳說明：對(duì)數(shù)軸。橫軸為

2030年智算用電量；縱軸為

2030年綠電發(fā)電量（不含核電）。改變能源AI15智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)中國凈零碳電力算力地圖綠電優(yōu)勢(shì)明顯的省份（左上，第二象限），部分位于中部地區(qū)，有機(jī)會(huì)向高智算高綠電的第一象限遷移；部分省份如新疆、云南，既可以面向東部地區(qū)供應(yīng)綠電，或在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)智算中心，還可以分別面向中亞、東南亞等地，建設(shè)智能碳的“一帶一路”。新疆當(dāng)前正在高速同步推進(jìn)新能源與智能算力布局，籌建融合算力中心；青海提出綠色算力產(chǎn)業(yè)發(fā)展措施，實(shí)行雙（多）回路供電與綠電溯源服務(wù)，實(shí)現(xiàn)算力產(chǎn)業(yè)

80%以上綠電用能保障。智算與綠電均處于“發(fā)展中狀態(tài)”的省份（左下，第三象限），受限于地理、人口與歷史等因素，往往是社會(huì)經(jīng)濟(jì)總量欠發(fā)展的省份。它們應(yīng)該抓住這一次大模型與

token經(jīng)濟(jì)的機(jī)會(huì)，向高智算或高綠電的象限遷移。浙江、上海、北京與重

慶等智算優(yōu)勢(shì)明顯的省市，智算用電量大但綠電發(fā)電量低（右下，第四象限）。它們需要積極探索在當(dāng)?shù)赝诰蚓G電資源，完善跨省綠電交易機(jī)制。在東部算力樞紐覆蓋

區(qū)域推進(jìn)核能與海上風(fēng)電的綠電直供是現(xiàn)實(shí)可行的方案。中國目前在建的核電機(jī)組數(shù)量排名世界第一，如果核電能夠被認(rèn)證為“綠電”，能極大緩解華東、華南等地智算中心綠電供不應(yīng)求的局面。此外，中國海域面積遼闊

，近

海

5-50米水深范圍內(nèi)，風(fēng)能資源技術(shù)開發(fā)量約

5億千瓦，深遠(yuǎn)海風(fēng)能資源可開發(fā)量是近海的

3-4倍。中國需要就智算中心及所在地的能耗指標(biāo)、能源結(jié)構(gòu)和用電政策等做統(tǒng)籌規(guī)劃，也要兼顧智算中心這一新型重

點(diǎn)用能行業(yè)的用電特征，積極探索提升風(fēng)光等新能源消納比例，跨區(qū)跨省綠電交易機(jī)制，局部輸配電設(shè)施建設(shè)，以及增強(qiáng)電網(wǎng)敏捷調(diào)度能力。與此同時(shí)，隨著中國搭建出算力一體化平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算任務(wù)的跨樞紐調(diào)度，將地理位置分散的算力有效地聚合在一起，有效利用不同地區(qū)間的氣候、環(huán)境差異，提高可再生能源消納率和數(shù)據(jù)處理服務(wù)的質(zhì)量。為此，中國還需要就數(shù)據(jù)中心跨區(qū)域“運(yùn)力”的速度、質(zhì)量、資費(fèi)做統(tǒng)籌規(guī)劃，以及就部分?jǐn)?shù)據(jù)中心集群城市間直連網(wǎng)絡(luò)做個(gè)性化部署。遠(yuǎn)景的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”實(shí)踐遠(yuǎn)景科技集團(tuán)是一家新型能源系統(tǒng)技術(shù)提供商，它所設(shè)烏蘭察布市與遠(yuǎn)景共建的源荷互動(dòng)平臺(tái)，融合市級(jí)碳管計(jì)的能源管理系統(tǒng)，已經(jīng)應(yīng)用于中國的綠色智算中心示理、電力現(xiàn)貨及中長期交易終端，結(jié)合園

區(qū)可視化多場(chǎng)范項(xiàng)目。景展示等功能，最終實(shí)現(xiàn)源荷協(xié)調(diào)管理友好互動(dòng)，并提供端到端的“綠色能源+綠色運(yùn)營”解決方案，支撐零遠(yuǎn)景為烏蘭察布國家級(jí)綠色數(shù)據(jù)中心示范項(xiàng)目提供了關(guān)碳數(shù)據(jù)中心落地與綠色金融創(chuàng)新。鍵解決方案。通過

