比特与瓦特协奏曲：如何奏响算力与电力深度融合的新乐章

编者按：AI的尽头是算力，算力的尽头是电力。随着AI规模化应用与智算集群加速建设，算力用电需求爆发式增长，算电协同成为能源转型与数字经济发展的交汇点。2026年，算电协同被写入政府工作报告，算力与电力产业走向深度融合。为此，本期《通信世界》推出专题“算电协同：谱写比特与瓦特协奏曲”，探讨算电协同的关键技术、实施路径、典型案例等，为算力与电力基础设施协同共建提供产业参考。

随着人工智能技术规模化应用与智算集群加速建设，我国算力用能需求快速增长，算力与电力两大产业正从单向供需关系迈向双向赋能、深度耦合的新阶段。算电协同作为统筹算力和电力基础设施全生命周期的新型基建工程，已成为能源转型与数字经济发展战略交汇的枢纽。

本文基于产业实践、技术应用双重视角，系统梳理算电协同的政策演进和发展逻辑，分析产业发展现状及三类区域差异化实施路径，从能源层、设施层、设备层、平台层、应用层5个维度构建算电协同技术体系架构，最终从制度保障、全域布局、标准体系等6个方面提出发展建议。研究可为推动算电协同高质量发展、支撑新型电力系统与算力基础设施协同建设提供理论参考和实践指引。

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算电协同发展背景

政策体系持续完善，顶层设计不断强化

我国算电协同从空间匹配需求萌芽起步，历经政策交汇相融阶段，将全面进入深度协同新阶段。2020—2022年，“东数西算”工程引导算力西迁，与新能源消纳需求形成共振，催生算力、电力空间匹配需求。2023年12月，“算力电力协同”首次写入国家政策文件，被列为“东数西算”工程重点任务。2024年7月，《数据中心绿色低碳发展专项行动计划》《加快构建新型电力系统行动方案》先后发布，算力侧将算电协同机制正式写入政策文件，电力侧将算电协同纳入电力系统行动方案，绿电占比、能效指标成为刚性约束，协同规划、源荷互动、绿电直连等进入制度化推进阶段。

2025年以来，算电协同战略地位持续提升。2025年6月，《关于组织开展新型电力系统建设第一批试点工作的通知》发布，提出在国家算力枢纽节点和青海、新疆、黑龙江等能源资源条件较好的非枢纽节点地区，协同规划布局算力和电力项目。2026年3月，“算电协同”被首次写入政府工作报告，与超大规模智算集群同步部署；同年4月，首个算电协同专项政策《关于促进人工智能与能源双向赋能的行动方案》发布，以“能源支撑AI、AI赋能能源”为双主线部署6方面任务。至此，算电协同进入体制机制构建与规模化推广并行的关键时期。

算力用电需求激增，绿色转型迫在眉睫

人工智能技术迭代推动算力能耗快速攀升。大模型参数量和训练数据量呈指数级增长。据斯坦福人工智能研究所数据，单次GPT-3训练耗电量达128.7万kW·h，模型参数翻倍将同步推高能耗。我国作为人工智能应用大国，各类智算场景不断拓展，进一步加剧能耗压力。中国信息通信研究院统计数据显示，2025年我国算力中心用电量达1960亿kW·h，同比增长18.1%，远高于同期全社会5.0%的用电增速；2019—2025年算力中心用电量复合增长率达15.5%，算力用电占全社会用电量的比重从1.14%升至1.89%。

展望未来，算力用电仍将保持高速增长。据中国信息通信研究院测算，在AI快速发展的背景下，2030年全国算力中心用电量将超过5000亿kW·h，约占全社会用电量的3.7%；若AI产业爆发式增长，2030年算力中心用电量或将达到7000亿kW·h，占比升至5.3%。结合生态环境部预测的2030年碳排放因子，同时按照2030年算力中心绿电占比不低于全国可再生能源电力总量消纳责任权重平均水平测算，届时算力中心碳排放量将达1.2亿吨。从全球视野看，中国贡献全球电力消费增量的50%左右，算力中心是核心驱动因素之一，能耗和碳排放压力持续加大，倒逼算力与电力协同发展，降低单位算力能耗成为行业紧迫任务。

