中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：過去兩年，全球能源行業(yè)經(jīng)歷了一場(chǎng)由算力需求驅(qū)動(dòng)的深刻變革。AI大模型的快速擴(kuò)張不僅改寫了技術(shù)產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局，更重塑了電力系統(tǒng)的演進(jìn)路徑。訓(xùn)練一套GPT-4級(jí)大模型需消耗700—1000兆瓦時(shí)電力，相當(dāng)于約1萬戶美國家庭一個(gè)月的用電量，而數(shù)據(jù)中心用電量每年正以超20%的速度攀升。算力已從傳統(tǒng)用電負(fù)荷，轉(zhuǎn)變?yōu)橛绊戨娏ο到y(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)與調(diào)度的關(guān)鍵變量，“電算協(xié)同”也從抽象概念演變?yōu)槿蚧A(chǔ)設(shè)施競(jìng)爭(zhēng)的核心議題。
在此背景下，“電力從何處來”與“如何平穩(wěn)用電”成為行業(yè)共同面臨的核心挑戰(zhàn)?？萍脊緸楸Ｕ纤懔?yīng)全球布局新電源，能源企業(yè)則圍繞算力需求重構(gòu)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)——美國探索小型模塊化反應(yīng)堆（SMR）與數(shù)據(jù)中心綁定運(yùn)行，中國推進(jìn)“東數(shù)西算”工程，歐洲推動(dòng)數(shù)據(jù)中心參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，日本嘗試將算力向電源側(cè)遷移，全球正以多元路徑推動(dòng)“瓦特與比特”的深度耦合。
算力反向重塑能源體系
在傳統(tǒng)認(rèn)知中，能源是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基石，數(shù)字產(chǎn)業(yè)僅是眾多用電負(fù)荷之一。但隨著AI訓(xùn)練任務(wù)呈幾何級(jí)增長，這一關(guān)系被徹底顛覆。算力的擴(kuò)張速度已顯著超出能源供給的承載能力。
算力與能耗的強(qiáng)關(guān)聯(lián)性正被快速放大。模型參數(shù)每提升一個(gè)量級(jí)，所需算力幾乎呈指數(shù)級(jí)增長，電力消耗也同步攀升。國際能源署（IEA）測(cè)算顯示，AWS、谷歌、微軟等企業(yè)的數(shù)據(jù)中心年用電量增速持續(xù)維持在20%—40%，大型數(shù)據(jù)中心的能耗規(guī)模已接近中型鋼廠，且增速遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工業(yè)。2024年，全球數(shù)據(jù)中心耗電量達(dá)4150億千瓦時(shí)，占全球電力消費(fèi)的1.5%，預(yù)計(jì)到2030年，這一數(shù)字將飆升至9450億千瓦時(shí)（增長128%），占比升至3%，超過日本當(dāng)前全國年用電量。
算力產(chǎn)業(yè)的屬性已發(fā)生質(zhì)變，它不再是單純的IT行業(yè)分支，而是與能源基礎(chǔ)設(shè)施深度綁定的新型高能耗產(chǎn)業(yè)。在此背景下，電算協(xié)同的內(nèi)涵已從“電力系統(tǒng)適配算力負(fù)荷”深化為二者的雙向協(xié)同。
一方面，算力側(cè)須構(gòu)建負(fù)荷可調(diào)節(jié)、任務(wù)可遷移的靈活能力，必要時(shí)參與電網(wǎng)需求響應(yīng)；另一方面，電力系統(tǒng)須重構(gòu)規(guī)劃邏輯，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)以適配算力特性，同時(shí)通過儲(chǔ)能擴(kuò)容與網(wǎng)架升級(jí)強(qiáng)化配套能力。最終需在系統(tǒng)層面建立統(tǒng)籌機(jī)制，推動(dòng)電力與算力從獨(dú)立運(yùn)行轉(zhuǎn)向聯(lián)動(dòng)調(diào)度優(yōu)化。這意味著能源系統(tǒng)正從“源隨荷動(dòng)”的傳統(tǒng)模式，邁入“負(fù)荷主動(dòng)參與調(diào)節(jié)”的新階段。
全球破解電算協(xié)同的路徑
面對(duì)算力激增壓力，各國結(jié)合自身能源稟賦與產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，形成了差異化的電算協(xié)同模式，核心均指向平衡電力供給與算力需求的關(guān)系。
美國是算力與電力矛盾最突出的地區(qū)之一。數(shù)據(jù)中心需求增長遠(yuǎn)超預(yù)期，而輸電網(wǎng)絡(luò)老化、跨州協(xié)同機(jī)制缺失、項(xiàng)目審批周期漫長等問題，進(jìn)一步拉大了算力擴(kuò)張與電力基建的差距。據(jù)咨詢公司ICF預(yù)測(cè)，到2030年，美國整體用電負(fù)荷將至少增長25%，得克薩斯州、弗吉尼亞州、俄亥俄州等數(shù)據(jù)中心密集區(qū)域的新增負(fù)荷，幾乎全部來自算力產(chǎn)業(yè)。
