国网冀北电力：算电协同背景下电网面临的关键问题与思考

岳昊博士，正高级工程华北电力大学硕士权发明专利22项，撰写学术著作62模型跃迁智能算力需求指数级上升GPT-414周训练耗电4240万千瓦时相当于一个百万人口城市全天的全社会用电量用电扩张数据中心用电占比持续抬升AI数据中心能耗占比快速提升—一数据中心用电与斯坦福AI指数报告显示：斯坦福AI指数报告显示：GPT-2到GPT-4训练能耗对比(光瓦时)■非Al数据中心能耗(亿千瓦时)■(光瓦时)■非Al数据中心能耗(亿千瓦时)■Al数据中心能耗(占比)GPT-4(2023)GPT-4(2023)训练能耗四年增长约50万倍(2023年)(2019年)(2023年)(2019年)单机柜从10kW迈向MW集群逐步走向集群逐步走向GW+超节点逐步成为建设主流202202420232025~~~~规划容量规划容量百万卡2025年AI次占数据中心来自训练。预计2027年推理负载超过训练，2030年推理成为主要驱动力。推理推理成本下降并未抑制边缘与端侧算力增长。37%A推理50%传统工作负载0先进制程短板仍在先进制程短板仍在算力性能(相对值)仍存在明显差距仍存在明显差距0单芯片的性能优势，可能被系统层面的多种因素所稀释。能力指数(相对值)能力指数(相对值)系统任务完成效率(考虑系统因素)(单芯片峰值)国产算力走超节点路线国产算力走超节点路线万卡级集群，规模化运营万卡级集群，规模化运营代表能力：高延迟携|集群调度|弹性扩展|统一运维多服务器高速互连，形成超节点多服务器高速互连，形成超节点代表能力：高速互连|低时延通信|统一调度|高效协同代表能力：算力性能|能效比|延迟接口|软件生态超节点能力示例(华为)15488卡超节点规模持续跃升：超节点规模持续跃升：384卡→8192卡→15488卡度电算力价值成为关键度电算力价值成为关键度电算力价值=任务完成规模×有效利用率+电力消耗度电算力价值=任务完成规模×有效利用率+电力消耗体系能力决定最终竞争力单点优化(以单芯片为核心)体系协同散热网络(芯片-网络-调度-散热网络供电调度同等100MW供电条件下(示意)■超节点协同部署(体系化方式)可支撑任务规模(相对值)有效算力产出(相对值)形态升级AI正从“简单问答”走向“自主Agent”从聊天型交互升级为多步骤任务执行复杂任务带来上下文滚雪球堆叠需求外溢OpenClaw带动Agent应用热度上升万亿+50%86420周调用量Token消耗放大2025年11月首次发布2013年3月首次发布2005年4月首次发布①中国模型加速出海②Token出海=数字化出口潜在带动电力需求2026年2月第二2026年2月第二周按处理量计费，实现算力与电力的电力需求·若全球日均Token调用量达到千万亿级，对中国电量的潜在拉动可能超过10%近一年全球上榜大模型每周调用量趋势2026年2026年02025-032025-052025-072025-092025-11对标价格基准测试接近国际头部水平输入价格输出价格1.1.1美元2.55美元2.55美元25美元25美元16.7倍数据来源：0数据来源：0penRouter现状关键场景扩散效应数据中心用电大模型训练推理、AI用电辐射芯片、有色金属、持续上升万卡级集群电力装备、智能应用i2030年算力中心用电量达到约8000亿千瓦时，占全社会用电6%电力需求为何持续抬升训练+推理持续扩张万卡集群推高区域峰值负荷算力出海带动本土电力需求(亿千瓦时)4,0002019-2025年我国数据中心和全社会用电规模及增速6.86.8202420248402030年三种情景预测(亿千瓦时)0201920202021202220232024202520262027202高情景约中情景约低情景约数据中心用电量全社会用电量全社会用电量增速低情景数据来源：国家能源局、中国信通院目录2电网面临的几个关键问题算电协同规划面临周期错配问题算电协同规划面临周期错配问题30-100+千瓦/柜先进制程芯片功耗密度持续攀升单柜功率大幅跃升规划周期错配6个月12个月18个月扩容周期扩容周期局部电网供电压力急剧上升低接入电压等级高供电接入等级持续上移扩容慢案例与外部数据ERCOERCOT案例(2024-2025)数十GW巨大接入时间到2030年，智算中心规模化发展为电力系统带来新的安全风险智算中心规模化发展为电力系统带来新的安全风险大规模算力中心连锁脱网典型案例：美国弗吉尼亚(2024,07.10)●