AI算法與氣候大模型，實(shí)現(xiàn)天氣、發(fā)遠(yuǎn)景解決方案還應(yīng)用于張家口算力集群，這是中國最大電功率、負(fù)荷能力的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。中長期來看，能計(jì)算儲(chǔ)的“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化項(xiàng)目，率先探索實(shí)現(xiàn)綠色算力體系，能的充放電計(jì)劃、風(fēng)光的削減計(jì)劃以及整體的風(fēng)光儲(chǔ)聚項(xiàng)目同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)電、光伏與大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)基地的建設(shè)。遠(yuǎn)合出力曲線。景方案推進(jìn)了“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”一體化模式在數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景遠(yuǎn)景運(yùn)用智能物聯(lián)操作系統(tǒng)

EnOS，以高精度預(yù)測(cè)、多下的應(yīng)用，開發(fā)的新能源資產(chǎn)完全并網(wǎng)后，通過電力市目標(biāo)及多時(shí)間尺度優(yōu)化策略，打通微網(wǎng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)全場(chǎng)化交易打通源網(wǎng)荷儲(chǔ)的落地路徑，確保電量與綠色環(huán)鏈路，覆蓋源網(wǎng)荷儲(chǔ)，基于云邊一體實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接入，境權(quán)益的轉(zhuǎn)移，可再生能源使用比例可達(dá)，實(shí)

現(xiàn)“投100%提供高階應(yīng)用產(chǎn)品套件。產(chǎn)即零碳”效應(yīng)。改變能源AI16智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)第四章：智算加速建立新型電力系統(tǒng)智能算力對(duì)于能源電力系統(tǒng)的影響，不僅表現(xiàn)在它帶來的供應(yīng)總量及地理分布的影響，更為深遠(yuǎn)的是，它將帶來使用能源方式的影響，即它將推動(dòng)和引領(lǐng)建立一個(gè)新型的智能化的能源電力系統(tǒng)，讓算力革命成為能源革命的一部分。中國智能算力與綠色電力之間的供需矛盾，既是空間分布不平衡的矛盾，也是時(shí)間分布不平衡的矛盾。但算力的任務(wù)具備靈活性，可以在不同的數(shù)據(jù)中心和算力集群之間進(jìn)行調(diào)度，跨越不同時(shí)區(qū)，也意味著抹平了綠色電力在時(shí)間分布上的峰谷起伏。從火電時(shí)代到綠電時(shí)代，源隨荷變需要轉(zhuǎn)變?yōu)樵春苫?dòng)。波動(dòng)的源與靈活的荷可能實(shí)現(xiàn)匹配，這就需要調(diào)度智能算力與清潔能源的“智能”體系。除了在一些綠電稟

賦較好的地區(qū)先行之外，全國來看還需要建立起新型的電力系統(tǒng)，包括對(duì)電力市場(chǎng)、電力系統(tǒng)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)碳一體化的配電網(wǎng)，微電網(wǎng)系統(tǒng)的創(chuàng)新與部署。這樣看來，帶來了能源挑戰(zhàn)的人工智能技術(shù)，同時(shí)也是解決這些挑戰(zhàn)的技術(shù)。智算中心實(shí)現(xiàn)碳中和，正在與時(shí)俱進(jìn)，從原先過分依賴各種“抵消”手段，到更加直接消費(fèi)綠電。圍繞智算中心

24/7全天候無碳能源的技術(shù)創(chuàng)新與基礎(chǔ)設(shè)施部署，這一關(guān)鍵實(shí)踐，將為工業(yè)、交通、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的脫碳轉(zhuǎn)型提供先例。24/7

