随着人工智能的快速发展，预计 2025 至 2030 年间，全球 数据中心服务器的用电增长将呈现显著的结构性特征：其中， 50% 的用电增长将来自高性能服务器，年均增速达 30%。而 传统服务器仅贡献约 20% 的用电增长。此外，约 10% 来自 其他 IT 设备，约 20% 来自如冷却系统等基础设施。 从区域视角来看，中国和美国将成为数据中心用电增长最显 著的两个国家，预计到 2030 年合计贡献全球近 80% 80% 的增长 量。未来几年，美国、中国和欧洲仍将是全球数据中心用电 量最大的地区。与此同时，以东南亚为代表的其他地区也在 快速发展，其中新加坡和马来西亚南部作为区域枢纽，当地 数据中心的用电量预计到 2030 年将增长一倍以上，在全球 格局中占据重要位置。 在满足持续增长的电力需求方面，可再生能源和天然气将共 同发挥主力作用。全球新增数据中心电力负荷中，约一半将 由风电、光伏等可再生能源满足，这得益于其建设周期短、 数据中心行业在人工智能发展的推动下呈现快速增长态势， 但在一些发达经济体地区，电力基础设施却成为关键瓶颈。 国际能源署警告称，若未能及时应对潜在挑战，约 20% 的数 据中心规划项目或将遭遇建设延期。 当前，无论是发电侧还是用电侧，电网接入的周期普遍较长， 审批流程日趋复杂；在一些先进经济体地区，新建长距离输 电线路通常需要 4 至 8 年时间；同时，变压器、电缆、发电 机组等关键电力设备的交付周期也显著延长。在此背景下，

年新能源领域铜需求将从 2021 年 182 万吨增至 720 万吨（增幅 295%），锂从 11 万吨增至 81 万吨（增幅 660%），钴、镍等增幅也超 170%。金属需求 增长推动矿业产能扩张，全球矿产开发用电量已占总能耗 11%，且年增 5%。 电力成本成矿企核心负担，不同矿种占比差异大：煤矿机械化采煤为 20%-30%，铁矿、铜矿等主要金 属矿 20%，盐湖提锂、钨矿等稀有金属矿达 25%-35%。以刚果金某年产 动和谐波干扰，需动态无功补偿（SVG）、 稳压器维持稳定；接入弱电网配旋转备用或储能，孤网运行依赖储能或柴发协同控制。 需适应时空变化，时间上各阶段用电差异大；空间上露天矿需移动变电站，地下矿需扩展网络， 还需支持设备短时过载与工序用电优化。 全流程功率需求高，开采环节电动液压铲、矿卡功率大，加工环节半自磨机电机达 5-10MW， 大型矿山需建 110kV 甚至 220kV 专用变电站及多台大容量变压器。 （单位：USD/kWh） 4. 当前发展矿山微电网面临的主要挑战 矿山推广“新能源 + 储能”型微电网面临技术、经济、模式等多维度挑战，需系统性应对。 技术难题 新能源发电间歇性与矿山稳定用电需求矛盾突出，储能应用受成本、寿命、极端环境适应性及系统 集成复杂度限制。老旧电网难支撑并网，设备在特殊环境下的耐久性和效率保障也成问题。 资金难题 项目周期与设施寿命不匹配致成本难摊薄，初始

年 3 月《电力用户向 发电企业直接购电试点暂行办法》（电监输电〔2004〕17 号）文件精神， 广东研究制定了《广东省台山发电厂向台山市广海湾华侨投资开发试验 区直供电试点工作实施方案》，推动用电大户就近向发电企业直接购电。 2006 年 10 月，原国家电监会印发《关于广东省台山市大用户直购电试 点工作实施方案审查会议纪要》，同意开展台山直购电试点。 启动全国首个“一对多”直购电试点。2006 亿千瓦时，直购电价相比发电企业批复上网电价 降低 0.025 元 / 千瓦时。叠加试点输配电价调整至 0.177 元 / 千瓦时，用 户实际到户电价为 0.656 元 / 千瓦时，比江门地区大工业用电到户电价 低了 0.106 元 / 千瓦时，有效降低企业用电成本。 奠基开局阶段（2002年-2012年） （一） 03 广东电力市场建设蓝皮书 直接交易扩大试点引入集中竞争交易模式。2013 年，广东相继出台 《广东 现货”市场，实现“价差模 式转为顺价模式，只降不升转为能涨能跌，购销差价转为输配电价，间 断运行转为连续运行”四大突破，还原了电力的商品属性。全年累计优 化中长期偏差电量考核、发电侧变动成本补偿、系统运行补偿、用电侧 峰谷平衡等市场关键机制 50 余项，发布全国首个“1+5”电力现货市场 交易规程。全年市场交易电量 5308.9 亿千瓦时，日前市场、实时市场加 权均价分别为 0.572 元 / 千瓦时、0

