算电协同技术白皮书

算电协同技术白皮书 版权声明 本白皮书版权属于北京邮电大学、紫金山实验室所有并受法律保护，任何个人或是组织在转载、摘编或以其他方式引用本白皮书中的文字、数据、图片或者观点时，应注明“来源：北京邮电大学、紫金山实验室等”。否则将可能违反中国有关知识产权的相关法律和法规，对此北京邮电大学、紫金山实验室有权追究侵权者的相关法律责任。 编写说明 主编单位： 北京邮电大学、紫金山实验室 参编单位： 国网山东省电力公司信息通信公司、国网山东省电力公司青岛供电公司江苏省未来网络创新研究院、江苏方天电力技术有限公司中国电力科学研究院有限公司、中国联合网络通信有限公司研究院 指导专家： 刘韵洁黄韬张鑫谢人超田鹏王勇蒲天骄曹畅邢宏伟李勇李明李宁严莉陈琛魏亮 参编人员： 唐琴琴贾庆民文雯李硕孙思齐李敏宽张岩牛德玲王云霄黄华刘子雁刘学王新惠于文洁程辉韩然侯路汪洋王晓辉吴春鹏王子涵黄祥吴媚贾雪琴汪硕刘辉王立文邵子豪王志浩王文正徐宏亮谢高畅沈薇 前言 在数字经济与能源革命深度融合的时代背景下，算力与电力的协同发展正面临前所未有的机遇与挑战。随着5G、人工智能、工业互联网等新一代信息技术的迅猛发展，全球算力需求呈现爆发式增长，2023年我国算力总规模已达230EFLOPS，智能算力增速高达45%。然而，这种增长也带来了严峻的能源问题，全国数据中心年耗电量突破1500亿千瓦时，占全社会用电量的1.6%，单次AI大模型训练的能耗相当于数百个家庭年用电量。与此同时，我国电力系统正在经历深刻变革，新能源装机占比已突破50%，但“弃风弃光”与东部电力短缺并存的结构性矛盾日益凸显。这种算力需求激增与能源转型的双重压力，使得构建高效、低碳的算电协同体系成为实现“双碳”目标的关键路径。 当前算电协同发展面临诸多现实挑战。在资源匹配方面，算力基础设施主要集中在东部负荷中心，依赖化石能源供电，而西部新能源富集区却面临算力需求不足的问题，影响了绿电的消纳。在系统协同层面，算力调度以性能优化为导向，电力系统则以稳频调峰为目标，二者缺乏统一的优化框架，造成新能源利用率损失3%-5%。技术层面，算力系统的异构性与电力系统的波动性难以通过传统控制模型实现兼容，跨域协同效率低下。这些问题的存在严重制约了算力产业与能源系统的协同发展。 本白皮书详细介绍了算电协同的发展背景、基本概念、功能架构、关键使能技术等；同时，分析了算电协同典型应用场景、生态 建设，并探讨了算电协同面临的技术挑战和未来发展方向。我们期待本白皮书能够为政产学研各界提供系统性参考，推动算力网络与新型电力系统从简单叠加走向深度融合，最终实现“绿色算力赋能数字经济，高效能源驱动算力革命”的美好愿景。 目录 一、算电协同发展背景........................................................................................1 1.1技术业务发展，驱动算力电力协同变革..........................................11.2国家政策规划，推动算力绿色低碳转型..........................................31.3行业实践进展，加速算力电力协同创新..........................................51.4算电协同愿景，构建比特与瓦特的智能闭环..................................8 二、算电协同功能架构及关键使能技术........................................................11 2.1算电协同功能架构............................................................................112.2算电协同关键使能技术....................................................................142.2.1多元异构算力适配纳管........................................................152.2.2多能互补电力协同调度........................................................162.2.3算电协同感知模型构建........................................................172.2.4高可靠确定性网络承载........................................................182.2.5生成式智能化决策控制........................................................192.2.6全周期高实时数字孪生........................................................222.2.7多要素高可信算电交易........................................................24 三、算电协同典型应用场景............................................................................26 3.1算随电调，助力电力新能源消纳....................................................263.2电随算用，满足算力新负荷需求....................................................29四、算电协同生态建设....................................................................................334.1电力侧发展与绿色转型.....................................................................334.1.1优化可再生能源供给体系.....................................................334.1.2完善供需动态平衡机制.........................................................354.1.3提升算力产业支撑能力.........................................................354.2算力侧规划与能源协同.....................................................................374.2.1规划与布局算力基础设施.....................................................374.2.2构建算力-电力接口技术.......................................................384.3平台侧建设与功能优化.....................................................................404.4用户侧协同与服务创新.....................................................................424.4.1推进需求侧响应模式.............................................................424.4.2创新算力能源交易模式.........................................................44 五、技术挑战与未来方向................................................................................475.1技术挑战.............................................................................................475.1.1系统复杂性，算电协同的纳管挑战.....................................475.1.2资源动态匹配，协同控制的核心难题.................................485.1.3能效瓶颈，电力侧的关键制约.............................................485.1.4安全与可靠性，交易机制的基础挑战.................................495.2未来发展方向.....................................................................................505.2.1智能调度技术从单目标优化迈向多模态协同，推动算力网络向全域资源动态匹配演进...................................................................505.2.2绿色计算技术从能效提升转向全生命周期减碳，零碳数据中心架构加速普及...................................................................................515.2.3边缘计算与微电网从独立部署走向深度耦合，构建区域性能电自平衡单元.......................................................................................525.2.4政策体系从单一激励升级为多维生态构建，算力-电力协同治理框架初步成型...................................................................................535.2.5量子计算与AI大模型赋能调度系统，突破传统优化算法的算力瓶颈...............................................................................................545.3算力电力协同发展建议....................................................................55参考文献............................................................................................................58 一、算电协同发展背景 随着全球数字经济与能源革命的深度融合，算力与电力的协同发展已成为推动“双碳”目标实现的关键路径。本章将从技术业务发展、国家政策规划、行业实践进展和协同愿景四个维度，系统阐述算电协同的发展背景与战略意义，为后续章节的技术架构与应用场景奠定基础。 1.1技术业务发展，驱动算力电力协同变革 随着全球数字经济进入高速发展阶段，算力已成为继热力、电力之后的新型生产力，在人工智能、元宇宙、工业互联网、自动驾驶等前沿领域发挥着关键