全天候“智”“能”調(diào)度24/7全天候無碳能源(CFE，產(chǎn)生能量的過程中沒有碳原子的參與

)是智算中心綠色化發(fā)展的終極目標(biāo)。但由于光伏、風(fēng)電等新能源存在晝夜、季節(jié)等波動(dòng)，與智算中心對(duì)電力系統(tǒng)“7×24”不間斷穩(wěn)定供應(yīng)，存在時(shí)間分布不平衡的矛盾。因此，它要求將一天中每個(gè)小時(shí)的能源消耗與無碳能源進(jìn)行匹配。這包括對(duì)無碳能源等源的調(diào)度，也包括對(duì)智能算力等荷的調(diào)度。對(duì)源的調(diào)度，首先要實(shí)現(xiàn)綠色電力的直供與跨區(qū)域交易。綠電直供繞過了傳統(tǒng)電網(wǎng)的混合供電，它的碳因子還取決于電網(wǎng)上其他能源的碳排放；經(jīng)由傳統(tǒng)電網(wǎng)的綠電交易，則可以彌補(bǔ)當(dāng)?shù)鼐G電間歇性的波谷。這還需要儲(chǔ)能、配電網(wǎng)、微電網(wǎng)的配套體系。智算中心的荷，具備可靈活調(diào)度的特性。相比工業(yè)與交通等其他綠色電力的新興負(fù)荷部門，它甚至具備在物理空間上長距離調(diào)度的唯一性。這種長距離調(diào)度算力任務(wù)的成本，低于對(duì)能源或電力的調(diào)度。改變能源AI17智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)綠電直供與跨區(qū)域交易智算加速建立新型電力系統(tǒng)零碳電力市場(chǎng)正在從購買綠證向綠電交易轉(zhuǎn)型。通過購買綠證

(REC)

這種可交易的能源市場(chǎng)憑證，聲稱使用了等量電力消耗的綠電，越來越被視為一種初級(jí)的減排方式，在管理不善的情況下，可能成為一種“漂綠”行為

(Greenwash)。而智算中心購買綠電，即與新能源供應(yīng)商直接達(dá)成購電協(xié)議，同意在規(guī)定期限內(nèi)，以確定的價(jià)格直接從新能源場(chǎng)站購買綠電，不僅保證了綠電的實(shí)際使用，還能穩(wěn)定電價(jià)?？萍季揞^已經(jīng)是全球最大的綠電采購方。在中國，阿里巴巴集團(tuán)

2023

年簽署的綠電購買量達(dá)到了

16.1

億度，位居榜首。2024

年，騰訊簽約綠電采購量將超過

13

億度，是2023

年的兩倍；目前綠電占騰訊自有數(shù)據(jù)中心年度用電量的54％。長期購電協(xié)議

(PPA)

將是綠電交易的趨勢(shì)。它有助于鎖定長期綠電供應(yīng)，減少綠電交易價(jià)格波動(dòng)的影響。目前，中國企業(yè)用戶主要通過年度交易、月度交易的方式向新能源企業(yè)購買電力。中國部分地區(qū)也已經(jīng)開展了一定程度的可再生能源市場(chǎng)化交易的試點(diǎn)，在促進(jìn)本地消納的同時(shí)，降低了用戶采購電力的成本。然而，中國可再生能源分布不均衡，綠電供應(yīng)與消納不匹配問題凸顯，跨省電力交易將是東部算力樞紐解決綠電缺口的重要一環(huán)。目前，受制于電網(wǎng)輸送通道、輸送能力和交易流程等因素，中國綠電交易采用“省間與省內(nèi)強(qiáng)耦合、批發(fā)與零售緊連接”的交易模式，跨省電力交易面臨壁壘。據(jù)中電聯(lián)統(tǒng)計(jì)，目前中國綠電省內(nèi)交易量（537.7

億千瓦）占全國電力市場(chǎng)交易總電量（5.67

萬億千瓦時(shí)）不足

1%，中國的

PPA

市場(chǎng)亟待建立。源網(wǎng)荷儲(chǔ)碳一體的配電網(wǎng)與微電網(wǎng)智算中心的運(yùn)行通常持續(xù)且集中，造成電網(wǎng)負(fù)荷的尖峰，需要更精細(xì)的負(fù)荷管理和調(diào)度策略以平衡供需。智算中心建筑面積大，為建設(shè)分布式光伏提供條件，太陽能

+

儲(chǔ)能成為源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化的最優(yōu)解。在智算中心安裝分布式可再生能源后，還可以通過微電網(wǎng)來協(xié)調(diào)可再生能源發(fā)電?；跀?shù)字化和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的微電網(wǎng)，是實(shí)現(xiàn)

