2024年人工智能快速發(fā)展背景下算力電力協(xié)同發(fā)展的思考報(bào)告-國家電網(wǎng)

CHINESESOCIETYFOREL人工智能快速發(fā)展背景下算力電力協(xié)同發(fā)展的思考岳昊教授級高工國網(wǎng)冀北電力高級專家2024年12月電力系統(tǒng)專委會(huì)與電力信息化專委會(huì)國網(wǎng)冀北電力有限公司國網(wǎng)冀北電力有限公司人工智能快速發(fā)展背景下算力的發(fā)展趨勢國網(wǎng)冀北電力有限公司高級專家畢業(yè)于華北電力大學(xué)，博士、教授級高級工程師。現(xiàn)就職于國網(wǎng)冀北電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，五級職員、公司高級專家、華北電力大學(xué)碩士生導(dǎo)師，擔(dān)任中國可再生能源學(xué)會(huì)可再生能源發(fā)電并網(wǎng)專委會(huì)、北京電機(jī)工程學(xué)會(huì)電力市場專委會(huì)委員、《中國電力》青年編委。主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、能源經(jīng)濟(jì)等方面工作。曾在國家能源局能算力電力協(xié)同發(fā)展的有關(guān)思考和探索實(shí)踐主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、能源經(jīng)濟(jì)等方面工作。曾在國家能源局能源發(fā)展戰(zhàn)略起草組、能源形勢監(jiān)測分析專班工作，主持多項(xiàng)國家能源局能源規(guī)劃研究課題，參與起草2024年國新辦《中國的能源轉(zhuǎn)型》白皮書。2國網(wǎng)冀北電力有限公司國網(wǎng)冀北電力有限公司黨的十八大以來，黨中央準(zhǔn)確把握時(shí)代大勢，緊抓科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略機(jī)遇，作出一系列促進(jìn)人工智能發(fā)展的重要部署。習(xí)近平總書記在十九屆中央政治局第九次集體學(xué)習(xí)會(huì)上強(qiáng)調(diào)：加快發(fā)展新一代人工智能是我們贏得全球科技競爭主動(dòng)權(quán)的重要戰(zhàn)略抓手。高度重視人工智能發(fā)展2024年1月2024年1月國務(wù)院新聞辦發(fā)布會(huì)興產(chǎn)業(yè)“百項(xiàng)工程”,建設(shè)一"人工智能Al+"等專項(xiàng)行動(dòng)。2024年2月2024年2月領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更好發(fā)展、發(fā)揮更大作用。工作中統(tǒng)籌謀劃，深入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)煥新，加快布局和發(fā)展人工智能產(chǎn)業(yè)。新技術(shù)不斷突破、新業(yè)態(tài)特續(xù)涌現(xiàn)、新應(yīng)用加快拓展2024年3月2024年3月2024年7月2024年7月智能(Al)等研發(fā)應(yīng)用，開展"人工智能+"行動(dòng)，打造具有國際競爭力的數(shù)字產(chǎn)業(yè)集群。工智能等戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和治理體系，加強(qiáng)綠色發(fā)展、數(shù)字經(jīng)濟(jì)、理機(jī)制。一、人工智能快速發(fā)展下算力的發(fā)展趨勢國網(wǎng)冀北電力有限公司人工智能正在從弱人工智能向強(qiáng)人工智能跨越式發(fā)展人工智能正在從弱人工智能向強(qiáng)人工智能跨越式發(fā)展弱人工智能僅依賴于單一感官或數(shù)據(jù)類型進(jìn)行處理和理解。學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的條件概率分布再對新的場景進(jìn)行判斷、分析和預(yù)測?！瘛褡灾鲃?chuàng)新●自動(dòng)決策●自主行為強(qiáng)人工智能具備更高層次的抽象和認(rèn)知能力，實(shí)現(xiàn)多層次、跨模態(tài)信息的對齊感知和自動(dòng)轉(zhuǎn)換能力?？梢詫W(xué)習(xí)輸入數(shù)據(jù)的概率分布，并生成新的數(shù)據(jù)樣本具備更高層次的抽象和認(rèn)知能力。缺乏靈活性和適應(yīng)性，處理問題時(shí)機(jī)械執(zhí)行，難以應(yīng)對復(fù)雜情況，可解釋性較差，易出現(xiàn)幻覺現(xiàn)象。存在對模型的魯棒性和解釋性要求高、數(shù)據(jù)采集費(fèi)時(shí)且成本高等問題。通過使用思維鏈，能夠?qū)?fù)雜問題分解為更簡單的步驟，顯著提升復(fù)雜邏輯推理能力?！駲C(jī)理-數(shù)據(jù)-知識(shí)融合驅(qū)動(dòng)將科學(xué)機(jī)理、知識(shí)注入模型構(gòu)建，降低大數(shù)據(jù)和大算力依賴，提升模型精度和魯棒性。