環(huán)保及公用事業(yè)行業(yè)智慧能源系列專題報(bào)告（一）-算力篇：從ChatGPT看算力增長(zhǎng)對(duì)電力行業(yè)的影響

智慧能源系列專題報(bào)告(一)——算力篇本篇報(bào)告分析了ChatGPT引發(fā)人工智能算力增長(zhǎng)背后數(shù)據(jù)中心(IDC)需求增長(zhǎng)對(duì)電力市場(chǎng)的影響，以及“雙碳”和“東數(shù)西算”背景下“綠色I(xiàn)DC+一體化清潔能源基地”協(xié)同發(fā)展的必然性和可行性?？捎^：ChatGPT再次引發(fā)全世界對(duì)人工智能關(guān)注熱潮，人工智能發(fā)展背后需要強(qiáng)大的算力支撐，對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施是高性能的服務(wù)器集群——數(shù)據(jù)中心(IDC)。數(shù)據(jù)中心同時(shí)也是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的重要底座，2019年中國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)對(duì)。隨著AI和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型等多樣化算力需求場(chǎng)景涌現(xiàn)，預(yù)計(jì)算力需求每年將以20%以上速度快速增長(zhǎng)，相應(yīng)的對(duì)IDC的需求也在飛速增長(zhǎng)。智能算力用電需求龐大，根據(jù)我們測(cè)算，IDC的耗電量超2100億千瓦時(shí)，到2025年預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)至近4000億千瓦均電價(jià)約為0.541元/度，電力成本優(yōu)勢(shì)明顯。此外，數(shù)據(jù)中心能耗約40%用于制冷，如果可以利用自然環(huán)境冷卻將極大降低成本，東部地區(qū)年平均氣溫約為18.3℃，西部地區(qū)年平均氣溫約為10.7℃，十分有利于降低制冷成省電費(fèi)9.6萬(wàn)元。在政策端，“東數(shù)西算”政策提出規(guī)劃建設(shè)10個(gè)國(guó)家數(shù)為趨勢(shì)。一步降碳成為數(shù)據(jù)中心的必然選擇，政策端也鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心采用清潔能源。傳統(tǒng)風(fēng)光發(fā)電波動(dòng)性大，與數(shù)據(jù)中心對(duì)電源穩(wěn)定性要求存在結(jié)構(gòu)性矛盾。根購(gòu)”方式受限。為保證能源供應(yīng)清潔低碳、高效穩(wěn)定，“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”大型清潔能源基地應(yīng)運(yùn)而生。“十四五”規(guī)劃9大清潔能源一體化基國(guó)占比可觀背中心+清潔能源一體化大基地”協(xié)同發(fā)展模式具有可行性和必然性?？谕扑]標(biāo)的：清潔能源一體化大基地參與者、協(xié)同發(fā)電技術(shù)及設(shè)備供應(yīng)公司口風(fēng)險(xiǎn)提示：數(shù)據(jù)中心建設(shè)不及預(yù)期，清潔能源一體化大基地建設(shè)不及預(yù)期等。事業(yè)業(yè)規(guī)模4674768總市值(億元)業(yè)指數(shù)%%2.24.1對(duì)表現(xiàn)50-10-15ul相關(guān)報(bào)告求修復(fù)明顯，1-2月風(fēng)光發(fā)電增速亮價(jià)值有待重估，建議關(guān)注“火轉(zhuǎn)綠”宋盈盈S1090520080001songyingying@深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明2正文目錄 目錄 圖4：2016年以來(lái)我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模(萬(wàn)億元) 5 圖10：IDC主要分布的東西部地區(qū)工商業(yè)電價(jià)(元/度) 7IDC(℃) 7 敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明3 業(yè)深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明4一、人工智能興起、數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)一、人工智能興起、數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)IDC增長(zhǎng)，用電需求增長(zhǎng)可觀ChatGPT引發(fā)人工智能熱潮、數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動(dòng)算力需求快速增長(zhǎng)OpenAIChatGPT的參數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。