新型电力系统加快构建，双向协同需求凸显

新能源大规模并网深刻改变电力系统运行特性。截至2025年底，全国可再生能源装机规模达23.4亿kW，约占总装机的60%；当年新增装机4.52亿kW，占全国新增的83%。我国电力系统正从煤电主导的可控连续出力模式，向新能源主导的强不确定性、弱可控出力模式加速转型。据国际能源署研究，可再生能源占比超15%时，电网灵活性调节需求大幅增加；占比超25%后，电网稳定性将面临实质性挑战，系统对柔性调节资源的需求日益迫切。

算力与电力存在双向需求，构成算电协同的底层逻辑。算力侧对电力有四大核心诉求：一是充足可靠，匹配用电规模快速增长；二是安全稳定，保障连续运行、避免业务宕机；三是经济节约，用电成本是盈利状况的关键变量；四是绿色低碳，“双碳”目标下绿电替代成为硬性要求。电力侧同样需要算力支撑：一方面，算力赋能电网全环节智能化升级，应对大量新能源并网带来的复杂性；另一方面，算力中心备用电源、储能、蓄冷等设备具备灵活调节潜力，依托算力任务跨地域迁移可实现负荷时空转移，作为柔性资源参与电网调节。双向需求共同推动两大产业从单向供需迈向深度融合。

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算电协同产业现状及实施路径

产业生态持续完善，协同态势初步形成

我国算电协同正从起步发展迈向深度协同的关键跨越期。经过数年政策引导与产业探索，算电协同已从概念验证进入规模化落地阶段，空间格局持续优化、产业生态不断完善、基础能力稳步夯实。算电协同的定义也得以深化：统筹算力与电力基础设施的规划、设计、建设、运营、维护全环节，通过技术、机制及模式创新，既支撑算力绿色低碳、安全高效发展，又增强电力系统灵活性、提升新能源消纳能力的新型基建工程。

当前，我国算电协同产业整体呈现“算随电走”“电随算动”“算随绿行”多维度协同的发展态势。一是“算随电走”，即推动算力资源向绿电富集区域布局，通过算力任务时空迁移匹配新能源出力特性，促进绿电就地消纳；二是“电随算动”，即电力规划主动适配算力发展趋势，通过智能调度、“源网荷储”一体化等手段，为算力中心提供高可靠、低成本电力保障；三是“算随绿行”，即通过绿电替代、能效提升、碳效优化等多种方式，以绿色Token（词元）赋能各类产业应用场景，持续提高算力基础设施的绿电使用比例和能源利用效率，构建清洁低碳、安全高效的绿色算力发展体系。

算电协同产业生态构建取得积极进展，全链条融合与价值共创体系初步形成。算电协同产业链深度整合，形成“发电—输电—算力—运营—服务”全链条协同生态。发电企业与算力运营商签订长期绿电协议，锁定稳定供需；电网企业提供专线建设、智能调度、合规管理一体化服务；设备厂商研发高压供电、液冷散热、智能调度等专用装备；第三方机构提供碳核算、绿证办理、绿色认证专业服务。上下游主体从分散竞争转向协同合作，通过联合研发、共建共享、收益共享创新商业模式，有效降低综合成本，提升系统效率。绿电直连、高效供电、智能调度等细分领域迎来快速增长，成为智能经济与能源产业融合的新增长极，推动算电协同从单一项目合作走向产业生态化协同发展。

算力规模稳步增长，绿色水平持续提升

我国算力基础设施建设取得显著成效，规模与质量同步提升。据中国信息通信研究院数据，全国标准机架数量从2019年的315万架增长至2025年的1373万架，年复合增长率达27.81%，智能算力规模达到1590 EFLOPS。算力资源持续向国家算力枢纽节点集聚，87%的智能算力集中在枢纽节点所在省、自治区和直辖市。算力绿色化发展成效显著，截至2025年底，全国超大型算力设施平均PUE（power usage effectiveness，电能利用效率）降至1.34，超160个算力设施绿色低碳等级达到4A级以上。液冷、高压直流、智能调优等先进节能技术在新建大规模智算中心广泛应用，推动先进算力中心PUE降至1.2以下。大模型产业蓬勃发展，截至2025年6月底我国已发布大模型数量占全球总量的40.2%，位居全球首位。