能舉一反三、融會(huì)貫通，可處理視覺、聽覺、判斷、推理、學(xué)能舉一反三、融會(huì)貫通，可處理視覺、聽覺、判斷、推理、學(xué)習(xí)、思考、規(guī)劃、設(shè)計(jì)等各類問題。STATRGRIDJTBK1HECTRICrowE算力是驅(qū)動(dòng)人工智能發(fā)展的核心動(dòng)力和基礎(chǔ)設(shè)施算力是驅(qū)動(dòng)人工智能發(fā)展的核心動(dòng)力和基礎(chǔ)設(shè)施倍和3倍。算力算力智能算力基礎(chǔ)超算算力以CPU芯片輸出的計(jì)算能力為主Al芯片等加速芯片輸出的人工智以超級計(jì)算機(jī)輸出的計(jì)算能力為主能計(jì)算能力為主推出時(shí)間2018年GPT-11.17億5GB2019年15億2020年1.8萬億資料來源：工行投行研究中心5數(shù)據(jù)中心是規(guī)?；懔Φ妮d體數(shù)據(jù)中心是規(guī)模化算力的載體2023年我國算力結(jié)構(gòu)2023年我國算力結(jié)構(gòu)超算算力智能算力基礎(chǔ)算力智能算力基礎(chǔ)算力00020192020202120226數(shù)據(jù)中心布局呈“由東向西”轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，京津數(shù)據(jù)中心布局呈“由東向西”轉(zhuǎn)移特點(diǎn)，京津冀算力規(guī)模全國居前列京津冀算力樞紐節(jié)點(diǎn)算力規(guī)模河北省“東數(shù)西算”八個(gè)樞紐節(jié)點(diǎn)及十個(gè)數(shù)據(jù)中心集群7冀北地區(qū)數(shù)據(jù)中心發(fā)展歷經(jīng)"三大"階段冀北地區(qū)數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)“三大階段”,呈現(xiàn)跨越式發(fā)展。2013年至2018年底為數(shù)據(jù)中心發(fā)展“探索起步數(shù)據(jù)中心數(shù)量(戶)2019年1月2022年2月0算力的高碳排放特性和低綠電使用率的矛盾算力的高碳排放特性和低綠電使用率的矛盾算力的高耗能特性和低用能效率的矛盾算力區(qū)域集聚性和算力對高供電可靠性的要求和新能源發(fā)電波動(dòng)性的矛盾國家電網(wǎng)(一)算力的高耗能特性和低用能效率的矛盾(一)算力的高耗能特性和低用能效率的矛盾算力崛起催生旺盛電力需求，數(shù)據(jù)中心高能耗特性日益凸顯算力崛起催生旺盛電力需求，數(shù)據(jù)中心高能耗特性日益凸顯顯增加。人工智能的規(guī)?；瘧?yīng)用推動(dòng)了數(shù)據(jù)中心電力需求井噴式增長，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%。430個(gè)家庭一整年生活用電量430個(gè)家庭一整年生活用電量2018201920202021全國數(shù)據(jù)中心用電量占全社會(huì)用電量比重國家電網(wǎng)算力崛起催生旺盛電力需求，數(shù)據(jù)中心高能耗特性日益凸顯算力崛起催生旺盛電力需求，數(shù)據(jù)中心高能耗特性日益凸顯從2019年的6.8%增長至2023年的20.1%,廊坊數(shù)據(jù)中心用電量比重從2019年的5.9%增長至2023年的14.3%,分上升。截至2024年三季度，冀北地區(qū)數(shù)據(jù)中心報(bào)裝容量同比增長38.17%,自2019年進(jìn)入“快速增長期”以來20192張家口數(shù)據(jù)中心用電量占全社會(huì)用電量比重冀北地區(qū)數(shù)據(jù)中心報(bào)裝容量變化(一)算力的高耗能特性和低用能效率的矛盾(一)算力的高耗能特性和低用能效率的矛盾國網(wǎng)冀北電力有限公司人工智能將逐漸步入規(guī)?；瘧?yīng)用階段，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心用電需求持續(xù)攀升人工智能將逐漸步入規(guī)?；瘧?yīng)用階段，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心用電需求持續(xù)攀升人工智能大模型將從訓(xùn)練階段步入應(yīng)用推理階段，其推理算力需求會(huì)顯著高于訓(xùn)練算力。在A100等高性能芯片禁運(yùn)背景下，我國數(shù)據(jù)中心建設(shè)面臨“疊加數(shù)量換性能”處境，智能算力的用電量將會(huì)進(jìn)一步提升。按照我國對于2025年中國算力總規(guī)模將超過300EFlops、智能算力占比達(dá)到35%的發(fā)展目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到2053億~2412億千瓦時(shí)，用電量年均增速約18.0%~27.9%,占全社會(huì)總用電量比重將提升至2.0%~2.3%全國數(shù)據(jù)中心用電量占全社會(huì)用電量比重全國數(shù)據(jù)中心用電量占全社會(huì)用電量比重的指題見3,"大型，■大型數(shù)2021.