要滿足如此龐大的用戶訪問(wèn)量和模型訓(xùn)練量，背后離不開(kāi)強(qiáng)大的智能算力支撐。主；超算算力以超級(jí)計(jì)算機(jī)輸出的計(jì)算能力為主。算力常用計(jì)量單位為每秒執(zhí)行的浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算次數(shù)(FLOPS)。人工智能行業(yè)滲透率逐年提升，我國(guó)智能算力規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)：隨著人工智能在互聯(lián)網(wǎng)、金融、工業(yè)等行業(yè)的滲透率能算力規(guī)模將達(dá)到1271.4EFLOPS。2021~2026年期間，預(yù)計(jì)中國(guó)智能算力規(guī)模ChatGPT力規(guī)模、預(yù)測(cè)及同比(EFLOPS)002.8720192020202120222023E2024E2025E2026E0%0%0%%基礎(chǔ)算力智能算力超算算力%%(每秒浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù))，近五年年均增速超過(guò)30%，算力規(guī)模排名全球第二。隨著AI和產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型等多樣化算業(yè)深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明5我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模(萬(wàn)億元)圖5：2016年以來(lái)我國(guó)算力規(guī)模及同比(EFLOPS)2021.539.235.831.327.222.600072017201820190102030400我國(guó)算力規(guī)模IC資料顯示，ChatGPT訓(xùn)練階段算力消耗約為3640PF-days(即假如每秒計(jì)算一千萬(wàn)億次，需要計(jì)算3640天)，S我國(guó)數(shù)據(jù)中心增長(zhǎng)旺盛：得益于互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)、數(shù)字經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展驅(qū)動(dòng)，我國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模高速增長(zhǎng)，機(jī)架數(shù)目深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明6000.0%0%0%0%50030.0%30.0%000000% 201720182019202020212022H10.0%在用數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模(萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架)同比0.0%.3%32.4%29.8%27.2%.8%20162017201820192020202120222023E中國(guó)數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模(億元)同比皮書(shū)》、招商證券資料來(lái)源：工業(yè)和信息化部、招商證券A禁ChatGPT量測(cè)算：ChatGPT底層語(yǔ)言模型為GPT-3(目前已更新至GPT-4，但模型參數(shù)尚未公開(kāi))，有T每日訪問(wèn)量/億次0.360.360.36每日查詢總量/億次0.361.793.57單次查詢耗電/×10-3千瓦時(shí)3.963.963.96單日耗電量/萬(wàn)千瓦時(shí)14.1470.71141.43年耗電量/億千瓦時(shí)0.522.585.1600000005.80%6.0%2.2%2.4%2.2%2.4%2.7%2.6%1.9%1.9%1.9%2016201720182019202020212025E業(yè)深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明7地區(qū)數(shù)據(jù)中心建設(shè)成本優(yōu)勢(shì)突出CDC服務(wù)器的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房每天可節(jié)約9.6萬(wàn)元。