电力基础坚实可靠，跨区供给能力增强

我国电力基础设施具备支撑人工智能规模发展的坚实基础。用电规模方面，据国家能源局数据，截至2025年底，全国可再生能源发电量达到3.99万亿kW·h，同比增长15%，约占全部发电量的38%，电网规模稳居世界第一。稳定性方面，2024年全国用户平均供电可靠率为99.924%，2025年增长至99.931%，供电可靠性逐年稳步提升。电网技术方面，我国特高压和柔性直流输电技术领跑全球，区域电网、变电站等配套电力设施持续补强，全国220 kV及以上输电线路总长度超100万km，“24直、21交”特高压输电通道横贯东西、纵贯南北。电网可承载力方面，算力中心占全社会用电量的比重从1.68%增长到1.89%，占比增长0.31%；据调研，我国电网每年可承载约5%～10%的用电量增长，算力设施年用电量增长对于电网整体负荷增量影响有限，整体仍处于电网可承载范围内。

区域格局不断优化，三类模式协同推进

我国算电协同形成“东数西算、西电东送”双向联动的空间格局。东部聚焦低时延推理算力和实时业务，依托分布式新能源和柔性电网保障供给；西部凭借“风光水”多能互补优势，集中布局大型智算集群，推动绿电就地消纳。八大算力枢纽、十大数据中心集群均围绕80%绿电目标优先布局绿色电力，实现算力设施与电力资源的空间精准匹配，破解东部用电紧张、西部弃风弃光的结构性矛盾。特高压与算力高速网络协同建设，夯实全国一体化算电融合物理基础。

基于资源禀赋差异，我国算电协同形成了三类区域发展模式。

第一类是算电协同优势区，即清洁能源丰富的国家算力枢纽节点地区，包括内蒙古、宁夏、贵州等。这类地区风电、光伏等可再生能源富集，具有绿电充足、电价低的优势，是算力电力协同的核心承载区。该类区域正积极探索“源网荷储”一体化、风光绿电聚合供应、绿电直连等建设模式，实现本地绿电到绿算的转化，以清洁能源输出绿色算力，打造“绿电—算力”融合示范。

第二类是算电协同机遇区，即清洁能源丰富的新疆、青海、黑龙江、山西等非枢纽区域。这类地区新能源与土地资源优势突出，具有承接枢纽外溢算力的潜力。通过与清洁能源缺乏的枢纽结对子，能够充分实现算力电力优势互补，典型实践如“疆算入渝”“苏数入青”“蒙晋冀（乌大张）算力金三角”等，有效承接算力外溢、推动绿电转化，拓展算电协同的发展空间。

第三类是算电协同联动区，即清洁能源相对紧张的算力枢纽区域，如长三角、北京、天津、粤港澳地区等。这类地区算力需求旺盛，但本地绿电匮乏，核心模式是通过市场化机制破除供给约束，并与清洁能源丰富的非枢纽省份结对子发展。实践中采用“绿电交易+需求响应+虚拟电厂”模式，引导数据中心与新能源场站签订长期购电协议或购买异地绿证，以提升绿电利用比例，用市场机制驱动绿电替代。

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算电协同关键技术体系架构

算电协同技术体系形成自下而上的“能源层—设施层—设备层—平台层—应用层”五层联动架构。能源层聚焦绿电供给和储能协同，设施层聚焦供配电和制冷系统优化，设备层聚焦计算、存储、网络设备能效提升，平台层聚焦智能调度和运维管控，应用层则贯穿各个层面。

能源层：绿电多元供给与“源网荷储”互动

绿电直连技术实现算力设施高比例绿电消纳与清晰的物理溯源。绿电直连是指风电、光伏等绿色电源通过专用线路直接向特定用户供电，优势在于绿电物理直供、减少传输损耗、提升本地消纳能力，并为碳排放核算提供清晰的溯源依据。可分为并网型和离网型两种模式：并网型采用绿电、市电双电源配置，兼顾可靠性与绿电优先使用，是近期发展重点；离网型须配备大规模储能系统，适用于偏远地区。

