2026数据中心节能降碳之算电协同背景技术实践和展望报告.pdf
本文档是北京理工大学王永真教授关于“数据中心节能降碳之算电协同：背景、技术、实践和展望”的报告。报告核心内容可概括为以下几个方面：
**一、背景：新时代的核心生产要素与国家战略**
* **信息与能源并列为核心生产要素：** 随着数字化深入，信息（比特）与能源（瓦特）、物质（水）并列成为现代社会发展的基础要素，信息消费指数级增长驱动算力需求爆发。
* **国家战略高度重视：** “十四五”规划、政府工作报告均明确提出实施算电协同等新基建，加强全国一体化算力监测调度，推进数字基础设施节能降碳。
* **数据中心成为“用电大户”：** 数据中心能耗快速增长，已成为“无烟囱的电老虎”，其能耗在全社会用电量占比持续增加，特别是局部地区已超过10%。
* **中美对比：** 我国数据中心能耗占全社会比重显著低于美国，但算力基础设施能耗对比显示，我国单位算力碳排是美国的3倍以上，这与我国火电占比高、算力功耗比差、PUE大有关。
**二、技术：提质增效的四部曲——从设备级到系统级，再到协同优化**
* **节能低碳1.0：设备级“高效节能”遇到天花板：** 主要通过设备本身的能效提升，但已逼近技术瓶颈。
* **节能低碳2.0：系统级“高效节能”：** 基于热力学第二定律，通过梯级利用、热电联产、余热回收等方式，实现系统级能效提升，构建算力综合能源系统。
* **节能低碳3.0：规划设计→运行优化：** 强调从运行阶段思考设备间的动态匹配关系，实现多系统多目标互动，通过算效-电效-热效协同实现低碳、低成本、高能效。
* **节能低碳4.0：算力时空跨区域调度与匹配：** 打破时空错配，实现区域级“规划布局”上的“高效利用”，推动“东数西算”等战略，实现可再生能源的优化利用和低碳运行。
**三、实践：多主体博弈经济账——国内外行动与国内工程**
* **全球行动：** Google、Microsoft、Facebook 等巨头均在进行算电协同的相关实践，如基于碳强度的算力调节、参与电网辅助服务等。
* **国内行动：** “东数西算”工程、全国一体化算力网建设、示范工程（设计阶段与运行阶段）以及相关平台（北京数据中心能耗监测平台、国家超算互联网平台、全国一体化算力网服务平台）的建设，推动了算电协同的发展。
* **我国算电协同面临的问题：**
* **共性问题：** 多主体壁垒、算力画像难构建、算力定价不对称。
* **跨区域算电协同：** 规模小、体量少。
* **绿电直连算电协同：** 绿电占比低，经济性问题突出。
* **热控问题：** 不敢调、不能调、真假灵活性。
* **挑战：** 算力迁移的驱动力不足，碳约束作用尚未凸显；算力市场的供需不对称，算力画像难构建；绿电直连成本高；缺乏统一的算力交易平台。
* **解决方案：**
* **“算-电-碳”多市场平权博弈：** 动态碳成本、时空稀缺成本。
* **算力业务多维画像：** 构建底层的算力业务画像。
* **算力电力画像：** 关注用电量监测及波动性。
* **加强系统科普：** 形成全行业算电协同的理念共识。
* **加强相关术语与标准建设：** 构建统一的术语体系、标准体系。
* **加强算电协同相关评价体系。**
* **强化全栈控制：** 实现安全可控的算电协同，底座是“算冷全栈的热控”。
**四、展望：发展对策与思考建议**
* **培养“算电协同”多学科交叉及人才研究：** 解决跨学科、跨行业的知识及协同壁垒，以电力-算力-热力-碳力协同为载体，深化产学研合作。
* **从设备供应方向多链条解决方案服务商转变：** 鼓励从设备供应思维转变为系统级的解决方案提供商。
* **建议：**
* 扩大算电协同试点示范，鼓励百花齐放。
* 实行token计费（绿色、灰色、黑色token？），体现算力产品的商品特性。
* 构建底层的算力业务多维画像。
* 算力的电力画像——用电量监测及波动性。
* 加强系统科普，形成全行业算电协同的理念共识。
* 加快算电协同相关术语建设。
* 加快算电协同相关标准建设。
* 加快算电协同相关评价体系。
报告强调，算电协同的最终目标是实现“能源强国+网络强国+算力强国”，以绿色、安全、可靠、普惠的算力服务，推动数字经济高质量发展。
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