算力电力双向协同有哪些挑战？如何破解？

 生成式人工智能(AIGC)技术的迅猛发展推动数据中心向智算中心演进。截至2024年5月底，全国规划具有高性能计算机集群的智算中心已达十余个。智算中心的高功耗和高散热要求，推高其运营成本，智算中心绿色发展迫在眉睫。目前，绿色算力主要从使用端和供给端发力，通过先进制冷技术降低能耗、利用人工智能技术优化温控供电模式，以及使用绿色电力实现节能降碳。解决算力增长和电力消耗矛盾，推动电力和算力两网协同发展是必由路径。
 
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》提出，到2025年底，算力电力双向协同机制初步形成，国家枢纽节点新建数据中心绿电占比超过80%。
 
8月6日，国家发展改革委、国家能源局、国家数据局印发《加快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》,方案提出实施一批算力与电力协同项目，包括：探索新能源就地供电、提高数据中心绿电占比、加强数据中心余热资源回收利用等。
 
目前，算力电力双向协同有哪些挑战？需要从哪些方面着手加快算力电力双向协同？

算电协同需要从资源、调度、运营到流通的全方位创新。

 

多重挑战

2021年以来，国家有关部门非常重视数据中心、算力网等绿电政策的顶层设计，推动数据中心的源网荷储一体化绿色供电模式创新、算力电力双向协同发展等政策陆续出台。
 
“东数西算”工程无疑是算电协同的标志性设计。国家数据局数字科技和基础设施建设司司长杜巍在近日举行的国新办“推动高质量发展”系列主题新闻发布会上表示，“东数西算”工程启动两年来取得积极进展。数据中心绿电占比超过全国平均水平，部分先进数据中心绿电使用率达到80%左右，新建数据中心PUE（电能利用效率）最低降至1.10。“东数西算”工程的实施带动了IT设备制造、信息通信、基础软件、绿色能源等产业链发展，提升了国家整体算力水平。
 
但目前算力电力双向协同面临资源分配、技术兼容性和成本控制等方面的挑战。鹏博士集团总工程师、鹏博士研究院负责人侯兴泽在接受《通信产业报》全媒体采访时表示，如何合理分配计算资源和电力资源，以满足不同应用场景的需求，不同硬件和软件平台之间的兼容性问题，可能影响协同效率。随着算力和电力的协同，数据和能源的安全性问题变得更加突出，算力电力协同带来成本的增加，需要考虑经济效益。
 
电力需要在算力巨量增加的背景下动态、适时规划稳定供给和绿色的目标，两者之间是动态平衡的，不是电力单向适配的关系。诺基亚贝尔能源行业负责人郭立行在接受《通信产业报》全媒体采访时表示，电网还需要在提供稳定的电力供应的前提下逐渐实现100%的绿色目标，电网公司及发电企业需要根据数据中心的布局和未来演进需要，在合理位置部署配套的绿色电源、输变电网络，目前这些设施可能还有进一步完善空间。
 
光伏和风电等绿色电源随机性、间歇性、波动性特征显著，严重受限于气象条件，新能源难以稳定可靠供电，极端天气可能停摆。南方电网能源发展研究院有限责任公司雷成表示，大规模新能源并网后，不同时间尺度供需平衡调控难度大幅增加，对新能源资源评估与发电预测、电力电量平衡、大范围跨时空资源配置、长周期规模化储能等技术提出更高要求。

 算电协同需要创新

算电协同，需要从资源、调度、运营到流通的全方位算电协同创新。
 
“要应对电力供给不足的严峻挑战，大力推动算力电力协同创新。”国家信息中心大数据发展部主任于施洋表示，电网给算场算网供电，算网为电网供算力，算场闲置的电力也可以反向给电网输送，在节点、市场和网络调度三个层面进行有机协同，电力网和算力网间实现电力、算力调度“两融合”，助力实现安全稳定、绿色低碳的高质量发展。
 
推进绿色电力与算力联合调度是其中重要一环。为充分发挥算力中心灵活调节特性，推动算力中心向新型电力系统主动支撑者转变，需加强电力与算力联合调度，使算力负荷特性与可再生能源出力特性相匹配，从而促进可再生能源消纳，保障电网运行安全。具体而言，算力中心可调负荷可通过直接参与、负荷聚合商参与等形式参加不同时间尺度的电力需求响应，从中获得价格补偿。同时，算力中心可参加绿电、绿证交易，支撑自身绿色低碳转型。
 
