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产业之声 | 算电协同:全球AI基础设施竞争的“第二战场”

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本文作者

阿里云科技研究中心:罗治兵、安筱鹏

阿里云采购部碳管理与能源采购团队:毛宏举、黄光舟

阿里云基础设施事业部:郑晨

全球AI大模型发展已进入算力竞速的关键阶段,随着大模型训练和推理所需的计算资源快速增长,传统的电力供应模式,已难以满足AI基础设施的能源等发展需求。在此背景下,算电协同作为支撑AI基础设施发展的关键“方案”,正成为全球AI基础设施竞争的“第二战场”。为此,建议进一步优化算电协同政策举措,充分发挥我国能源优势来弥补“算力能效短板”,促进我国AI技术产业的高质量发展。


一、能源已经成为全球AI竞争的关键要素

AI已经成为全球数字技术竞争的制高点。目前,全球计算范式正在发生新一轮重大变革,即从CPU主导的计算体系,向GPU主导的AI计算体系迁移,AI基础设施成为参与全球AI竞争、赢得AI战略主动的关键。从全球看,智算集群规模正从万卡走向10万、百万卡,这是因为超大规模集群是训练国际先进基础模型的必备设施。如果我国没有超大规模集群,参与全球AI竞赛就仿佛是“三轮车”和“汽车”在同一赛道竞争。

建设超大规模智算集群,是一个复杂的系统性工程,不是万卡设备的简单堆砌和连接,而是需要芯片、服务器、网络设备、调度软件、模型等的紧密配合,以及对存储、GPU、基础算子底层代码、网络通讯原语等进行系统性优化。直观上理解,智算中心不是建设“二层小楼”,而是建设迪拜哈利法塔这样的世界级“摩天大楼”。除了技术上的极高要求外,智算集群建设也面临物理条件的限制,其中最大的瓶颈就是能源。

从要素供给看:能源已经成为智算集群的核心“生产要素”。近日,OpenAI CEO萨姆·奥尔特曼(Sam Altman)认为“未来十年,谁掌握智能和能源,谁就赢”。OpenAI预测,到2030年美国将需要约50吉瓦(GW)的新增电力产能,以支持AI行业的迅猛发展。英伟达创始人黄仁勋表示,人工智能数据中心实际上是“AI工厂”,未来的数据中心不再是存储与计算中心,而是生产Token的工厂——输入能源、输出Token。随着越来越多的企业和个人采用AI解决方案,AI基础设施的电力需求将持续攀升。如果说上一轮互联网是“算力+连接”,这一次AI 靠的则是“算力+供电”。智算集群电力容量要求高,虽全年整体负荷较为稳定,但短时负荷往往波动较大。例如,在大模型训练阶段,智算集群在数天或数月时间内处于持续满负荷工作,这对电力供给的持续性、稳定性提出了更高要求。因此,如果没有国家级的能源供给保障,AI就难以持续进化突破。


从要素成本看:电力成本已是智算集群最大的运营成本。中国信通院数据显示,电力成本占数据中心运营总成本的60%-70%。随着通用计算加速转向AI计算,电力成本的占比也将进一步提升。GPU服务器的功率通常是CPU服务器的数倍,这意味着GPU服务器的高功率,将显著增加数据中心的散热系统能耗和总体能耗。以单体部署10万块英伟达H100 的GPU算力集群为例,其功耗超过130兆瓦(即13万千瓦),约等于10万个美国家庭的用电量。


二、能源优势是弥补我国“算力能效短板”的重要支撑

(一)美国AI芯片和模型均处于优势地位,但电力供应存在较大短板

AI芯片是大模型训练的算力基石。美国在AI算力方面的明显优势,是美国AI模型持续全球领先的重要基础。目前英伟达GPU占据了AI训练芯片约90%的市场份额,微软、亚马逊、谷歌、OpenAI等也在推进自研AI芯片量产。国产AI训练芯片尚处于起步阶段,与国际先进水平差距较大。除芯片计算性能差异外,国产AI芯片的能效(TFLOPS/W)差距也很大,这意味着国产芯片单位算力往往需要更多的能源消耗。当前,国产主流AI芯片的能效尚不足1,而英伟达B200和H100芯片,能效分别达2.25、1.4,其中B200能效是大多数国产AI芯片的2倍以上。此外,考虑集群组网技术等因素后,我国与国际一流智算集群之间仍存在明显的能效差距。


美国在AI芯片、模型等方面均处于优势地位,但在电力供应方面存在较大短板。美国电力基础设施较为陈旧,大面积停电情况时有发生,且输电能力增长缓慢。对美国而言,一方面是急剧增长的AI大模型用电需求,一方面是陈旧且脆弱的电力网络。美国AI产业界也对电力供应表达担忧。近日,谷歌前 CEO 埃里克·施密特(Eric Schmidt)表示“我们没法再训练下一个 AI,不是因为技术跟不上,而是我们国家的电不够用了。” 北美电力可靠性公司(NERC)的报告指出,数据中心等新兴负荷的快速增长已对电网的规划和稳定构成“前所未有的独特挑战”。美国战略与国际研究中心也指出,电力供应已成为限制美国AI计算能力扩展的最紧迫约束。