工償新型教中心發(fā)服三平行計(jì)(2021-202301,保出"大型及以上2022年，上?！蛾P(guān)于推調(diào)本市數(shù)據(jù)中心序發(fā)解的實(shí)世，區(qū)新課大中心綜曲風(fēng)E降125左石主要目標(biāo)到2025年實(shí)現(xiàn)算力規(guī)模超過300EFLOPS計(jì)算力智能算力占比達(dá)到35%東西部算力平衡協(xié)調(diào)發(fā)展1年份資料來源：中華人民共和國工業(yè)和信息化部《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》1年份資料來源：中華人民共和國工業(yè)和信息化部《算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》數(shù)據(jù)中心PUE政策要求演變數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率(PUE)不斷下降，但與政策要求還有差距來源：中國信息通信研究院、內(nèi)蒙古和林格爾新區(qū)國家電網(wǎng)(一)算力的高耗能特性和低用能效率的矛盾(一)算力的高耗能特性和低用能效率的矛盾STATRGRIDJIBKIERCTRICroWERCOMPANYLMITED電能利用效率呈季節(jié)性波動(dòng)電能利用效率呈季節(jié)性波動(dòng)接影響能耗利用效率。能利用效率優(yōu)于夏季。12月12月2月8月國網(wǎng)冀北電力有限公司國網(wǎng)冀北電力有限公司數(shù)據(jù)中心高能耗帶來高碳排放數(shù)據(jù)中心高能耗帶來高碳排放●當(dāng)前我國發(fā)電量結(jié)構(gòu)仍以煤為主(占比66%),2023年數(shù)據(jù)中心的間接碳排放達(dá)1446萬噸。●除了向電網(wǎng)采購電力所帶來的間接碳排放以外，數(shù)據(jù)中心運(yùn)行過程中的溫室氣體排放來源還包括備用柴油發(fā)電、制冷劑溢散等環(huán)節(jié)。電力生產(chǎn)算力生產(chǎn)寧夏其它浙江3%江蘇4%北京分布式可再生能源分布式可再生能源(產(chǎn)品用放網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備配電系統(tǒng)制冷系統(tǒng)照明及其他備用柴油發(fā)電機(jī)配電系統(tǒng)制冷系統(tǒng)照明及其他備用柴油發(fā)電機(jī)余熱()溫室氣體：余熱()溫室氣體：設(shè)備等制造和運(yùn)輸過程排放(隱含碳)數(shù)據(jù)中心建設(shè)和建材制造、運(yùn)輸過程排放(隱含碳)電力流 設(shè)備等制造和運(yùn)輸過程排放(隱含碳)數(shù)據(jù)中心建設(shè)和建材制造、運(yùn)輸過程排放(隱含碳)電力流 磁排放>熱力流2023年國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)各省數(shù)據(jù)中心碳排放量及占比算力生產(chǎn)流程圖及碳排放來源注：采用2023年互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)業(yè)用電量和2022年各省電力碳排放因子估算來源：劉雨菁，李威，劉子屹，王萌，王廣煦等.解耦算力發(fā)展與碳排放-數(shù)據(jù)中心用能增長的挑戰(zhàn)與解決路徑，STATKRID.i科KCTRic高能耗用能特性下，算力行業(yè)的快速發(fā)展帶來了碳排放量增長壓力，國家層面已經(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、高污染行業(yè)一同納入重點(diǎn)推進(jìn)節(jié)能降碳的領(lǐng)域。增加綠電使用是解決算力高能耗需求下兼顧節(jié)能減排的重要手段。2024年7月加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案(2024年2027年)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)施意見加強(qiáng)全鏈條節(jié)能管理，提升能源利用效率和可再生2023年10月算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃2021年12月十四五數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃2021年10月關(guān)于嚴(yán)格能效約束推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能降碳的若干意見新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心電能利用效率不超過1.3:到2025年，數(shù)據(jù)中心電能利用效率普遍不超過12021年5月體系算力樞紐實(shí)施方案冷、機(jī)柜模塊化、余熱回收利用等節(jié)能技術(shù)模式，鼓勵(lì)選用動(dòng)力電池提及產(chǎn)品作為儲(chǔ)能和備用電源。