24/7

全天候無碳能源的另一重要發(fā)配電系統(tǒng)。在應(yīng)用于智算中心時(shí)，微電網(wǎng)能夠整合冷熱電聯(lián)產(chǎn)、新能源、燃料電池和儲(chǔ)能，具備孤網(wǎng)運(yùn)行能力，在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，能夠保證供電安全；同時(shí)，更具備日常輸送電能的能力，在與市電電源并網(wǎng)運(yùn)行的情況下，為智算中心供電，最大化的消納新能源。在加拿大蒙特利爾，已經(jīng)有一些智算中心通過微電網(wǎng)完全依靠水力發(fā)電。中國張北云計(jì)算基地綠色智算中心也計(jì)劃建立

2

個(gè)微電網(wǎng)。此外，積極開發(fā)下一代能源技術(shù)，也能彌補(bǔ)風(fēng)光等當(dāng)前主流綠電來源的不足。地?zé)崮?、長時(shí)儲(chǔ)能、小型模塊化核反應(yīng)堆以及核聚變，都是科技巨頭正在加速投入的重要領(lǐng)域。與數(shù)據(jù)中心熱聯(lián)動(dòng)也是對(duì)減排有益的補(bǔ)充。改變能源AI18智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)智算加速建立新型電力系統(tǒng)谷歌努力實(shí)現(xiàn)

24/7

無碳能源谷歌承諾到

2030年，其全球所有智算中心和園

區(qū)將實(shí)現(xiàn)

24/7無碳能源運(yùn)營，并通過這幾項(xiàng)主要舉措來實(shí)現(xiàn)：購買無碳能源、優(yōu)化能源數(shù)據(jù)和使用，開發(fā)下一代能源技術(shù)以及微電網(wǎng)。2010年，谷歌簽署了第一份企業(yè)購電協(xié)議

(PPA)，直接從愛荷華州購買了114兆瓦的風(fēng)電。2023年，谷歌購買了

4吉瓦清潔電力，比任何一年都多，累計(jì)達(dá)到了

14吉瓦，實(shí)現(xiàn)了所有數(shù)據(jù)中心（包括由第三方運(yùn)營的）約

64%的全天候無碳能源。為了跟蹤清潔能源數(shù)據(jù)，2023年，谷歌參與發(fā)起了“粒度證書交易聯(lián)盟”（GranularCerti?cateTradingAlliance），致力于建立一個(gè)小時(shí)證書市場(chǎng)，以每小時(shí)能源匹配的方式，主張?jiān)跁r(shí)間和地點(diǎn)上將其數(shù)據(jù)中心電力消費(fèi)與清潔能源發(fā)電量相匹配。谷歌的碳智能計(jì)算平臺(tái)可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐臒o碳能源可用性，優(yōu)化計(jì)算任務(wù)的時(shí)間和位置，進(jìn)而將智算中心的部分計(jì)算任務(wù)轉(zhuǎn)移到當(dāng)?shù)靥柲芎惋L(fēng)能最充足的時(shí)間段。即使如此，谷歌去年的數(shù)據(jù)中心的碳排放量仍然同比增加了

13%。這主要是它在采購清潔能源方面存在重

大的區(qū)域性挑戰(zhàn)。這也進(jìn)一步說明綠色智算需要整個(gè)電力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型。虛擬電廠在可再生能源為主的電力系統(tǒng)中，計(jì)算是一種靈活的負(fù)荷，可以尋找到在空間上和時(shí)間上合適的綠電，“荷源互動(dòng)”，讓算力參與需求響應(yīng)，發(fā)揮出類似儲(chǔ)能的調(diào)節(jié)功能。服務(wù)器、CPU、GPU、硬盤等硬件資源都具備不同程度的響應(yīng)潛力。鑒于數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本的六成以上在電費(fèi)，在適當(dāng)價(jià)格機(jī)制的驅(qū)動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心將有動(dòng)力進(jìn)行計(jì)算任務(wù)的伸縮、平移，減少用電成本，進(jìn)而為系統(tǒng)提供靈活性。在這樣的一個(gè)機(jī)制上，可以設(shè)計(jì)出智算與綠電的商業(yè)模式，就能提出以市場(chǎng)為導(dǎo)向的激勵(lì)機(jī)制，其中包含本地激勵(lì)機(jī)制、全局激勵(lì)機(jī)制和服務(wù)器共享激勵(lì)機(jī)制等，鼓勵(lì)用戶釋放資源參與可再生能源的消納。這樣對(duì)于綠電來說是降低了系統(tǒng)成本，而對(duì)于數(shù)據(jù)中心來說，可以通過參與服務(wù)減低綠電成本。未來的電力系統(tǒng)，將在很大程度上表現(xiàn)為虛擬電廠，進(jìn)行源網(wǎng)荷儲(chǔ)碳的協(xié)同優(yōu)化，而電力的商業(yè)模式將是建立在智能系統(tǒng)之上的能源服務(wù)（EaaS）。AI將日益集成到新型電力系統(tǒng)中，在功率預(yù)測(cè)、電網(wǎng)管理、效率優(yōu)化、現(xiàn)貨市場(chǎng)交易中發(fā)揮核心作用。改變能源AI19智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)智算加速建立新型電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)中的智能體算力對(duì)于電力并非單向性索取。智算中心面臨電力需求的“不可能三角”：穩(wěn)定電力供應(yīng)，控制電力成本，減少碳足跡，可以通過

