2024年电力算力协同：需求、理念与关键技术报告-南网数研院（蔡田田）-31页_8mb

电力算力协同：需求、理念与关键技术总结

一、电算协同背景与意义

随着数字经济的快速发展，中国数据中心和5G总用电量预计在2035年将达到6951-7820亿千瓦时，占全社会用电量的5%-7%。数字基础设施已成为影响电力系统供需平衡的重要负荷。

• 算力需求增长：2025年AI将由缺“芯”转为缺“电”，电力将成为制约算力发展的关键因素。
• 政策支持：国家发改委、能源局、工信部、数据局等联合发布《关于深入实施“东数西算”工程加快构建全国一体化算力网的实施意见》，推动算力与绿色电力协同发展。
• 成本与能耗问题：中国数据中心在建设与运营成本方面与欧美存在差距，需提升能效和降低能耗。

电力与算力协同必要性

• “西电东送”与“东数西算”战略协同：实现电力与算力资源的优化配置，提升系统整体效率。
• 绿色低碳要求：数据中心需提高绿电占比，国家枢纽节点数据中心电能利用效率（PUE）不得高于1.2。
• 经济性与可靠性：算力用户需可靠、经济的算力服务；电网公司需安全、清洁、低碳的电力系统。

二、电算协同基本原理与路径

总体目标

• 实现数据中心节能降耗
• 促进绿电消纳
• 提升算力电力协同运行水平

协同层级与关键技术

(1) “点”协同

• 目标：数据中心节能降耗，提高绿电占比。
• 关键技术：
  • 绿色高效算力中心关键技术与装备研制（如低功耗高性能芯片、高效能算力服务器、高效能制冷装备）
  • 算力节点源网荷储可靠供电技术（如浸没式液冷技术、新能源直流组网供电技术）

(2) “线”协同

• 目标：高效整合电力通信网数据传输能力，为全国一体化算力网提供通信路由。
• 关键技术：
  • 确定性电力通信网（OPGW、架空地线复合光缆）
  • 跨域数据中心直连高速通讯网络技术

(3) “域”协同

• 目标：降低区域数据中心集群冗余电源配置，提高资源利用效率。
• 关键技术：
  • 数据中心配电、柴发、UPS等供电设施集约化设计
  • 算力负荷转移与能耗优化

(4) “面”协同

• 目标：实现电力算力资源大范围协调互济。
• 关键技术：
  • 跨域电力算力协同调度（如阿里云与张北数据中心协同调度案例）
  • 电力-算力-网络协同规划（“西电东送” + “东数西算”）
  • 电力算力协同感知与调度技术

电力算力网络协同技术谱系

• 协同规划：数据中心源网荷储一体化、供电设施集约化、区域集群基础设施集约化
• 协同网络及装备：数据中心高速直连通信技术、绿色高效算力中心技术与装备
• 协同调度：电算融合的算能计量、电网友好型数据中心、异构算力智能调度
• 协同交易：响应电网调度信号的调节技术、电力市场引导下的算力交易技术

三、近期重要进展

• 政策与项目发布：
  • 2024年中国国际大数据产业博览会成功举办，南方电网公司发布《电力算力协同行动计划》。
  • 行动计划包含10项重点任务，涵盖协同规划、建设、调度、交易等关键技术。
• 工程示范：
  • 建设“源网荷储”一体化零碳数据中心集群
  • 实施电算协同区域数据中心集群
  • 推动大范围协调互济算力网与跨行业电算协同
• 联合实验室建设：
  • 南方电网公司与鹏城国家实验室共建“鹏城实验室—南方电网公司联合实验室”，聚焦电算协同网络技术方向。
• 绿色低碳示范工程：
  • 贵安绿色低碳数据中心示范工程采用多种绿色技术，如：
    • 氟泵空调
    • 模块化机柜
    • CFD热仿真
    • 智能小母线与智能照明
    • 低传热保温材料、封闭冷热通道
    • NX1节能变压器、光伏、分布式风能、自然光照明、余热回收等
  • 建设AI调优与能耗智慧园区碳管理平台，实现园区碳排放管理数字化。

关键结论

• 算力任务过程中，对服务器CPU占用率较高，而算力转移后，GPU功耗、内存、存储磁盘和显存占比显著提高。
• 算力负荷可随任务在数据中心间转移，从而实现能耗优化与电力资源的合理配置。
• 电力算力协同需兼顾“经济-绿色-可靠”三者之间的平衡，是国家重大战略的迫切要求。