我們也進(jìn)行了相關(guān)測(cè)算，每攝氏度環(huán)境溫度下降可降低冷卻成本圖10：IDC主要分布的東西部地區(qū)工商業(yè)電價(jià)(元/度)0資料來(lái)源：國(guó)家電網(wǎng)、招商證券圖11：IDC主要分布的東西部地區(qū)氣溫(℃)18.42050機(jī)組的運(yùn)行能耗，可以認(rèn)為環(huán)境溫度降低2.2°時(shí)這部分能耗也將節(jié)省，即每攝氏度降低冷卻成本約10%，電攝氏度降低能耗功率/千瓦器數(shù)量/臺(tái)每小時(shí)節(jié)省電量/千瓦時(shí)本/元/千瓦時(shí)每天節(jié)省電費(fèi)/元00深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明8東心集群，我國(guó)“東數(shù)西算”項(xiàng)目正式啟動(dòng)。三大運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)廠商積極布局：在成本優(yōu)勢(shì)和“東數(shù)西算”政策助力下，三大運(yùn)營(yíng)商和相關(guān)互聯(lián)網(wǎng)巨頭積極響名稱間相關(guān)規(guī)劃中國(guó)電信2020明確“2+4+31+X”布局，其中2為內(nèi)蒙古和貴州數(shù)據(jù)中心園區(qū)，4為京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)和成渝四個(gè)樞紐的布局；31+X為包括甘肅、寧夏兩個(gè)樞紐在內(nèi)的為31省及X個(gè)重點(diǎn)城市的布局。在2+4區(qū)域擁有機(jī)架規(guī)模40萬(wàn)個(gè)，并將進(jìn)一步優(yōu)化東西部比例，由7:3調(diào)整至“十四五”末的6:4。中國(guó)移動(dòng)2022中國(guó)移動(dòng)(廣西)數(shù)據(jù)中心一期工程建成投產(chǎn)，總投入25億元，可容納1.5萬(wàn)個(gè)機(jī)架，22.5萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，將為打造面向東盟的數(shù)字絲綢之路提供新動(dòng)能。此外廣西移動(dòng)已在全區(qū)建成數(shù)據(jù)中心30處，遍布14個(gè)設(shè)區(qū)市。中國(guó)聯(lián)通2022加快京津冀、長(zhǎng)三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝區(qū)域四大國(guó)家東數(shù)樞紐節(jié)點(diǎn)新型數(shù)據(jù)中心新建、擴(kuò)建項(xiàng)目，滿足國(guó)家重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施需要。華為2021在中國(guó)布局五大數(shù)據(jù)中心，其中貴安、烏蘭察布是華為云一南一北兩大云數(shù)據(jù)中心，貴安數(shù)據(jù)中心一期已投入使用，規(guī)劃為華為全球最大的云數(shù)據(jù)中心，可容納100萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。阿里云2016張北數(shù)據(jù)中心已于2016年9月投產(chǎn)，部署國(guó)內(nèi)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心規(guī)模最大的浸沒(méi)式液冷集群，烏蘭察布超級(jí)數(shù)據(jù)中心于2020年6月開(kāi)始正式對(duì)外提供云計(jì)算服務(wù)，阿里云西部云計(jì)算中心及數(shù)據(jù)服務(wù)基地于2020年11月落戶成都。證券業(yè)深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明9基地助力綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)(2021-2023)》要求新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降到1.3以下；2022年，上海市出臺(tái)《關(guān)于推進(jìn)本市數(shù)據(jù)%42%40%IT設(shè)備和軟件制冷系統(tǒng)供配電系統(tǒng)圖14：數(shù)據(jù)中心PUE政策要求演變圖》、招商證券2、PUE指標(biāo)達(dá)到技術(shù)上限、改善能源結(jié)構(gòu)成為綠色數(shù)據(jù)中心降碳必然選擇選址等方法降低PUE值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低碳減排要求。根據(jù)工信部公布的2021年國(guó)家綠深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明10、招商證券選擇。在不同發(fā)電方式中，風(fēng)光發(fā)電的碳排放量極低。