知名互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心企業(yè)積極制定碳減排目標(biāo)知名互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心企業(yè)積極制定碳減排目標(biāo)●數(shù)據(jù)中心企業(yè)制定碳減排目標(biāo)。以谷歌、微軟為代表的全球互聯(lián)網(wǎng)公司提出碳中和時(shí)間表，中國數(shù)據(jù)中心企業(yè)中，已有至少12家提出了碳中和目標(biāo)，其中，騰訊和阿里巴巴云計(jì)算業(yè)務(wù)率先宣布將不晚于2030年實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)營及價(jià)值鏈碳中和?！馪PA是滿足數(shù)據(jù)中心綠電需求的重要形式。2023年，全球共有200多家企業(yè)與150多家項(xiàng)目開發(fā)商簽署宣布購買了PPA,總量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的46GW,其中亞馬遜居首，在16個(gè)不同市場宣布了74筆單獨(dú)的PPA,總購電量達(dá)到8.8GW,超過亞馬遜臉書谷歌法國液化空氣集團(tuán)微軟數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商秦淮數(shù)據(jù)萬國數(shù)據(jù)中國移動(dòng)到2050年，運(yùn)營范圍溫室氣體排放量較2022年下降到2030年實(shí)現(xiàn)碳中和及100%使用可再生能源2030年集團(tuán)國內(nèi)新一代超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心將100X采用可再生能源，到2040年全球自有數(shù)據(jù)中心算力園區(qū)100%使用綠色能源2030年數(shù)據(jù)中心的平均PUE達(dá)到1.2光伏2023年全球運(yùn)營所使用的電能實(shí)現(xiàn)100%可再生能源亞馬遜匹配，2040年實(shí)現(xiàn)凈零碳排放2023年全球數(shù)據(jù)中心所使用電能實(shí)現(xiàn)100%可再生能源匹配2023年全球運(yùn)營所使用的電能實(shí)現(xiàn)100%可再生能源云服務(wù)提供商谷歌2017年全球運(yùn)營實(shí)現(xiàn)100%可再生能源2030年所有數(shù)據(jù)中心和辦公園區(qū)采用全天候零碳能源運(yùn)營微軟2025年實(shí)現(xiàn)100%可再生能源，2030年實(shí)現(xiàn)碳阿里巴巴2030年前實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)營碳中和保持自有數(shù)據(jù)中心年均PUE不超過1.3國電信運(yùn)營商orange|騰訊2030年前實(shí)現(xiàn)100%綠色電力自建數(shù)據(jù)中心平均PUE不超過1.35數(shù)據(jù)來源：各公司官網(wǎng)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，其中318家已入市，共有105家參與綠電交易，合計(jì)36.38億千瓦時(shí)，36家購買綠色證書，合計(jì)15.34萬張(折合1.5億千瓦時(shí)),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%。冀北張家口、廊坊積極推動(dòng)綠電支撐算力可持續(xù)發(fā)展，截至2024年三季度，兩地?cái)?shù)據(jù)中心張家口綠電占比廊坊綠電占比500冀北遼寧江蘇浙江北京安徽上海青海福建陜西重慶新疆天津甘肅吉林河北各省數(shù)據(jù)中心2023年綠色電力消費(fèi)情況冀北地區(qū)數(shù)據(jù)中心2024年前三季度綠電占比國網(wǎng)冀北電力有限公司當(dāng)前我國仍處于綠電交易市場建設(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)中心綠電供供給不足。我國電力市場、碳市場建設(shè)相對獨(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)水平相對落后，采購目前可行性未來可行性交易一，更能體現(xiàn)能量流與省內(nèi)供需影響將成為最主要的方式綠色價(jià)值流的統(tǒng)一分布式電站建設(shè)難度小，經(jīng)濟(jì)性好受數(shù)據(jù)中心屋頂?shù)荣Y源限制，規(guī)可與市場化采購互促進(jìn)新能源規(guī)模化增長投資大，受到資源和用地限制隨著東數(shù)西算的推進(jìn)，西部地區(qū)數(shù)據(jù)中心可利用當(dāng)?shù)仫L(fēng)光資源建設(shè)集中電站綠證交易未實(shí)現(xiàn)證電合一，對于促進(jìn)新能源消納效果較間接，國際認(rèn)可度待提升隨著平價(jià)項(xiàng)目規(guī)模增長，平價(jià)綠錄證供給也將大幅增加隨著電力系統(tǒng)靈活性資源需求增高，受政策影響大步普及當(dāng)前，“東數(shù)西算”八大樞紐節(jié)點(diǎn)算力規(guī)模占比約71.5%,新建數(shù)據(jù)中心90%是大型及以上規(guī)模。