服务器机架的供电：功率需求将超过 1 兆瓦（MW），是当前最先进水平的 10 倍。 • 数据中心的整体供电：功率需求达到吉瓦（GW）级，需要采取全新的基础设施，并在整个数据中心内采用全新 的配电体系。此外，数据中心作为用电大户，也需具备负载调节能力，并能够为电网提供辅助服务。 本白皮书将探讨当下及未来在“从电网到核心”理念下，为 AI 提供电力的可能情景，并阐述其基础技术概念。 5 一、现代处理器的供电 预测一：垂直供电将成为现代处理器的关键技术 HEMT，以实现更高的能效和功率密度（见图 14）。 图 14：英飞凌针对 400-480 Vac 输入电压， 400 V 或 800 V 输出电压提供的三相 PSU 解决方案概览 在这种架构下，备用电源通常由锂离子电池接入公共高压直流总线提供。如果数据中心对使用锂离子电池有限制， 可采用集中式电池储能系统。同时，通过双转换不间断电源（UPS）（带或不带旁路功能），可以在三相交流配电 架构中应对停电事件。 预测五：新一代数据中心的功率需求将迈向吉瓦级规模 随着现代 GPU 功耗的不断攀升，以及 AI 计算节点的密集部署，如今新建数据中心的用电需求已达到数百兆瓦级别。 在未来几年内，为满足规模日益庞大的 AI 模型对算力的无限需求，预计将出现专门的“AI 工厂”。在同一数据中 心园区内，此类设施的用电量将达到吉瓦级，甚至可能超过数吉瓦。多家超大规模数据中心运营商已发布了相关 建设计划 [2,3]。在训练过程中，大型

更加健全，电力系统运行效率和资源配置效率不断提升。 “双碳”目标下，我国正在加快构建新型电力系统，风、光 等新能源已成为新增装机主体，发电量占比逐年提高，电力系统 的物理形态和运行特征正在发生深刻变化。同时，一次能源价格 波动、用电负荷增长、气候变化等多重影响，对我国电力体制改 革顶层设计、电力市场体系建设、电价机制完善以及科学监管等 提出了更高要求。 为深入贯彻党的二十届三中全会精神，落实全国统一电力市 场建设改革任 》（发改办价 格〔2021〕809 号）印发以来，我国发用电计划进一步放开，电 力市场交易规模不断扩大。2023 年，全国各电力交易中心累计 组织完成市场交易电量 5.67 万亿千瓦时，同比增长 7.9%，占 全社会用电量比重为 61.4%，占售电量比重超过 75%。市场规 模自 2016 年起，8 年增长了近 5 倍，全社会用电量市场化率 提高 40 个百分点。全国跨省跨区市场化交易电量接近 ������ ������ �� ������ ������ ���� 一、发展现状与问题挑战 15 （二）问题挑战 从世界范围来看，我国的用电需求、发电装机规模、清洁 能源总量位居世界前列，国内各地经济发展水平、能源资源禀 赋、用电结构等差异很大，电力市场建设复杂程度高。伴随近 年来能源绿色转型加快和国际能源格局调整，低碳转型和保供 稳价的要求愈发凸显，全国统一电力市场建设面临着前所未有

亿千瓦），占全国新能源总装机容量的 21.63%，占西北发电总装 机的 56%，部分省份（如青海、甘肃）新能源装机占本省装机容量已超 60%[3]。 除陕西外，西北地区工业基础相对薄弱。2024 年西北五省（区）全社会用电量达到 1.1 万亿千瓦时 [4]，仅占全国的 11%，且负荷集中在西安、兰州等少数城市，大部分区域为“低 负荷、高新能源”的“电源基地”。上述特性导致西北地区新能源大发时（如光伏午间、 风电 力供应，日内最大 增送电力达到了 220 万千瓦，2022 年 5 月 5 日至 8 月 25 日 0 点，通过德宝直流输电工 程累计向四川输送电量 17.677 亿度，通过区域互济，缓解了四川用电紧张的局面 [8]。 2.3.2 西北地区跨区互济交易发展现状 得益于西北地区与其他区域电网特高压直流通道规模的不断扩大以及运行效率的不断 提升，西北地区外送电力及新能源电量规模屡创新高。2024 本难以疏导，可能造成收 | 14 | 提升区域电力互济能力 促进新能源高比例发展 益空间小甚至经营亏损，影响发电主体投资积极性。 3.2.2 送受端电力曲线匹配存在困难 东部地区等受端省区用电需求曲线与青海、甘肃等西北地区新能源发电能力曲线匹配 存在困难。如浙江、江苏等受端省份午间电力需求低、晚高峰需求大，新能源小发期间电 力供应不足和大发期间消纳困难的问题频繁交替出现，面临午间“不要”与晚间“缺电”