源网荷储一体化项目成为算电协同的关键抓手。源网荷储一体化项目是一种新型电力运行模式，它将电源、电网、负荷和储能作为一个整体进行规划和运作。这种模式可以在提高新能源安全、稳定供应的同时，有效提高消纳新能源发电，提升新能源利用率。
 
于施洋在今年数字中国峰会上提出，以“大”“小”两个源网荷储为牵引，建立算力电力双向融合对接机制。
 
“大”源网荷储是新型电力系统的重要组成部分，通过优化整合电源侧、电网侧、负荷侧资源要素，使用储能等先进技术，实现电力生产和消费体系革新，为实现电力行业双碳目标提供基础支撑。“小”源网荷储是以算力节点为单位的源网荷储一体化体系，从算力节点的源、网、荷、储整体运行链条进行统筹规划，保证算力中心的安全、低成本用电。“大”“小”源网荷储应建立双向对接机制，一方面，“大”源网荷储通过实现“源-网-荷-储”的深度融合、灵活互动，优化控制运行，维持电网的稳定性，为“小”源网荷储提供安全绿色高效的电力；另一方面，“小”源网荷储通过建立灵活可靠的柔性调节能力，对“大”源网荷储提供主动式支撑与响应，既满足电网的调节需求，帮助区域提升电力供应保障能力和新能源消纳能力，又帮助算力节点在电力市场获取响应收益，降低用能成本。
 
郭立行表示，电网企业需要与全国一体化算力网络的相关单位进行深入的交流与合作，其内容不仅局限于静态的电力需求信息，还需考虑如何参与到“源-网-荷-储”的有机互动中，电网侧可以更精准地实现电力供应和调度，数据中心侧也可综合利用算力分布、区域能源供给能力、峰谷电价等手段降低单位算力消耗的总成本。
 
此外，雷成认为，综合考虑电力输送和算力输送，在绿电资源丰富、低电价或者不能有效输送电力的地方优先布局算力中心，通过信息网络将东部沿海的算力需求转移到西部的算力中心，以输送算力的方式替代一部分电力输送，降低整体经济成本。具体而言，结合国家“东数西算”工程的实施，引导算力资源向贵州、甘肃等西部省份转移，满足一些网络延时要求较低业务的算力需求。对于网络延时要求较高业务的算力需求，可结合海上风电的开发和沿海核电的建设，在沿海地区合理布局算力中心，以满足长三角、粤港澳大湾区等数字经济发达地区低延时算力要求。

 向“融合共生”发展

绿色电力和算力作为经济社会全面绿色化、数字化转型的关键生产力，逐步向“融合共生”发展，通过电力带动算力绿色化升级、算力赋能电力数字化转型，形成协同发展的良性循环。电力是多元化算力发展不可或缺的基础支撑，不仅能够满足多元化算力用电需求，而且能够提供丰富的智能应用场景和海量的高质量数据。
 
电力在发、输、变、配、用各环节均拥有丰富的应用场景。在电力行业巨大应用需求驱动和资金支持下，算力设施部署和技术迭代将加快，实现算力产业发展升级。电力数据资源丰富、覆盖范围广、类型多样，包括发电出力、电网运行、用户用电、电力市场交易等文本、图像、语音数据。电力数据价值密度高、真实性高，能够全面反映宏观经济运行情况、各行业发展状况、居民生活消费情况等。此外，电力数据资源管理和运营相对成熟，具有相对完善的数据资产管理体系和流通运营体系，且有丰富的应用实践。能源电力大数据的使用将有利于提升算力模型分析、预测和决策的准确率和效率，激活和释放数据要素价值。
 
电网企业在实现需求预测、实时数据采集、潮流计算和实时电能调度时，需要大量的AI计算资源和通信网络支持，全国一体化算力网络可以为其提供高效支撑，通过合作实现优势互补。
 
而以“节点-市场-网络”融合为架构，成为算电融合发展的方向。通过构建算力节点源网荷储一体化体系，使算力节点成为新型电力系统结构下保障区域电网稳定的“压舱石”。通过算力市场与电力市场的融合，算力市场建设充分借鉴电力市场建设的成熟经验，推动算力价格与电力价格的交叉关联，形成算力与电力两个市场的横向交易。通过充分融合算力网与电力网的区域特性和调度能力，跨省、跨区开展多时空尺度的电力与算力协同调度。