冀北地區(qū)10萬干伏安以上的大容量數(shù)據(jù)中心規(guī)模不斷增長，2023年上半年占比提升14.97個(gè)百分點(diǎn)，數(shù)據(jù)中心規(guī)?；^(qū)域集聚化趨勢明顯。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)中八大樞紐節(jié)點(diǎn)算力規(guī)模占比新建大型及以上規(guī)八大樞紐節(jié)點(diǎn)算力規(guī)模占比截止2023年6月截止2022年6月截止2024年6月截止2024年6月截止2022年6月截止2023年6月截止2024年6月截止2022年6月國家電網(wǎng)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。隨著數(shù)據(jù)中心的密集并網(wǎng)和規(guī)?；酆?，將導(dǎo)致電網(wǎng)接入資源緊張，接入電壓等級有抬升趨勢，屬地電網(wǎng)的規(guī)劃難度進(jìn)一步增加。騰訊長三角人工智能智算中心，長三角最大、全國前三的人工智能超算樞紐，規(guī)劃機(jī)柜總數(shù)3.6萬個(gè)，可接入超過100家人工智能企業(yè)，總?cè)萘繛?0萬千伏安，創(chuàng)上海數(shù)據(jù)中心用電容量之最，兩座220干伏變電站作為電源、三路220干伏進(jìn)線供電，采用全容量備用方式，是上海地區(qū)首個(gè)由三條220千伏線路供電的電力用戶。圖來源：宋毅國網(wǎng)經(jīng)研院智算背景下數(shù)據(jù)中心發(fā)展及電力保供的思考國家電網(wǎng)(三)算力區(qū)域集聚性和電力負(fù)荷達(dá)產(chǎn)周期長的矛盾(三)算力區(qū)域集聚性和電力負(fù)荷達(dá)產(chǎn)周期長的矛盾數(shù)據(jù)中心并網(wǎng)初期上架率較低、成長周期較長數(shù)據(jù)中心通常初期上架率相對較低，負(fù)荷成長至預(yù)期的時(shí)間周期，一般在3~5年左右。通過調(diào)研，冀北地區(qū)數(shù)據(jù)中心上架率不足60%,與國家要求不低于65%的規(guī)劃要求仍有差距。三大運(yùn)營商和國家部委大數(shù)據(jù)增長速度較快，企業(yè)自用和企業(yè)租賃增長速度略慢。●企業(yè)自用型數(shù)據(jù)中業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)模有著直接關(guān)系，其用電負(fù)荷發(fā)展同●企業(yè)自用型數(shù)據(jù)中業(yè)業(yè)務(wù)規(guī)模有著直接關(guān)系，其用電負(fù)荷發(fā)展同步相對較快，此類數(shù)據(jù)中心負(fù)荷發(fā)展周期大概3-4年左右●獨(dú)立第三方大多為外租型數(shù)據(jù)中心，其負(fù)荷發(fā)展水平受市場環(huán)境、服務(wù)客戶體量、企業(yè)經(jīng)營情況影響較大。在通算市場趨于飽和的形勢下，負(fù)荷成長周期較長■投運(yùn)第1年■投運(yùn)第2年投運(yùn)第3年●三大運(yùn)營商的聯(lián)通云、中國移動(dòng)的數(shù)據(jù)中心因其職能劃分以及業(yè)務(wù)配■投運(yùn)第1年■投運(yùn)第2年投運(yùn)第3年張家口數(shù)據(jù)中心集群的電力負(fù)荷達(dá)產(chǎn)周期國家電網(wǎng)國網(wǎng)冀北電力有限公司數(shù)據(jù)中心供電可靠率要求高，均采用雙電源或多回路供電，要求變壓器全容量備供，滿足A+級誰中心設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。冀北調(diào)研31家數(shù)據(jù)中心2023年供電設(shè)備平均利用僅為18.5%,中小型數(shù)據(jù)中心與超大型、大型數(shù)據(jù)中心存在較大差距。40萬千瓦10萬個(gè)以上100%的用戶按雙電源或多電源接入、請電力報(bào)裝超大型大型中小型超大型國家電網(wǎng)STATRGRIDJTBK1HECTRICrowE近年來，夏季降溫負(fù)荷占比不斷提升，成為拉動(dòng)電力尖峰負(fù)荷增長的重要因素，部分省份夏季降溫負(fù)荷占最高用電負(fù)荷比重達(dá)40%~50%。數(shù)據(jù)中心降溫需求旺盛，制冷系統(tǒng)的能耗占比為30%~40%,負(fù)荷呈現(xiàn)一定的晝夜、季節(jié)特性。從年負(fù)荷特性來看，高峰出現(xiàn)在夏季，低谷出現(xiàn)在冬季，以冀北數(shù)據(jù)中心集群為例，夏季最大負(fù)荷較冬季高18.9%。