能力有限，缺乏统一的 2024-2025 中国指挥中心研究报告 16 交通指挥调度体系。到了 20 世纪 70 年代，一些发达国家开始探索建立交通指挥中心，将分散的交通控制设施 进行整合，运用电子计算机技术对交通流量数据进行简单分析，实现了部分路口信号灯的定时控制，一定程度 上提高了交通通行效率。在国内，20 世纪 80 年代起，大城市开始逐步建设交通指挥中心，主要功能是集中控 制交通 电力指挥中心通过遍布电力系统的各类传感器、监测设备以及通信网络，对发电设备、输电线路、变电站、 配电设施等进行全方位、实时化的运行状态监控。采集的数据涵盖发电机出力、母线电压、线路电流、功率因 数、设备温度等关键运行参数。利用电力监控系统（SCADA）和能量管理系统（EMS），将这些实时数据集 中汇总并以直观的图形界面展示，使调度员能够实时掌握电力系统运行全貌。例如，通过 SCADA 系统，调度 2024-2025 中国指挥中心研究报告 发电厂的发电出力、发电时间安排等内容，旨在实现电 力供需平衡，保障电力系统安全、经济运行。在实际运行过程中，由于用电负荷实时变化、发电设备突发故障、 新能源发电的不确定性等因素影响，电力指挥中心需实时跟踪电力系统运行情况，及时对发电计划进行动态调 整。例如，当遇到极端天气导致用电负荷急剧增加时，指挥中心迅速协调火电、水电等各类发电企业增加发电 出力，同时优化电网运行方式，确保电力供应满足需

机外互联：用于跨服务器或跨机柜的 GPU 通信，需依赖高速网 络结构实现。当前主流方案采用电交换芯片构建以太网或 IB 网络， 常见架构包括 Fat-Tree、Leaf-Spine、DCell、BCube。这些结构通过 多层交换机实现大规模互联，支撑分布式训练中的全互联需求。 图 1-1 智算中心网络与网络协议栈 无论采用机内互联还是采用机外互联，都要采用电交换芯片来做 网络流量交换。然而，随着模型规模和节点数的增加，电交换面临带 尽管近年来电交换芯片在制程工艺、转发架构与缓存设计方面不 断优化，但在智算中心应用场景下，其性能仍面临明显瓶颈。随着摩 尔定律逐渐失效，交换芯片的更新迭代速度明显放缓，芯片交换容量 难以实现持续增长。目前主流商用电交换芯片已发展至 102.4 Tbps 级 别，例如 Broadcom Tomahawk 6 采用 3nm 制程工艺，可提供多达 12 8 个 800 G 端口或 64 个 1.6T 端口。而国产交换芯片仍停留在 形拓扑方式连接时，采用树形 AllReduce 算法能够获得明显优于环形 AllReduce 的性能表现；针对稀疏光连接设计，可以采用分段环形 AllReduce，将全局环形分解为多个子环形，每个子环形内部使用电 链路，子环形之间通过光链路连接；还可以进一步结合数据并行和模 型并行的特点，使用不同的 AllReduce 实现。 以图 3-2 中的拓扑为例：五台服务器执行 Allreduce 通信。采取固

量为 29.4 万台， 同比增长 3.9% 。 另一方面，下游 TOP5 行业合计占比 64%，家用电器、电子、汽车电子增长显著。如图所示，2024 年下游出货量 TOP5 行业分别是电子、汽车零部件、金属制品、锂电池、食品饮料，占比分别为 21%、15.8%、12.5%、7.9% 和 6.9%。家用电 器、电子、汽车电子、汽车零部件、金属制品、半导体领域的机器人出货量增速均达到 10%；而锂电池、汽车整车、光

2025 年 4 月份的 数据，自 2005 年至 2024 年，增长幅度超 3 倍。根据中国信通院发布的《绿色算 力发展研究报告（2025 年）》， 2024 年我国数据中心用电量约 1660 亿千瓦时， 占全社会用电量约 1.68%，数据中心碳排放总量为 0.859 亿吨。如此巨大的能耗， 不仅加重了能源供应负担，还拉高了运营成本，不利于国家绿色低碳发展战略落 实，传统电子芯片能耗问题亟待解决。