“源网荷储”一体化实现算电供需动态匹配与稳定低碳电力支撑。该模式统筹电源、电网、负荷、储能核心要素，与算力基础设施深度融合，打破电力与算力调度割裂的状态，以绿色低碳为导向、智能调度为核心、安全可控为底线，实现能源供应与算力需求动态匹配。百兆瓦级规模可满足新建算力中心的核心需求，实现24小时高负荷稳定消纳绿电。算力中心作为重要负荷与各类电源实时联动，动态调整算力输出。

构网型储能技术增强算力系统供电韧性。储能技术是连接算力中心与电力系统的核心纽带，功能正从“备用电源”向“主动构网”转变。构网型储能能够主动构建电压和频率参考，为弱电网提供虚拟惯性支撑，与智算中心“高功率、强波动”负荷特征高度适配。储能系统可参与削峰填谷降低用电成本，平抑新能源波动提升绿电消纳能力，部分项目已通过参与辅助服务市场获取收益。

设施层：供能链路优化与制冷效率跃升

高压直流供电架构迭代升级，大幅提升高密度算力场景供电效率。随着AI芯片功耗指数级攀升，传统低压直流供电方案已难以满足高密度需求，800 V高压直流架构成为下一代主流技术路线。在相同功率下，该架构通过提升电压等级可将电流减半，理论上线路损耗降至原来的1/4，同时降低铜缆用量与设备占地面积，可有效支撑单机柜600 kW～1 MW的高功率需求。中压直供架构进一步打破多级转换瓶颈，系统整体效率提升2至3个百分点。

第三代半导体器件全面渗透，突破供配电模块功率密度极限。硅基IGBT（insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管）器件存在开关损耗高、功率密度低的短板，碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）等第三代半导体材料凭借高频、高效、耐高温特性，成为供配电系统核心升级方向。10 kV SiC MOSFET（metal-oxide-semiconductor field effect transistor，金属-氧化物-半导体场效应晶体管）可使800 V HVDC（high voltage direct current，高压直流）整流模块效率提升至99%以上，模块体积同步缩小。第三代半导体供电方案可大幅压缩配电模块体积，释放机房空间，为高密度算力部署创造有利条件。

液冷散热技术加速普及，突破高密度算力场景散热物理极限。制冷系统是算力中心第二大能源消耗来源，其技术水平直接决定PUE指标和算力密度上限。随着AI芯片功耗突破1000 W，机柜功率密度从传统的5～10 kW跃升至50 kW甚至100 kW以上，传统风冷已逼近物理极限，液冷成为新建智算中心主流散热方式。液冷分为冷板式、浸没式两大路线，前者适用于存量数据中心改造，后者适用于超算中心、AI训练集群等高密算力场景。

设备层：算力能耗下降与系统效率提升

算力芯片能效持续优化，推动单位算力能耗显著下降。计算设备是算力中心用能主体，其能效水平直接决定整体能耗强度。近年来，AI芯片性能呈指数级提升，同时能效持续优化，通过架构创新、制程升级、先进封装等，单位算力能耗稳步下降，以英伟达A100、H100为例，两年间单卡稠密算力提升超3倍，单位算力能耗年复合下降幅度超过25%。

服务器系统能效持续迭代，推动整机用能效率稳步提升。作为算力芯片的核心承载单元，服务器系统级能效决定算力输出的实际损耗。AI服务器算力密度快速提升的同时，整机能效同步优化，通过供电架构升级、热设计优化、整机协同管控等，单位算力对应的整机附加损耗持续下降。同时在服务器层面，智能功耗调度、动态资源关停等技术不断成熟，可根据业务负载实时调整供电、散热等配套模块功耗，实现“负载匹配式供能”。

平台层：算电协同调度与碳效智能优化

数据监测与算力调度平台构建协同的基础支撑体系。数据监测平台通过部署在算力侧、电力侧、设施侧、碳排放侧的海量传感器和计量终端，实现多维度运行数据实时采集、标准化处理和统一汇聚，打破各系统间数据壁垒，为全局优化奠定数据基础。算力智能调度平台则具备算力资源感知与池化、任务智能编排、跨域路由调度、服务质量保障四大核心功能，将分布式算力资源统一接入，形成可按需调度的资源池。