I曲2022-2024年前三季度張家口數(shù)據(jù)中心集群年負(fù)荷曲22年1-9月23年1-9月24年1-9月2022-2024前三季度年張家口數(shù)據(jù)中心集群最大負(fù)荷增長線國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷呈現(xiàn)晝夜、季節(jié)周期特性數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷呈現(xiàn)晝夜、季節(jié)周期特性■2024年1-9月■2023年1-9月■2022年1-9月張家口數(shù)據(jù)中心集群日負(fù)荷曲線國網(wǎng)冀北電力有限公司智能算力數(shù)據(jù)中心具有單地點(diǎn)、全時(shí)段、大功率的用電特點(diǎn)，對電力供應(yīng)穩(wěn)定性要求更高智能算力數(shù)據(jù)中心具有單地點(diǎn)、全時(shí)段、大功率的用電特點(diǎn)，對電力供應(yīng)穩(wěn)定性要求更高定性的要求。轉(zhuǎn)移前江設(shè)施能耗0資料來源：《“東數(shù)西算”背景下大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)對電網(wǎng)規(guī)劃的影響研究》盧子敬等2022年轉(zhuǎn)格前數(shù)據(jù)中心負(fù)荷功率轉(zhuǎn)移后數(shù)據(jù)中心負(fù)荷功率數(shù)據(jù)中心不同工作負(fù)載通常會(huì)隨機(jī)達(dá)到峰值，據(jù)統(tǒng)計(jì)，所有這些峰值同時(shí)出現(xiàn)的概率極低。因此，如果將所有單個(gè)工作負(fù)載的峰值相加，除以總平均功耗，典型的大型數(shù)據(jù)中心的峰均比會(huì)達(dá)到1.5到2.0或更高。這就是統(tǒng)的原因。但正如"人工智能屬性與趨勢"部分所述，人工作負(fù)載可以在峰值功率下運(yùn)行數(shù)小時(shí)、數(shù)天甚至數(shù)周。其結(jié)果是增加了上游大型斷路器脫扣的可能性，這就像家中許多大負(fù)載同時(shí)運(yùn)行時(shí)，主面板上的斷路器脫扣一樣。圖3顯示了當(dāng)數(shù)據(jù)中心的負(fù)載轉(zhuǎn)為100%人工智能負(fù)載時(shí)，峰均比(也稱為差異系數(shù))的50%人工智能工作負(fù)載資料來源：施耐德，華泰研究國家電網(wǎng)國網(wǎng)冀北電力有限公司數(shù)據(jù)中心對電力供應(yīng)的穩(wěn)定性與新能源發(fā)電的波動(dòng)性存在結(jié)構(gòu)性矛盾數(shù)據(jù)中心對電力供應(yīng)的穩(wěn)定性與新能源發(fā)電的波動(dòng)性存在結(jié)構(gòu)性矛盾過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。晚高峰時(shí)段新能源支撐不足2022年6月25日冀北電網(wǎng)新能源出力0功率(兆瓦)0萬千瓦一負(fù)荷一光伏萬千瓦08國網(wǎng)冀北電力有限公司STATKGRIDJiLECTRICrowsRCO國網(wǎng)冀北電力有限公司STATKGRIDJiLECTRICrowsRCO內(nèi)蒙古張承地區(qū)形成大容量新能源張承地區(qū)形成大容量新能源基在運(yùn)數(shù)據(jù)中心站基直口中★直口中★北京在迷數(shù)據(jù)中心站東部負(fù)荷中心在道數(shù)據(jù)中心站縱”500千伏冀北電網(wǎng)主網(wǎng)架示意圖京津冀樞紐節(jié)點(diǎn)張家口數(shù)據(jù)中心集群算力的高耗能特性和低用能效率的矛盾算力對高供電可靠性的要求和新能源發(fā)電波動(dòng)性的矛盾算力的高碳排放特性和低綠電使用率的矛盾算力電力規(guī)劃協(xié)同算力電力建設(shè)協(xié)同算力電力調(diào)度協(xié)同算力電力市場協(xié)同國網(wǎng)冀北電力有限公司國網(wǎng)冀北電力有限公司加強(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，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)測準(zhǔn)確性，項(xiàng)目規(guī)劃階段，提前對接用電需求，開展電網(wǎng)現(xiàn)狀診斷和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)中心報(bào)裝容量負(fù)荷預(yù)測分別收集在運(yùn)、在建和對象等數(shù)據(jù)。負(fù)荷成長周期各異。行測算。做好數(shù)據(jù)中心用電負(fù)荷精準(zhǔn)識(shí)別監(jiān)測面向企業(yè)自用能建議、算力優(yōu)化業(yè)務(wù)賦能業(yè)務(wù)賦能模型模型分析模型時(shí)序修復(fù)擬合聚類分析技術(shù)時(shí)序修復(fù)擬合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)96點(diǎn)運(yùn)行負(fù)荷設(shè)備拓?fù)渑_(tái)賬工商企業(yè)信息制定遠(yuǎn)近結(jié)合系統(tǒng)供電方案制定遠(yuǎn)近結(jié)合系統(tǒng)供電方案綜合考慮電網(wǎng)接入資源、數(shù)據(jù)中心負(fù)荷成長周期、雙電源供電需求，靈活制定1站1線(典型單鏈)、2站2線(站間加強(qiáng))、2站3線、3站3線等模型的供電方案，未來探索研究數(shù)據(jù)中心集群的新型配網(wǎng)供電模式。