230kV线路递雷器故障，82s内6次重合闻频率升至60.047Hz,电压升至1.07p.u.kmedlutey图：负荷损失时阙的频率曲线35193464667典型案例：美国中西部(2023)●大型数据中心有功功率以1Hz频率注入角扰动●每次扰动激发约11Hz衰减振荡任务节拍叠加设备自然模态短时电压暂降一UPS/整流器保护系统频率、电压反向跃升负荷规模增大/工况变化→UPS/PFC呈负阻尼→与电网阻抗及无功设备动态耦合振荡跨越次同步、超同步至高频(10Hz—数kHz)GPU集群同步并行一计算一通信一存储切换→MW级周期援动与快速爬坡任务节拍与电网模态重合时，风险进一步放大算力中心实际运行容量存在闲置算力中心实际运行容量存在闲置电源1电源1所绿电直连下的电网资源配置压力绿电直连下的电网资源配置压力电量替代不等于容量替代情景：负荷刚性，缺少有效储能与负荷调节支撑功率——数据中心负荷新能源直供预留兜底容量示意曲线，非实测数据；新能源直供+电网取电=数据中心负荷新能源大发时新能源大发时电网容量利用率下降区域内新能源同时大发，新能源消纳外送压力增大新能源欠发时新能源欠发时电网取电回升至高位区域内新能源同时欠发，电网兜底和调节压力增大不同负荷：能不能调、怎么调?算力负荷调节面临三类成本约束错峰、迁移、断点续训小时一跨日高实时推理用户驱动、低时延低持续运行、访问随机节能模式、任务迁移分钟一小时较低制冷系统预冷、蓄冷、温度设定分钟一小时中响应快、能量有限充放电、削峰秒一小时高负荷管理系统：50-200万元UPS及储能改造：100-500万元蓄冷系统增容：200-800万元电力监控接入：30-100万元新增储能：800-2000元/kWh算力调度：功训练中断推理性能下降改造约占原系统大模型单次训练储能放电：制冷调节：成本可达·削峰参与的机会成本可能高于补偿收益。什么时候调?关键取决于时间尺度什么时候调?关键取决于时间尺度推理功率控制实际可调量受SLA、实时性、数据安全、温控边界和设备寿命约束训练错峰/任务迁移负荷画像算力中心高比例绿电消费面临多重难题算力中心高比例绿电消费面临多重难题结构性矛结构性矛盾新能源发电波动性晚高峰无光低谷风大、晚高峰无光功率(兆瓦)现实短板需求增长现实短板需求增长政策刚需企业不愿为“绿色属性”支付额外成本企业不愿为“绿色属性”支付额外成本《关于2025年可再生能源电力消纳责任权重及有关事项的通知》出口导向型企业其他算力需求主要在东部，绿电资源主要在西部出口导向型企业其他算力需求主要在东部，绿电资源主要在西部2025年各省(自治区、直辖市)电解铝行业绿电消费比例跨省通道占比高、市场化灵活调节空间小、规则不统一2026-2035年绿电消费比例绿电消费要求绿电消费要求数据中心绿电消费已成刚性需求供需错配市场机制成本高、交易受限新能源波动与负荷稳定性矛盾目录目录33促进算电协同的有关思考国家能源局提出：按照“以电强算、以算促电”要求，多维度推进算电协同。规划布局协同●西部：算力枢纽+大型新能源基地协同建设●东部：分布式算力与分布式电源、微电网、虚拟电厂协同规划西部地区西部地区东部地区国家算力枢纽数据中心集群分布式算力分布式电源大型新能源基地协同规划一体布局协同电网建设微电网虚拟电厂就近响应本地算力需求政策体系协同●支持参与绿电、绿证交易●鼓励作为灵活性调节资源参与电力市场运行调节协同●时延容忍度高任务：主动适配电网调峰需求●依据任务特征与调节潜力，优化算力负荷安排绿电直连绿证交易电力市场互动强化算电协同布局西部|绿电就地转化为绿色算力绿电专变/西电西用|)降低算力用能成本风光储算一体化绿电流现货市场协同现货市场协同核电海上风电分布式光伏微网“绿电+智算”融合园区低时延高附加值绿电直连/绿电聚合动态衔接算电规划建设周期动态衔接算电规划建设周期(万千瓦)(万千瓦)线路增补/线路增补/选址定容|承载能力|系统强度备用|调频|调压|阻尼发挥储能支撑平抑作用发挥储能支撑平抑作用时间(小时)上游扰动穿越|局部故障隔离|短时备用上游扰动穿越|局部故障隔离|短时备用缓冲网侧扰动|故障穿越|不间断供电---上游供电中断---上游供电中断一机架输出电压(维持)---电网电压(跌落)一UPS输出电压(维持)时间瞬时功率尖峰一级缓冲1一电容输出功率(平滑)时间(毫秒)氢储能/燃料电池：健全算力负荷调节机制和标准健全算力负荷调节机制和标准建立算力任务分级分类标准低总表计量总表计量基线负荷基线负荷时间尺度(响应差异)负荷(功率)