AI模型，以及基于大模型的智能體來優(yōu)化和解決。惠普實(shí)驗(yàn)室的研究人員，提出了一個(gè)建立在多智能體的強(qiáng)化學(xué)習(xí)（MARL）框架之上數(shù)據(jù)中心減碳模型（DC-CFR）。他們把問題部分解耦為子問題，每個(gè)子問題使用一個(gè)獨(dú)立的馬爾可夫決策過程（MDP）進(jìn)行求解，這是強(qiáng)化學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)框架；它們對(duì)應(yīng)著三個(gè)智能體，HVAC冷卻，靈活的負(fù)載轉(zhuǎn)移，儲(chǔ)能優(yōu)化。這三個(gè)智能體接入

OpenAI的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，集成了數(shù)據(jù)中心的模擬環(huán)境與強(qiáng)化學(xué)習(xí)，可以進(jìn)行訓(xùn)練和優(yōu)化。該解決方案激勵(lì)智能體降低能源消耗、碳足跡和能源成本。在協(xié)作多智能體環(huán)境中，把獎(jiǎng)勵(lì)和重

疊的狀態(tài)變量結(jié)合起來，解決了智能體之間的依賴關(guān)系；設(shè)定間隔為

15分鐘的實(shí)時(shí)操作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的精確控制，并快速響應(yīng)數(shù)據(jù)中心環(huán)境的變化。三個(gè)不同地點(diǎn)的天氣和碳強(qiáng)度數(shù)據(jù)：亞利桑那、紐約和華盛頓，對(duì)應(yīng)了不同的氣候特點(diǎn)，從炎熱干燥到寒冷潮濕；也包括了能源成本隨小時(shí)變化的因素。研究人員用這個(gè)模型評(píng)估了一年，DC-CFR顯著優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的

ASHRAE控制器，減少了

14.5%的碳排放、14.4%的能耗和

13.7%的能源成本。破解數(shù)據(jù)中心“不可能三角”供暖、通風(fēng)、空調(diào)天氣強(qiáng)度（HVAC）冷卻IT負(fù)荷轉(zhuǎn)移靈活負(fù)荷能源存儲(chǔ)電網(wǎng)碳強(qiáng)度電網(wǎng)碳強(qiáng)度轉(zhuǎn)移器優(yōu)化器儲(chǔ)能節(jié)省來源：惠普實(shí)驗(yàn)室，未盡研究，環(huán)球零碳改變能源AI20智算如何引領(lǐng)新型電力系統(tǒng)結(jié)論：讓智算率先實(shí)現(xiàn)凈零碳電力計(jì)算和能源效率的提升，以及與算力和電力需求的增長，兩者并存是一個(gè)長期趨勢(shì)，也將是數(shù)字與智能經(jīng)濟(jì)的一個(gè)基本特征。智能算力的發(fā)展，將在短期內(nèi)給控制碳排放和電力系統(tǒng)帶來壓力，但從長期來看，將會(huì)加快新型電力系統(tǒng)的建立。應(yīng)對(duì)“無限增長”的算力需求和電力需求，長期只能以依靠“無限供應(yīng)”的可再生能源及其他清潔電力技術(shù)。這樣一個(gè)綠電比重

日益增長直至占據(jù)主導(dǎo)地位的電力系統(tǒng)，將是分散分布的、多能異構(gòu)互補(bǔ)的、源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化