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引言
在数字经济时代,算力是支撑国民经济发展的新质生产力,也是全球竞争的新焦点。2024年发布的《中国综合算力指数》报告显示,廊坊、张家口的算力指数分别居全国第一、第二。而张家口作为“东数西算”工程京津冀国家算力枢纽节点,已建成投运国家重点数据中心项目37个,服务器超172万台,算力规模达到3.01万P,居河北省首位,成为我国大数据产业发展速度最快的地区之一。
数据中心是承载算力、发展人工智能的关键基础设施,具有高能耗的特性。在加快发展新一代人工智能和实现“双碳”目标的双重驱动下,算力和绿色电力(以下简称绿电)的协同发展是大势所趋。
希冀《绿电漫谈》第1期,将带你解锁算力变“绿”的探索之旅,跟随绿电足迹翻开算力产业低碳变革的新篇章。
岳昊 国网冀北电力高级专家、教授级高工
他作为国网冀北经研院“算力-电力协同”研究团队负责人,长期从事电网规划、信息技术交叉学科研究。面对“双碳”目标要求和算力快速增长趋势,其团队重点开展算力-电力协同研究,通过科学预测算力用电需求,协同规划布局算力、电力基础设施,着力破解高比例新能源电网与大型数据中心集群协同优化难题,助力新型电力系统构建和新型基础设施建设。
Q1
为什么在数据产业中,绿电如此重要?
近年来,人工智能的崛起带来巨大的用电需求。DeepSeek-V3仅一次训练的耗电量为108.7万度电,相当于我国约360个家庭一整年的生活用电量,按照最新全国电力平均二氧化碳排放因子计算,将产生约583吨碳排放,而ChatGPT-4一次训练将产生8692吨碳排放,两者分别相当于106辆和1580辆油车一年的碳排放量。
研究团队结合数据中心报装需求和预测模型,预计冀北地区2030年算力负荷将达到730万千瓦、占最大负荷17.4%,用电量将达到391-489亿千瓦时,占全社会用电量的14.6-17.6%。
“AI的尽头是算力,算力的尽头是电力”,面对人工智能、大数据这种“无烟囱”的高耗能、高碳排放行业,绿色电力显得尤为重要。
▲万国数据廊坊曙成数据中心(邹明摄)
Q2
算力变“绿”的关键点是什么?
当前,国家明确提出到2025年底,国家枢纽节点新建数据中心绿电占比达到80%。然而,实现这一目标仍面临多重挑战:算力负荷的快速增长不仅加剧了夏季用电高峰期的保供压力,还因数据中心的密集并网和规模化聚合发展,导致电网接入资源日益紧张;与此同时,算力需求与新能源发电的波动性存在结构性矛盾,数据中心高比例使用绿电存在挑战;此外,尽管绿电消费需求旺盛,但灵活、多时间尺度的交易机制仍待完善。
破解这些难题的关键在于开展电力-算力协同优化。首先需科学研判算力产业发展趋势,动态优化电网规划,明确建设周期与能效标准,为资源调配提供精准依据。在此基础上,可依托数据中心的时空调节潜力,构建双向协同调度机制,通过电价信号引导算力负荷“移峰填谷”——既能在新能源大发时段提升绿电消纳比例,又能降低企业用能成本。进一步地,需加速绿电交易模式创新,开发多时间尺度的绿电匹配机制,降低数据中心用能成本,激励企业主动参与市场交易,提升绿电使用率。
▲国网廊坊供电公司员工为大数据企业自建变电站送电提供现场指导(邹明摄)
Q3
电网布局如何走出第一步?
数据中心负荷井喷式增长,对我们电网可靠供电提出了更高要求,电网在基础设施建设阶段,就需要提前规划布局。做好电网规划的第一步,就是尽可能准确地预测数据中心未来用电负荷。
数据中心作为一种新兴的、快速发展的电力负荷,对于其历史电量统计和未来电量预测,都没有可借鉴的先例。主要有两大难点,一是识别难,二是预测难。
Q4
如何解决数据中心负荷的“二难”问题?
