当前，算力需求激增与数据中心能耗矛盾凸显，我国数据中心用电量预计2030年达4500亿千瓦时，在“东数西算”等战略引领下，我国正探索绿电直连等模式推动电算协同。然而，高密化集群、新能源并网及跨区调度对供电架构与电网稳定提出新挑战，亟须顶层设计统筹规划与技术创新，通过“算力—电力”源端协同、构建调度联动机制等举措，推动电算协同从“简单互动”迈向“深度耦合”。
当前，人工智能正以前所未有的速度重塑全球竞争格局。算力即国力，大规模算力是增强国家核心竞争力的关键，数据中心作为支撑算力服务的核心基础设施，其规模扩张与能源消耗之间的矛盾已成为全球可持续发展面临的关键挑战。
据国际能源署（IEA）统计，2024年，全球算力中心用电量已达4150亿千瓦时，预计2030年将达9450亿千瓦时。我国数据中心用电量预计将从2024年的1000亿千瓦时激增至2030年的4500亿千瓦时，占全社会用电量的比重将升至3.5%，年均增速约25%，远高于全社会用电量4.6%的增长速度。然而，算力增长无止境，能源供给又存在瓶颈，如何破解算力中心发展困境、保障能源可靠供给是世界各国亟须解决的难题。
纵观全球，主要经济体依据自身禀赋探索了绿电直连、能效控制和电算协同等不同应对路径。美国采取“市场主导+能源争夺”策略，通过投资与协议锁定稳定电源，形成了短期依赖气电过渡、长期锚定核电、绕过公共电网的供电模式。欧盟聚焦“能效优先+绿色合规”模式，通过《欧洲绿色协议》强制要求数据中心披露碳足迹，限制高耗能数据中心扩张，鼓励边缘计算与算法优化。日本提出“瓦特—比特协同”战略，推动数据中心从过度集中的东京、大阪等都市圈向北海道等可再生能源富集的地区分散布局。
我国发挥“国家统筹+基建先行”优势，加速构建算力协同创新体系与绿色低碳发展路径。一方面，战略布局已然清晰。2021年5月，《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》规划了八大算力枢纽和十大集群，深度融合“东数西算”与“西电东送”国家战略。2024年7月，《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》等文件出台，明确实施一批算力与电力协同项目，探索绿电直连、“绿电聚合供应”模式，推动实现“绿色瓦特”支撑“规模比特”的目标。另一方面，多元实践探索纷呈。甘肃庆阳、河北张家口、宁夏中卫等地区采用“源网荷储一体化”的“绿电聚合供应”模式，为数据中心集群提供稳定可靠的绿电电力；内蒙古乌兰察布中金数据中心采用绿电直连模式，为数据中心提供高比例、可溯源的绿电供应。上海电力股份有限公司和中国电信集团有限公司通过动环系统调控、跨省域算力任务调度，验证了数据中心虚拟电厂参与电网辅助服务的可行性。
然而，随着算力规模呈指数级增长和应用形态的深刻变化，电算协同正面临着供电架构、区域稳定和跨区调度等系统性挑战。
一是算力中心高密化与集群化发展，对供配电与散热系统带来新的挑战。数据中心单体机柜由4~6千瓦向40~80千瓦，甚至兆瓦级演进，算力集群建设规模也不断扩大，其内部面临配电架构输送功率不足、传统散热方式达到极限等挑战，外部面临电网承载能力与电能质量稳定控制的挑战。
二是“新能源+数据中心”联合体模式兴起，对电网安全稳定运行带来新的挑战。在国家发改委、国家能源局系列政策引导下，新能源和数据中心的布局优化和协同运行正走向规模化实践，绿电直连、绿电聚合供应等“新能源+数据中心”联合体逐渐兴起，大规模有源负荷集群并网后对区域电网安全稳定运行带来新的挑战。
三是国家算力基础设施建设不断完善，算力任务调度与电力调度协同面临挑战。国家数据局牵头推进全国一体化算力网建设，国家级、省级算力任务调度平台相继投运，接入算力资源不断增长，调度范围从单一数据中心扩展至跨省市、跨运营商，大规模算力迁移造成大功率电力波动与转移，对电力调度模式带来新的挑战。
面对上述挑战，亟需进行体系化、制度化的顶层设计和技术创新，推动电算协同从“简单互动”迈向“深度耦合”。
一是强化规划引领，实现“算力—电力”源端协同，将大型数据中心集群作为关键负荷，纳入国家及省级能源电力发展规划。尤其是在“东数西算”枢纽节点，超前规划建设坚强、柔性的配套电网，并探索将储能、应急电源作为数据中心集群的必备基础设施进行一体化配置。同时，健全“算力能效”与“绿电占比”双控准入机制，从源头引导绿色、高效发展。
二是构建联动机制，破除“算力任务调度—绿色电力调度”壁垒，建立健全算力和电力两大行业常态化联动机制。推动算力任务调度平台与电力调度平台信息互通、协同决策，实现算力迁移“先知电量、后调算力”，电力调度“预知负荷、提前准备”，确保两大基础设施调度体系同频共振。
在技术创新方面，电力科研机构应积极联合算力企业、科研院所、高等院校、设备制造商等主体，一是加强各方协作，攻关“电算协同”关键技术，重点突破电算时空映射模型、高比例新能源可靠供电、跨区域电算协同调控算法等关键技术，研制首版首套算力集群“电—算协同”调控系统，研发算力中心新能源可靠供电首台套装备，制定电算协同领域国家标准。二是推动示范项目落地，探索电算协同新模式，积极推进国家能源局新型电力系统试点算力与电力协同项目建设，在西部新能源富集区及东部算力密集区因地制宜规划绿电直连、分布式绿电聚合供应、跨区电算联合调度等典型场景示范工程，完善绿色电力交易与消纳保障机制，打通绿电消费认证与核算堵点，激励数据中心主动消费绿电。总结试点经验，形成可复制的电算协同新模式。
（作者系国网北京市电力公司电力科学研究院院长、党委副书记）