(二)我国能源优势显著,能够有力弥补“算力能效短板”

一是能源资源丰富、产业优势明显。我国煤炭、水力资源丰富、不仅是全球最大的煤炭生产和消费国,也是世界上最大的水电生产国之一。同时我国可再生能源快速发展,已经成为全球最大的风能和太阳能设备制造国,显示出强大的生产能力和发展潜力。截至2024年底,中国风电装机约5.1亿千瓦,年度新增装机全球占比在40%以上。此外,我国在能源产业方面还拥有后发优势和规模效应。在许多能源技术领域(如可再生能源、核能、超高压输电),我们利用后发优势,坚持技术创新和最新标准,叠加中国强大的制造业产能,在多个能源领域实现了技术、规模双重领先。例如,在光伏产业方面,中国已经掌握从多晶硅、硅片、电池片到组件的完整产业链,在全球市场上的份额分别达到了78%、97%、85%和75%,形成难以撼动的竞争优势。

二是能源体制机制具备独特优势。一方面,我国能够通过长期规划和强有力的政策支持来推动能源行业的发展。例如,“十三五”、“十四五”规划中均提出要构建现代能源体系,在大型清洁能源基地、沿海核电、电力外送通道、电力系统调节等方面均设立重大工程项目,具有明显顶层设计优势;另一方面,我国项目决策过程、工程建设速度具有显著优势。大型基础设施项目(如特高压输电线路、核电站)可以迅速推进和铺开。例如,目前在运营和建设中的核电机组数量已达102台,过去三年年均批准核电机组建设数量超过10台,建设周期在5-6年,而美国以2023年投运的沃格特尔核电站为例,从开工到运营耗时近20年。

三是电价长期看有望形成较大优势。短期看,美国在工业电价方面更具优势。但从长期看,我国电价仍具备形成优势的诸多良好条件。首先,发电成本持续降低。随着可再生能源如光伏组件、风机等技术的持续创新,成本的持续下降,加上中国制造业的规模效应,发电成本有望进一步降低。国际可再生能源署(IRENA)报告指出,过去10年,全球风电和光伏发电项目平均度电成本分别累计下降超过60%和80%,降幅明显;其次,电力市场体系日趋完善。目前全国绝大部分省份均建立了省级电力市场机制体制,国家还要求在2025年底前基本实现电力现货市场全覆盖,这有助于实现更高效的资源配置,稳定终端电价;最后,电价机制逐步完善。2025年初,国家发改委发布136号文,提出“机制电价”政策,完善机制保障市场主体收益,近期部分省份执行细则也陆续出台,可再生能源项目仍有12-20年的机制电价保障,为可再生能源发电项目长期稳中有降提供了政策保障。


三、算电协同是AI时代发挥我国能源优势的重要路径

从未来趋势看,算电协同拥有巨大的发展潜力,有助于充分发挥我国的能源优势,支撑我国AI技术产业创新发展。具体而言:

一是,算电协同有助于解决能源供给与算力需求之间的矛盾‌。随着AI技术的快速发展,算力需求急剧增加,据估算,到2030年GPU算力集群的用电量将占全国用电量2.7%,接近重点用能行业规模,年复合增长率接近50%;而与此同时,我国新能源装机容量持续维持高增长,2024年,光伏和风电装机容量分别同比增长45.2%和18%;高增长负荷需求和高增长发电装机形成天然的匹配关系,而且算力中心全年稳定的负荷特性能够支撑核电、水电、光伏、风电等多种能源供给的组合形态,是极其优质的可再生能源消纳主体。在这一背景下,国家层面政策也明确提出统筹推动算力与绿色电力融合,加强大型风光基地和算力枢纽节点的协同联动,确保新建数据中心绿电占比超80%‌。


二是,算电协同有助于优化资源配置、提升能源使用效率‌。通过算电协同发展,可以实现电力与算力的优化配置,提高能源使用效率,降低我国数据中心的整体运营成本。例如,通过构建“源-网-荷-储“一体的新型基础设施体系,打破能源与算力的单向供需关系,可以形成“电力支撑算力发展、算力优化电力效率、双向赋能产业升级”的动态闭环‌。目前仍有部分地区存在电网送出断面导致的弃风、弃光、弃水现象,算力中心在部分“东数西算”节点及其附近区域,与可再生能源富集区域和发电大基地高度重合,可通过绿电直连等方式,将算力中心的用电需求与绿电发电项目进行匹配,能够有效提升可再生能源的消纳比例。