為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，美國從政策與技術(shù)兩端同步發(fā)力。聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（FERC）正推動(dòng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心并網(wǎng)規(guī)則，要求各大數(shù)據(jù)中心提交負(fù)荷模型并具備調(diào)節(jié)能力，同時(shí)明確禁止將并網(wǎng)成本轉(zhuǎn)嫁給普通用戶，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心從“用電大戶”向“系統(tǒng)調(diào)節(jié)主體”轉(zhuǎn)型；在技術(shù)層面，愛達(dá)荷國家實(shí)驗(yàn)室正測(cè)試“微型數(shù)據(jù)中心+SMR”組合模式，探索構(gòu)建不依賴主網(wǎng)、供電穩(wěn)定性極高的獨(dú)立算力基地，整體形成了輸電擴(kuò)容、負(fù)荷可調(diào)、推動(dòng)核能應(yīng)用三大發(fā)力方向。
日本的路徑受限于資源條件，可再生能源稟賦不足、土地資源稀缺，大規(guī)模電網(wǎng)擴(kuò)建難以落地?；跀?shù)據(jù)跨區(qū)域傳輸成本低于電力擴(kuò)容的判斷，日本更傾向“算力向電源側(cè)遷移”的模式，重塑數(shù)據(jù)中心選址與能源規(guī)劃邏輯。
歐洲提出的是融入電力系統(tǒng)”。核心策略是推動(dòng)數(shù)據(jù)中心從“用電主體”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋到y(tǒng)組成部分”。一方面，構(gòu)建精細(xì)化負(fù)荷模型，使其在電網(wǎng)緊張時(shí)不僅能削減用電，還可向電網(wǎng)提供有功、無功支持，穩(wěn)定頻率與電壓；另一方面，采用算力遷移、任務(wù)替換等策略，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)高峰時(shí)主動(dòng)降低本地訓(xùn)練負(fù)荷，或轉(zhuǎn)移任務(wù)至遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心。這種跨行業(yè)協(xié)作需電力工程師與IT專家共同設(shè)計(jì)調(diào)控機(jī)制，將數(shù)據(jù)中心正式納入需求響應(yīng)體系。同時(shí)，歐洲也在探索SMR、核電機(jī)組與數(shù)據(jù)中心協(xié)同模式，以提供穩(wěn)定的本地電源，支撐微電網(wǎng)建設(shè)，形成以“負(fù)荷建模為基礎(chǔ)、算力調(diào)節(jié)為手段、分布式清潔能源為支撐”的完整路徑。
中國憑借大規(guī)模綠電資源、多區(qū)域協(xié)同機(jī)制與完整產(chǎn)業(yè)鏈，成為全球電算協(xié)同最具系統(tǒng)性的推進(jìn)者。西部地區(qū)綠電成本低、土地充足，為算力基地提供了堅(jiān)實(shí)的能源支撐?！皷|數(shù)西算”工程從規(guī)劃階段便與能源基地、輸電通道同步設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了國家層面的空間匹配與資源優(yōu)化；在企業(yè)層面，部分算力服務(wù)商已構(gòu)建綠電直供、儲(chǔ)能調(diào)節(jié)、智能運(yùn)維的一體化模式，以實(shí)現(xiàn)從電源側(cè)到用戶側(cè)的深度協(xié)同。中國的思路更聚焦電力系統(tǒng)安全性、可預(yù)見性與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)能力建設(shè)，將電算協(xié)同視為新型電力系統(tǒng)的必然升級(jí)，而非單純的負(fù)荷管理工具。香港城市大學(xué)董朝陽教授認(rèn)為，電算協(xié)同的本質(zhì)是將傳統(tǒng)針對(duì)可再生能源、工業(yè)負(fù)荷的“負(fù)荷側(cè)響應(yīng)”延伸至算力領(lǐng)域，讓數(shù)據(jù)中心在保障計(jì)算效率的同時(shí)，成為電網(wǎng)優(yōu)化與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警的重要力量。
