【南网数研院（蔡田田）】2024年电力算力协同：需求、理念与关键技术报告_31页_8mb

报告摘要

电力算力协同：需求、理念与关键技术

核心内容概述

电力与算力协同是应对数字经济快速发展背景下数据中心能耗与电力系统负荷压力的重要战略方向。随着AI技术的普及和算力需求的激增，电力供应成为制约算力发展的关键因素。本文从背景、原理与路径、近期进展三个方面，系统分析了电力与算力协同的必要性、技术路径和当前发展动态。

主要观点

电力与算力协同的必要性：
- 随着数据中心和5G用电量的持续增长，预计到2035年将占中国全社会用电量的5%-7%，成为电力系统的重要负荷。
- 国内数据中心在建设与运营成本上与欧美存在显著差距，尤其在算力设备和供电系统方面，提升效率和降低能耗成为迫切需求。
- 国家政策推动算力与电力协同发展，包括“东数西算”工程和绿色低碳发展专项行动计划，强调绿电消纳和数据中心节能降耗。
电算协同的核心理念：
- 电力算力协同是“西电东送”与“东数西算”战略的深度融合，旨在实现电力与算力资源的高效利用。
- 电力算力协同的本质是“经济-绿色-可靠”三者之间的“三角”难题，需在保障可靠性的同时兼顾经济性和绿色性。
关键技术路径：
- “点”协同：提升数据中心节能降耗，推广绿色高效算力中心关键技术，包括低功耗高性能芯片、高效能服务器、分布式存储和高效制冷装备。同时，推动算力节点源网荷储可靠供电技术，如浸没式液冷和直流组网供电。
- “线”协同：构建高效整合电力通信网的数据传输能力，发展确定性电力通信网络和跨域数据中心直连高速通讯技术，以降低延迟并实现数据可靠传输。
- “域”协同：优化区域数据中心集群的供电设施设计，提高资源利用效率，减少冗余电源配置。
- “面”协同：实现算力网与电力网的协同运行，推动跨域电力算力协同调度，提升新能源消纳能力。

关键信息总结

数据中心能耗与电力需求现状

到2035年，中国数据中心和5G总用电量预计达到6951-7820亿千瓦时，占全社会用电量5%-7%。
数据中心建设成本中，电气系统和暖通系统合计占比超过50%，其中电气部分占比约36.34%。

国内与国际算力中心对比

国内某GPU万P算力中心建设成本为63.33亿元，而英伟达H100万P算力中心建设成本仅为36.25亿元，运营成本也更低。
国内数据中心在算力计量方面缺乏统一标准，影响能源效率与成本控制。

国家政策与行动

国家发改委、数据局等部委联合发布《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。
《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》提出新建数据中心绿电占比需超过80%，并要求电能利用效率（PUE）不高于1.2。

电力算力协同的关键技术

绿色高效算力中心：研发低功耗高性能芯片、高效能服务器、分布式存储、高效制冷装备。
确定性电力通信网络：利用OPGW、架空地线复合光缆等技术，实现跨区域数据中心间高速、低延迟通信。
源网荷储一体化：通过新能源发电与数据中心负荷匹配，提升绿电消纳能力。
跨域协同调度：通过监测算力任务调度前后的能耗变化，实现算力在数据中心间的灵活转移，优化电网负荷。

电力算力协同的工程示范

贵安绿色低碳数据中心示范工程应用浸没式液冷、高压直流供电、光伏、分布式风能等技术，打造近零碳数据中心。
建设“源网荷储”一体化零碳数据中心集群、电算协同区域数据中心集群、大范围协调互济算力网等工程示范项目。

南方电网与鹏城实验室合作

南方电网与鹏城国家实验室共建联合实验室，聚焦电算协同网络技术方向，开展前瞻性研究，包括电算协同耦合机理、智能协同建模与计量、协同通信与调度等。

近期重要进展

政策推动：
- 2024年8月，南方电网公司联合中国电力企业联合会、中国信息通信研究院发布《电力算力协同行动计划》，提出10项重点任务，涵盖协同规划、建设、调度、交易等方面。
技术突破：
- 浸没式液冷技术、高压直流供电技术、新型算力计量方法等关键技术取得进展。
- 阿里云通过算力调度系统，实现数据中心与电网的协同优化，降低能耗和碳排放。
工程实践：
- 贵安数据中心示范工程应用多项绿色技术，如氟泵空调、模块化机柜、封闭冷热通道、NX1节能变压器等，实现高效节能与低碳运行。
- 建设智能小母线、智能照明、余热回收等设施，提升园区整体能效管理水平。