三是,算电协同有助于促进AI技术创新和产业应用。通过算电协同,可以推动新型电力系统的发展,使其成为未来新型电力系统的重要调节能力来源。DeepSeek、Qwen等开源AI模型因其低成本、高性能优势,在能源行业得到加速部署,有力推动传统能源调度运营的智能化发展‌。国家电网有限公司发布的多模态行业大模型——光明电力大模型。该模型作为能源电力领域的人工智能“专家”,为电网安全稳定运行、促进新能源消纳、做好供电服务提供“超级大脑”。以往电网调度员处理新能源电源接入配电网,需要提前做电网运行分析、编制负荷转供方案,工作量很大。AI能够帮助调度员快速获取电网数据,并结合气象预报智能预测新能源发电功率和用电负荷波动,一键生成调度方案。


四、算电协同发展面临的主要问题与建议

(一)算电协同发展存在的问题

一是目前算力负荷与新能源资源布局仍存在差异。目前八大枢纽节点的新能源资源分布不均衡,大量算力需求来自新能源资源匮乏的东部地区,而由于枢纽节点间电力传输物理条件和电力市场政策条件的限制,算力中心高比例绿电应用仍存在一定困难。

二是绿电获取成本仍有改善空间。绿电直连已有国家顶层政策支持,但此模式下电价计算机制尚不明确、仍未有定论,当前亟需明确如何平衡用户就地消纳成本降低诉求、和电网建设成本回收诉求,形成贴合实际并符合各方诉求的最优解,促进算电协同帮助当地新能源项目提高消纳率和发电效率。

三是能耗抵扣和能耗指标等政策仍待完善。当前,绿电交易与碳排放的衔接机制尚不完备,实践中无法形成“购买绿电——抵扣能耗”的完整闭环。同时,部分地区智算中心能耗指标获取仍有困难,智算中心作为AI时代的基础设施底座,承担着大模型训练、推理等计算任务。然而,一些智算中心项目虽处于“东数西算”节点,但由于在起步区之外,存在能耗指标获取难问题,制约我国AI产业的发展。

(二)促进算电协同发展的建议

近期,国家层面密集出台政策,支持算电协同发展:2025年5月21日,国家发改委、国家能源局发布了《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》,在明确物理直连、投资主体、余量上网交易、费用缴纳等方面,都有了明显的突破,为企业用好政策指明了方向;2025年5月23日,国家能源局发布了《关于组织开展新型电力系统建设第一批试点工作的通知》,将算力与电力协同作为第一批试点方向。当前,为进一步促进算电协同发展,建议如下:

一是优化算电协同的规划布局和建设节奏。在新能源资源丰富的国家算力枢纽节点,可考虑出台鼓励措施,优先布局算力中心集群。由于八大枢纽的新能源资源分布不均衡,对于枢纽节点内的GPU集群在优先消纳本地新能源后的不足部分,通过探索扩大跨区跨省绿电规模、放开绿电交易点对点政策限制等来满足集群绿电需求;此外,算力集群的用电特性受建设进度、业务节奏等多方面因素限制,普遍滞后于可再生能源基地建设,在建设节奏上,要将算力集群建设与可再生能源基地建设有机结合,以算力集群用电量上升节奏为基准,进而调整并网装机容量,形成效率成本最优的算电协同建设体系。

二是推动源网荷储、绿电直连等政策与算电协同的深度结合。从项目范围看,优先支持将GPU智算集群作为“源网荷储”、绿电直连等项目的负荷进行项目申报,优先安排开发指标,提升绿电长期稳定供给,同时将枢纽节点等重点区域的存量算力中心纳入申报范围;从项目消纳看,支持新能源项目配合算力中心负荷节奏,灵活调整项目并网周期及发电计划,放宽负荷上升过渡期的上网电量比例,打通算电协同项目落地的“最后一公里”;从项目调度看,充分考虑算力中心对供电稳定性的高需求,细化区分运行管理界面,分类分级开展项目观、测、调、控,有效平衡负荷侧的供电稳定性和电网调度需求,在确保新能源项目稳定运行的前提下满足调度机构的整体要求。

三是加快制定贴合实际的绿电直连电价机制。探索建立合理平衡的绿电直连电价机制,在可再生能源项目优先供给、余电上网,算力中心全量消纳、大网兜底的大框架下,放开发电侧发电量限制,鼓励提升发电效率,探索输电侧成本分摊机制,在输配电价、容量电价、系统运行费等类目中制定合理的计算原则,保障电网建设成本回收的同时有效降低终端电价。

四是加快完善算力中心的能耗指标政策。建议扩大“东数西算”起步区范围,增加覆盖面,提升能耗单列政策的实际效果。同时,建议细化数据中心分类,对于自用、有业务基础、产业带动效果好的算力中心集群,予以能耗指标倾斜支持。

版块介绍 —产业之声

紧跟产业发展脉搏,阿里研究院汇集行业领袖与企业的真实声音,在算力基础设施的规划与布局、能耗优化、大模型能力发展、大模型评测体系、产业应用案例深入研究、新技术与应用趋势前瞻探索等方面,剖析成功案例背后的逻辑与挑战,并提供基于产业深度洞察的策略建议。同时,阿里研究院依托于阿里巴巴集团在人工智能领域的全面布局,分享阿里的AI产业生态和应用的实践落地,探讨技术如何重塑产业格局并推动社会经济的转型升级。

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