1站2線方案2站2線方案1站2線方案◎2站3線方案3站3線方案2站3線方案國網(wǎng)冀北電力有限公司STATR國網(wǎng)冀北電力有限公司STATRGRIDJTBKIEECTRICPoWERCOMPANYLIM電力通信網(wǎng)-算力網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃電力通信網(wǎng)-算力網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃基于電力通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用“骨干+接入”雙層架構(gòu)，集群間構(gòu)建骨干層網(wǎng)絡(luò)，集群內(nèi)部組建接入層網(wǎng)絡(luò)。充分利用電網(wǎng)公司各電壓等級光纜資源，優(yōu)先使用特高壓線路光纜通道，有通信需求的兩個(gè)數(shù)據(jù)中心集群間應(yīng)具備2條獨(dú)立光纜路由，建設(shè)雙套傳輸網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)數(shù)據(jù)中心集群的出口按照多鏈路出口設(shè)計(jì)，集群內(nèi)采用出口總?cè)萘繎?yīng)滿算力樞紐國網(wǎng)冀北電力有限公司STAT.GRIDJTBKIEECTRICPOWERCOMPA(二)算力電力建設(shè)協(xié)同國網(wǎng)冀北電力有限公司STAT.GRIDJTBKIEECTRICPOWERCOMPA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，提升本地風(fēng)光綠電消納。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，構(gòu)建數(shù)據(jù)中心綜合能源體。風(fēng)電風(fēng)電儲(chǔ)儲(chǔ)荷儲(chǔ)能+氫能顯著提高顯著提高光伏零碳大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)園STATEGRIDJTBIRCTRICPoweRCOMP(二)算力電力建設(shè)協(xié)同STATEGRIDJTBIRCTRICPoweRCOMP張家口懷來騰訊風(fēng)光儲(chǔ)一體化數(shù)據(jù)中心微電網(wǎng)項(xiàng)目國內(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，年發(fā)電量達(dá)1400萬度，年減排達(dá)7984光儲(chǔ)充車棚張家口騰訊懷來東園風(fēng)光儲(chǔ)一體化數(shù)據(jù)中心微電網(wǎng)項(xiàng)目張家口騰訊懷來東園風(fēng)光儲(chǔ)一體化數(shù)據(jù)中心微電網(wǎng)項(xiàng)目EMS項(xiàng)目(二)算力電力建設(shè)協(xié)同張家口懷來合盈數(shù)據(jù)中心"綠電聚合供應(yīng)"模式張家口懷來合盈數(shù)據(jù)中心"綠電聚合供應(yīng)"模式采用“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”模式，將距離算力中心150公里左右、分布于三個(gè)縣區(qū)的9個(gè)百兆瓦級或千兆瓦級風(fēng)光電場進(jìn)行聚合管理，實(shí)現(xiàn)地市級就近供電、就地消納的“綠電聚合供應(yīng)”新模式。電智慧協(xié)同管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息信息稱雙碳管理電站管理回區(qū)企業(yè)張家口市雙碳管理電站管理回區(qū)企業(yè)張家口市宣化區(qū)官廳水庫抽水儲(chǔ)能，蓄能電站滿足首郁峰谷電差調(diào)節(jié)及應(yīng)急黑啟動(dòng)需求銀定跡監(jiān)測中銀定跡監(jiān)測中運(yùn)營管理證交廂:源網(wǎng)荷儲(chǔ)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化運(yùn)維管理用能運(yùn)維管理用能管理出電冷冷、熱、電、碳四流平衡張家口低成本、高安全、大容量長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)張家口低成本、高安全、大容量長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)路線之一的鐵鉻液流電池儲(chǔ)能電站(500千瓦/4000千瓦時(shí))在張家口懷來云數(shù)據(