在“東數(shù)西算”背景下，IDC向西部遷徙并消納西部地區(qū)充020040060080010001200燃油核電水電電7334995292626IDCCIDC業(yè)深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明11證券圖19：2021年不同發(fā)電方式年平均利用小時(shí)數(shù)000000048IDC心用電需求，其裝機(jī)功率可以占到目前一般大型風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站發(fā)電功率的37.4%、97.8%，理論上傳統(tǒng)風(fēng)光電場(chǎng)機(jī)容量1.78萬(wàn)kW。(由于風(fēng)電光伏發(fā)電時(shí)間有明顯的日內(nèi)周期性變化，總電量滿足要求風(fēng)電光伏機(jī)架數(shù)/臺(tái)20002000單機(jī)架功率/千瓦PUE33IDC裝機(jī)功率/萬(wàn)千瓦2.62.6能源利用小時(shí)數(shù)22321281需求發(fā)電功率/萬(wàn)千瓦10.2017.78需求儲(chǔ)能/萬(wàn)千瓦1.021.78需求功率總計(jì)/萬(wàn)千瓦11.2219.56實(shí)際電場(chǎng)發(fā)電功率/萬(wàn)千瓦3020需求功率/實(shí)際電場(chǎng)發(fā)電功率37.42%97.79%陸地風(fēng)電場(chǎng)名稱省份/州裝機(jī)容量MW酒泉風(fēng)電場(chǎng)甘肅酒泉7965大阪城風(fēng)電場(chǎng)新疆大阪500青海海南州切吉鄉(xiāng)風(fēng)電場(chǎng)青海海南1300巴彥淖爾市烏蘭伊力更風(fēng)電場(chǎng)300通遼北清河風(fēng)電場(chǎng)300龍?jiān)椿因v梁風(fēng)電場(chǎng)300中廣核烏蘭察布宏基風(fēng)電場(chǎng)296.5業(yè)深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明12南澳東半島風(fēng)電場(chǎng)廣東200上海東海大橋風(fēng)電場(chǎng)上海0襄陽(yáng)風(fēng)電場(chǎng)湖北襄陽(yáng)400.5中廣核甘肅民勤紅沙崗風(fēng)電場(chǎng)甘肅武威400四平風(fēng)電場(chǎng)吉林四平348遼寧阜新風(fēng)電場(chǎng)遼寧阜新300通榆風(fēng)電場(chǎng)吉林通榆300遼寧彰東風(fēng)電場(chǎng)遼寧彰東300臨海括蒼山風(fēng)電場(chǎng)浙江臨海21.3南丫風(fēng)電場(chǎng)香港0.8“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”清潔能源基地使IDC全部使用綠電具備現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)：為保證能源供應(yīng)清潔低碳、高效穩(wěn)定，“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”大型清潔能源基地應(yīng)運(yùn)而生，“十四五”規(guī)劃了9大清潔能源一體化基地，規(guī)劃規(guī)模超色數(shù)據(jù)中心全部使用清潔能源具備現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。年，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局下發(fā)了《關(guān)于開(kāi)展“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”的指導(dǎo)意見(jiàn)見(jiàn)稿)》。2021年，國(guó)家又相繼下發(fā)《關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》以及《關(guān)于報(bào)送“十四五”電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展工作方案的通知》，兩份文件標(biāo)志“風(fēng)光水火儲(chǔ)”和“源網(wǎng)荷儲(chǔ)”兩個(gè)一體化工作正式啟動(dòng)?；孛Q風(fēng)電光伏水電火電儲(chǔ)能省份相關(guān)規(guī)劃松遼清潔能源基地√√√吉林、遼寧W動(dòng)三大千萬(wàn)千瓦級(jí)別能源基地建設(shè)；吉林：達(dá)到3000萬(wàn)千瓦。冀北清潔能源基地√√√河北北部河北：2025年風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)容量分別黃河幾子灣清潔能源基地√√√√河西走廊清潔能源基地√√√√甘肅全省風(fēng)光電裝機(jī)達(dá)到5000萬(wàn)千瓦以上。黃河上游清潔能源基地√√√√青海、清潔能源裝機(jī)超1.4億千瓦。