电力市场交易与碳核算平台实现价值量化和变现。电力市场交易平台涵盖中长期交易、现货交易、辅助服务与需求响应三类核心能力，推动算力中心从被动消费者转型为主动市场参与者，既降低用能成本，又为电力系统提供灵活支撑。碳核算平台具备碳足迹核算、碳资产管理等功能，综合多维指标对接碳交易市场，将碳减排量转化为经济价值。

算电协同调度平台是建立在四大基础平台之上的顶层协同中枢，可实现全局跨域优化。作为算电协同体系的大脑，该平台以算力业务为核心、以电力信号为引导、以碳价值为约束，通过多目标优化算法实现“算电碳”协同最优。协同能力包括三个维度：一是算电时空协同，动态调整算力任务的时空分布；二是“源网荷储算”一体化协同，统筹多要素，实现园区级整体最优；三是“算电碳”价值协同，综合多维度价值，制定最优调度策略。

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算电协同发展建议

健全制度保障

完善政策支撑体系，强化顶层设计引领。研究制定算电协同发展实施意见等专项政策文件，明确“源网荷储”、绿电消纳、能效管控等重点任务及保障措施，加强产业主体培育、产融合作等政策支持。建立算电协同发展评估机制，定期开展产业发展评估，动态调整政策方向。鼓励地方结合自身资源禀赋出台配套政策，形成上下联动的政策体系。

优化全域布局

强化规划统筹引领，推动算电一体化布局。将算力设施纳入电力发展规划统筹考虑，研究建立适配区域特色的算力设施电力规划方案，形成差异化的建设指引。引导新建大型算力中心优先落地西部绿电富集区，同步强化跨区域电力通道与算力网络的协同规划，夯实全国一体化算电融合物理基础。加强算电协同项目与新能源基地、电网工程的协同布局，实现资源优化配置与高效利用。

构建标准体系

构建算电协同标准体系，规范产业发展秩序。加快编制算电协同关键术语、技术导则、分类分级、“源网荷储”一体化建设、能效碳效测评等标准规范，建立覆盖规划、建设、运营、评价的全链条标准体系。统一绿电溯源、碳核算、算力调度等关键接口标准，破除跨行业数据互通壁垒。依托算电协同公共服务平台实现常态化数据采集与评估，为产业规范化发展提供依据。推动算电协同技术标准与国际标准接轨互认，提升我国在算电融合领域的标准话语权。

完善交易机制

完善电力市场机制，激发算力柔性调节潜力。完善跨省跨区绿电交易规则，简化算力中心参与交易流程，降低交易成本。建立算力负荷参与需求响应、调峰调频的定价补偿机制，明确算力作为柔性负荷的市场地位与收益渠道，提升企业参与积极性。探索绿证与碳核算衔接机制，促进绿色权益有效流转，打通绿电消费与碳减排收益转化通道。推动电力市场与算力调度平台互联互通，实现价格信号、负荷信息、绿电资源实时共享，提升要素配置效率。

筑牢技术底座

聚焦关键技术攻关，夯实算电融合技术根基。依托国家重大专项和产业创新平台，聚焦绿电直连、构网型储能、高压直流供电、液冷散热、算力负荷预测等重点方向，设立专项技术攻关任务，突破算力任务时空调节与“源网荷储”协同决策技术瓶颈。推动“产学研用”联合攻关，鼓励算力企业、电力企业、设备厂商、科研院所组建创新联合体，开展关键技术联合研发与试点示范，加速技术成果转化应用。遴选一批算电协同先进技术方案，形成技术推广目录，引导产业技术路线升级。

培育产业生态

培育算电协同产业生态，推动产业协同发展。加强产业链上下游协同，推动发电企业、电网企业、算力运营商、设备厂商、第三方服务机构深化合作，创新商业模式，构建互利共赢的产业生态。培育算电协同专业服务机构，提供碳核算、绿证办理、技术咨询等专业化服务。加强人才培养和学科建设，培养跨领域复合型人才。通过产业生态的持续完善，激发市场主体创新活力，推动算电协同从试点示范走向规模化应用。

作者： 中国信息通信研究院云计算与数字化研究所 杨硕 邓新超 王月

本文刊载于《通信世界》2026年第8期

原标题《算电协同的融合机理、实施路径及关键技术》

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