识别难,在于数据中心既包含独立报装用户,又涉及分散于教育、金融、政府、互联网等行业的内部数据中心,由于尚未形成较为准确的用电量统计规范,导致行业数据存在覆盖不全、交叉重叠等问题,难以精准评估实际用电规模及增长趋势,制约电网规划科学性。
针对该问题,研究团队结合冀北地区数据中心负荷特性、行业分布等特征,综合设计了数据中心筛查规则,依托电网数据中台,实施大数据筛查。经验证,该方法识别成功率超过94%,为研判数据产业用电需求提供数据支撑。
预测难,在于数据中心包括服务器、存储设备、网络设备等多个单元,用电环境复杂。对数据中心进行电量预测,通常需要输入IT设备特征、分布信息等大量运维参数,而关键数据往往缺失。面对算力基建加速现状,亟需建立基于宏观参数的快速预测模型。
研究团队创新开发算力-电力关联计算模型,通过将服务器复杂参数映射为可获取的宏观指标,实现用电需求高效测算。该模型可量化评估能效水平、设备利用率等要素对电力趋势的影响,经历史数据验证兼具效率与精度,为区域数据产业电力规划提供决策工具。
▲张家口怀来大数据科技产业园
Q5
如何通过“算力-电力双向协同”促进新能源消纳?
算力负荷与传统可调节负荷不同,它不仅能在时间上灵活调整用电需求,还能在空间上转移电力消耗,是目前唯一无需依赖电网即可快速实现负荷转移的新型负荷类型。这种独特的双重调节能力,使其成为平衡电力供需的重要工具。
时间调节即“算力随电力波动调整”。对于数据分析、模型训练等对实时性要求不高的离线算力任务,可以通过调整任务的执行时间,主动匹配新能源发电的高峰期。例如,在风力或光伏发电量充足的时段集中执行这些任务,既能充分利用绿电,又能缓解电网的调峰压力。
空间调节即“电力随算力需求流动”。对于需要即时响应的在线算力任务(如电商交易、短视频服务),则可通过跨区域调度,在不同地理位置的数据中心之间灵活分配任务。例如,当张家口新能源发电量激增时,可将廊坊的部分算力需求转移至张家口的数据中心,就近消纳绿电,既降低输电损耗,又提升新能源利用率。
▲国家风光储输示范工程光伏区(王子元摄)
首先得益于冀北新能源产业的快速发展。地处河北北部的冀北清洁能源基地是我国“十四五”规划的九大清洁能源基地之一,风、光资源丰富。截至目前,冀北清洁能源基地风、光等新能源总装机已达7584.54万千瓦,装机占比超74%。今年一季度,该地区新能源发电量达321.63亿千瓦时,同比增长39.63%,占电源发电总量的55.94%。
电网建设格局基本满足新能源增长需求。冀北清洁能源基地先后建成投运张北柔性直流、张北—雄安特高压交流、张北—胜利特高压交流等重点工程。目前,已形成以特高压为支撑、交直流电网融合发展的新能源送出格局,“三横四纵”500千伏主网架。同时,“新能源+储能+调相机”、构网型新能源场站、虚拟电厂等一批新技术、新模式的落地应用,有力推动了源、网、荷、储等能源全要素的协调互动,进一步促进该基地新能源送出能力的持续提升。
绿电交易市场机制不断完善。冀北绿电交易市场作为全国交易规模领先的绿电市场,2024年交易量突破280亿千瓦时,交易量同比增长42.85%。为应对激增的绿电需求,冀北交易公司协助政府构建“政策锚定+市场牵引”双轮驱动机制,通过监测新能源发电出力和市场供需波动,逐步放开新能源入市比例,扩大绿电供给。
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