jù)中心成功交付，另一技術(shù)路線的重力儲(chǔ)能項(xiàng)目(100兆瓦時(shí))緊鄰懷來數(shù)據(jù)中心集群，是能源領(lǐng)域首臺(tái)(套)重大技術(shù)裝鐵鉻液流電池儲(chǔ)能電站重力儲(chǔ)能項(xiàng)目(三)算力電力調(diào)度協(xié)同國家電網(wǎng)STATRGRIDJTBKIHECTRICrowERCOM數(shù)據(jù)中心的時(shí)空靈活性數(shù)據(jù)中心的時(shí)空靈活性釋冷放熱太陽輻射留出品品服務(wù)器柜高效利用計(jì)算負(fù)載口延時(shí)容忍型負(fù)載(離線工作負(fù)載)數(shù)據(jù)處理等轉(zhuǎn)移難度大「計(jì)夏負(fù)載計(jì)短負(fù)載數(shù)據(jù)中心1時(shí)間數(shù)據(jù)中心2時(shí)間口延時(shí)敏感型負(fù)載(在線工作負(fù)載)●主要包括電商業(yè)務(wù)(交易、付款、網(wǎng)頁請求等)來源：丁肇豪，曹雨潔等.能源互聯(lián)網(wǎng)背景下數(shù)據(jù)中心與電力系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化(一):數(shù)據(jù)中心能耗模型國網(wǎng)冀北電力有限公司國網(wǎng)冀北電力有限公司新華網(wǎng)>能源>正文張家口新型電力系統(tǒng)示范區(qū)綠色電力-算力協(xié)同示范工程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)市場試點(diǎn)，通過算力負(fù)荷分布式轉(zhuǎn)移方式，將阿里巴巴江蘇南通數(shù)據(jù)中心約100干瓦的算力負(fù)載轉(zhuǎn)移至新華網(wǎng)>能源>正文張家口新型電力系統(tǒng)示范區(qū)綠色電力-算力協(xié)同示范工程阿里巴巴與華北電力大學(xué)實(shí)現(xiàn)全球首次數(shù)據(jù)中心與電力系統(tǒng)間試運(yùn)行方式參與了華北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場。該項(xiàng)目在電力系統(tǒng)調(diào)峰信號的引導(dǎo)下將阿里巴巴位于江蘇省南通數(shù)據(jù)中心的部分算力負(fù)載轉(zhuǎn)移至河北省張北數(shù)據(jù)中心，全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心和電力系統(tǒng)以促進(jìn)可再生能液消納為目標(biāo)的協(xié)同調(diào)度，也是國內(nèi)首次跨區(qū)域算力-電力"優(yōu)化調(diào)度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。本次數(shù)據(jù)中心與電力系統(tǒng)協(xié)同調(diào)度實(shí)驗(yàn)包括多個(gè)阿里內(nèi)部應(yīng)用場景，如淘寶搜索、推薦等多類型算力負(fù)載類型。通過阿里云算力調(diào)度系統(tǒng)將南通數(shù)據(jù)中心搜索業(yè)務(wù)和推薦業(yè)務(wù)遷移至由可再生能源供電的張北數(shù)據(jù)中心，從而使南通機(jī)房相關(guān)電力負(fù)荷下降約100千瓦，約150千瓦時(shí)電量轉(zhuǎn)移至張北機(jī)房，增加了該時(shí)段華北電網(wǎng)可再生能源消納，減排二氧化碳120千克。優(yōu)化資游配置提升算力使用效率行壓力大等挑戰(zhàn)，預(yù)計(jì)到2035年，我國數(shù)據(jù)中心電力消耗將達(dá)到78太瓦時(shí)，約占全國總電力消耗的4%;碳國家電網(wǎng)國家電網(wǎng)2024年6月經(jīng)青海省委省政府授權(quán)，依托青海省能源大數(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。計(jì)劃接入全省所有數(shù)據(jù)中心算力資源數(shù)據(jù)和功耗數(shù)據(jù)，全面監(jiān)測全省算力數(shù)據(jù)中心算力資源，引導(dǎo)算力負(fù)荷曲線響青海省清潔能源和綠色算力移動(dòng)、電信、聯(lián)通等5家1.02萬干瓦1.5萬臺(tái)監(jiān)測算力資源國網(wǎng)冀北電力有限公司國網(wǎng)冀北電力有限公司輔助設(shè)備靈活響應(yīng)：上海首個(gè)大型數(shù)據(jù)中心虛擬電廠輔助設(shè)備靈活響應(yīng)：上海首個(gè)大型數(shù)據(jù)中心虛擬電廠UPS+儲(chǔ)能數(shù)據(jù)中心輔助設(shè)備互動(dòng)調(diào)節(jié)元素上海首個(gè)大型數(shù)據(jù)中心虛擬電廠精準(zhǔn)響應(yīng)能力測試國家電網(wǎng)(四)算力電力市場協(xié)同(四)算力電力市場協(xié)同未來數(shù)據(jù)中心綠電使用需求迫切未來數(shù)據(jù)中心綠電使用需求迫切另一方面，我國可再生能源裝機(jī)占