長期以來，中國更強(qiáng)調(diào)技術(shù)路徑與市場(chǎng)機(jī)制雙輪驅(qū)動(dòng)。要將上述思路落地，一方面，要降低數(shù)據(jù)中心自身能耗、提升散熱與硬件效率，緩解增量壓力；另一方面，要推動(dòng)算力動(dòng)態(tài)調(diào)度，使算力分配不再僅依據(jù)芯片資源，而是結(jié)合電網(wǎng)負(fù)荷、網(wǎng)源結(jié)構(gòu)、電價(jià)水平實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域遷移，發(fā)揮“算力支撐電網(wǎng)”的功能。這種協(xié)同并非要求數(shù)據(jù)中心單向服從電網(wǎng)，而是通過AI調(diào)度與數(shù)據(jù)建模實(shí)現(xiàn)雙向需求匹配。
董朝陽特別提出，落地的核心挑戰(zhàn)并非技術(shù)，而是利益協(xié)調(diào)。算力中心需要穩(wěn)定的電力保障業(yè)務(wù)連續(xù)性，若被要求削減負(fù)荷，則必須建立合理補(bǔ)償機(jī)制；同時(shí)，電網(wǎng)需通過儲(chǔ)能擴(kuò)容、網(wǎng)架升級(jí)提升供應(yīng)穩(wěn)定性，形成互動(dòng)式協(xié)同，而非將壓力簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)嫁給負(fù)荷側(cè)。
盡管全球模式各有側(cè)重，但核心目標(biāo)高度一致——在算力高速增長的背景下，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)與數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的高效銜接，共同支撐未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
未來十年的三大演化方向
結(jié)合全球?qū)嵺`與技術(shù)趨勢(shì)推斷，未來十年，電算協(xié)同將呈現(xiàn)三大變革方向，徹底重構(gòu)能源與數(shù)字產(chǎn)業(yè)的關(guān)系。
第一，電力系統(tǒng)將邁向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能建模時(shí)代。無論是美歐因大規(guī)模數(shù)據(jù)中心并網(wǎng)面臨的系統(tǒng)壓力，還是亞洲高集中負(fù)荷結(jié)構(gòu)下的安全挑戰(zhàn)，都驅(qū)使各國加速構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電網(wǎng)建模體系。傳統(tǒng)依賴經(jīng)驗(yàn)與確定性模型的方式，已無法覆蓋極端場(chǎng)景與非線性風(fēng)險(xiǎn)。未來電力系統(tǒng)須具備預(yù)判連鎖故障、理解算力負(fù)荷行為的能力，在突發(fā)情況發(fā)生時(shí)快速給出優(yōu)化方案。AI模型、場(chǎng)景仿真、實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)等能力將從研究工具升級(jí)為電網(wǎng)核心基礎(chǔ)設(shè)施。
第二，算力將從“被動(dòng)負(fù)荷”演變?yōu)椤办`活性資源”。全球數(shù)據(jù)中心正從單純用電大戶，轉(zhuǎn)型為可調(diào)節(jié)、可優(yōu)化、可參與調(diào)度的系統(tǒng)核心角色。各國在推動(dòng)數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)型的實(shí)踐中采取了不同的策略，但共同趨勢(shì)是，算力將成為低碳電力系統(tǒng)的“可控端”，即在峰值時(shí)主動(dòng)讓電、在低價(jià)時(shí)儲(chǔ)電補(bǔ)能、于系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)提供動(dòng)態(tài)支撐，推動(dòng)負(fù)荷側(cè)從靜態(tài)轉(zhuǎn)為可控，構(gòu)建新的系統(tǒng)彈性。
第三，市場(chǎng)機(jī)制將成為電算協(xié)同規(guī)?；年P(guān)鍵抓手。從美國得克薩斯州強(qiáng)制數(shù)據(jù)中心具備需求響應(yīng)能力到歐洲培育分布式靈活性市場(chǎng)，再到各地探索按調(diào)節(jié)速率、算力靈活度等維度結(jié)算的價(jià)格機(jī)制，多國實(shí)踐表明，缺乏市場(chǎng)激勵(lì)，電算協(xié)同難以常態(tài)化。未來，市場(chǎng)化補(bǔ)償機(jī)制將不僅覆蓋削減電量，還可能包括“遷移算力規(guī)?！薄搬尫澎`活度價(jià)值”“降低系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)”等維度，使協(xié)同從政策倡導(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌?chǎng)自發(fā)行為。
全球電算協(xié)同的實(shí)踐，本質(zhì)是一場(chǎng)“比特”與“瓦特”的雙向適配革命。中、美、歐、日的差異化路徑，都指向了供需匹配、高效聯(lián)動(dòng)的核心。這意味著電算協(xié)同不是選擇題，而是數(shù)字與能源產(chǎn)業(yè)的必答題。