金沙江清潔能源基地√√√√√四川四川：2025年底建成光伏、風(fēng)電裝機(jī)容量各貴州：打造烏江、北盤(pán)江、南盤(pán)江、清水江雅礱江清潔能源基地√√√貴州“水風(fēng)光一體化”千萬(wàn)千瓦級(jí)可再生能源開(kāi)云南：建設(shè)金沙江下游、瀾滄江中下游、紅金沙江下游清潔能源基地√√√√√云南河流域“風(fēng)光水儲(chǔ)一體化”基地及“風(fēng)光火儲(chǔ)一體化”示范項(xiàng)目新能源裝機(jī)共1500萬(wàn)新疆：建成/推進(jìn)建設(shè)準(zhǔn)東、哈密北和南疆新疆清潔能源基地√√√√新疆環(huán)塔里木千萬(wàn)千瓦級(jí)清潔能源基地/保障證券業(yè)深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明13動(dòng)數(shù)據(jù)中心通過(guò)自建可再生能源設(shè)施、綠色電力交易、認(rèn)購(gòu)可再生能源綠色電力證書(shū)等方式，提升清潔能源使用比例，“綠色數(shù)據(jù)中心+清潔能源一體化大基地”協(xié)同發(fā)展具備可行性和必然性。北京市更是提出2021年及以后建成。間政策名稱具體內(nèi)容201920202021《關(guān)于加強(qiáng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》《關(guān)于加快構(gòu)建全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導(dǎo)意見(jiàn)》北京市《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目節(jié)能審查的若干規(guī)定》鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心直接與可再生能源發(fā)電企業(yè)開(kāi)展電力交易，購(gòu)買可再生能源綠色電力證書(shū)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心行業(yè)用能的清潔低碳化。引導(dǎo)清潔能源開(kāi)發(fā)使用，加快推廣應(yīng)用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)；推動(dòng)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)，加快數(shù)據(jù)中心節(jié)能和綠色化改造。鼓勵(lì)數(shù)據(jù)中心逐步提高可再生能源利用水平。在碳達(dá)峰、碳中和的背景下，鼓勵(lì)2021年及以后建成的數(shù)據(jù)中心，通過(guò)自建可再生能源設(shè)施、綠色電力交易、認(rèn)購(gòu)可再生能源綠色電力證書(shū)等方式，逐年提高可再生能源利用比例，在2030年達(dá)到100%。券清潔能源占比分別提升至60%、90%情況下，二氧化碳排放量相比原有方式可分別降低40.25%、80.51%，對(duì)應(yīng)2025年全國(guó)數(shù)據(jù)中心用電量，二氧化碳排放預(yù)計(jì)將減少1.2億噸、2.4億噸，對(duì)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、“碳中和”目標(biāo)ChatGPT放量根據(jù)世界核協(xié)會(huì)公布的不同電源度電二氧化碳排放量測(cè)算，其中火電為1.054kg/度，清潔能源為0.046kg/度(風(fēng)/光/水取平均)。在清潔能源ChatGPT年耗電量(億度/年)2.582.582.58火電二氧化碳排放量(kg/度)1.0541.0541.05470%40%%火電二氧化碳排放量(噸/年)190352.4108772.827193.2光伏二氧化碳排放量(kg/度)0.0850.0850.085風(fēng)電二氧化碳排放量(kg/度)0.0260.0260.026水電二氧化碳排放量(kg/度)0.0260.0260.026清潔能源二氧化碳平均排放量(kg/度)0.0460.0460.04630%60%90%清潔能源二氧化碳排放量(噸/年)3534.6706910603.8二氧化碳排放總量(噸/年)1938871158423779740.25%80.51%業(yè)深度報(bào)告敬請(qǐng)閱讀末頁(yè)的重要說(shuō)明14人工智能、數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展將帶動(dòng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)增長(zhǎng)，同時(shí)帶來(lái)非?？捎^的用電需求增長(zhǎng)，在向綠色低碳轉(zhuǎn)型背景下，數(shù)據(jù)中心將與清潔能源一體化大基地協(xié)同發(fā)展，一體化基地參與者、協(xié)同發(fā)電技術(shù)及設(shè)備供應(yīng)公司等將直接受益。議關(guān)注華能國(guó)際等。略，快建設(shè)“世界一流現(xiàn)代化清潔能源企業(yè)”戰(zhàn)略目標(biāo)。截止2022年2月，華能集團(tuán)簽約一體化基地項(xiàng)目規(guī)模達(dá)022年各發(fā)電集團(tuán)簽約一體化項(xiàng)目規(guī)模及個(gè)數(shù)5050.15.1588886526523013102077555455543332520商證