發電企業“能源+算力”轉型發展實踐

[摘 要]隨著能源結構深刻調整和環保政策日趨嚴苛，傳統清潔能源發電企業競爭壓力不斷加大，轉型發展勢在必行。北京上莊燃氣熱電有限公司借助北京人工智能公共算力平臺（上莊節點）項目高性能算力已就位的契機，利用電廠電力、冷源、通信、土地等資源優勢，通過構建“能源+算力”共站模式，給在廠內建設的算力中心提供安全、可靠的能源支撐。在有效降低算力中心建設成本和運營成本、滿足高質量用能需求的同時，為傳統清潔能源發電企業轉型升級探索出一條新路徑。

[關鍵詞]清潔能源發電；綜合能源服務；“能源+算力”共站模式

一、公司簡介

作為北京能源集團有限責任公司（簡稱“京能集團”）子公司，北京上莊燃氣熱電有限公司（簡稱“上莊熱電”）成立于2012年6月15日。近年來，上莊熱電在全力保障地區900萬平方米的安全用能需求的同時，不斷探索綜合能源服務、分布式光伏等新興產業發展，成為海淀區北部重要的區域能源中心。

公司現建有1套E級燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯產機組，最大發電能力266MW，最大供熱能力223MW；敷設38公里的市政熱力管線，形成以上莊熱電為中心，供熱半徑約6公里的熱力管網；還建有共計三期總容量32MW制冷機組（其中溴化鋰制冷機組12MW），并籌劃建設第四期10MW電制冷機組提升冷源保障，所生產的冷凍水通過熱力管網（冷熱同管）輸送至央行清算中心、稻香湖景酒店、廠內算力中心等重要用戶。

二、實施背景

（一）數字經濟高質量發展的時代機遇

隨著全球數字化浪潮的興起，數字經濟已成為全球經濟增長的重要動力。特別是以云計算、大數據、人工智能為代表的新一代數字技術的迭代升級，推動了全球算力需求呈高速增長態勢。

根據IDC數據，算力指數（根據計算能力、計算效率、應用水平、基礎設施等指標測算）平均每提高1%，國家數字經濟和GDP將分別增長3.5‰和1.8‰。

近年來，在我國加快推進新型基礎設施建設的背景下，高算力數據中心對經濟社會高質量發展的支撐作用日益凸顯，逐漸成為支撐各行業發展的重要基礎設施。

北京市充分發揮自身的科技創新、基礎設施、政策支持、人才儲備和國際合作等方面的優勢，提出建立協同高效的算力中心體系，建設2個市級算力中心、多個區級算力中心，形成全市“2+15+N”人工智能算力格局。北京市人工智能公共算力中心在此背景下應運而生。

（二）電算共站發展模式的耦合基礎

由于算力中心需要“一天24小時，一周7天”不間斷運行，大量的電力被用于供應設備的處理器、內存、存儲以及維持設備的運行狀態，電力消耗量相當可觀。同時，設備運行會產生大量的熱量，需要外加冷源降溫，以保證算力設備在安全的工作溫度區間運行。

優化資源配置保證算力設備安全穩定長期運行、提升算力項目能源利用效率、降低算力能耗是對推動數字算力高質量綠色發展提出的必然要求。

打造“能源+算力”共站模式，清潔能源發電企業可以充分發揮能源供應方面的專業化優勢。一是已投運的生產設備可直接作為算力能源保障的基礎，投資利用率得到提升；二是通過集控運行更好調度設備、系統運行方式，做到節能降耗。

同時，算力中心可就近享受電廠優質能源。一是享受更具競爭力的能源價格，減少能源設備投資，降低建設和運營成本；二是根據需求實時提出能源供應負荷靈活控制需求并實現精準控制，降低算力能耗。

“能源+算力”共站運營還可實現清潔能源發電企業能源供應專業化的比較優勢與算力用能需求深度融合，雙方市場競爭力都將得到進一步提升，達到“能源+算力”共同發展的目的。

（三）電力企業轉型發展的必然要求

近年來，燃氣調控力度加大、外送新能源電量逐年增加和電量壓減、電力市場化交易、熱電解耦等政策的出臺，深刻影響了傳統清潔能源發電企業生產經營。

作為北京國有燃氣發電企業，上莊熱電積極響應政策號召和首都節能減排要求，持續開發煙氣余熱深度利用、綜合能源、分布式光伏等項目，加快推動多能產業布局。

算力中心在上莊熱電廠內建成后，將產生大量的能源需求，有助于消化電廠產能，降低供能邊際成本，提升綜合能源服務收益，加速企業轉型發展步伐，更好地落實能源調控任務，實現企業可持續高質量發展。

三、主要做法

2023年，京能集團加強頂層設計，以打造綠色京能、數字京能、創新京能“三個京能”為目標，發揮自身在能源領域的優勢，牢牢把握政策支持和發展機遇，按照北京市委、市政府相關部門要求，在上莊熱電地塊內承建和運營北京市人工智能公共算力中心。

上莊熱電以高質量打造標桿項目為目標，優化資源要素配置，主動克服建設工期緊張、前期手續辦理難度大、資金壓力大等實際困難，全力推進算力中心樓宇和配套基礎設施建設，分別于2023年四季度、2024年二季度，成功實現一期、二期算力上線和平穩運行，“能源+算力”共站的新型發展模式成功實施。

（一）“業務協同”提高整體工作效能

1.“內部化”協同有效盤活土地資源

上莊熱電和項目單位京能數產同為京能集團子公司。雙方通過集團內部協同，重新盤整上莊熱電廠內土地資源，優化廠內規劃布局，以滿足算力項目及配套附屬設施建設用地需求。

項目分為兩期建設。其中，一期利用上莊熱電現有約1000平方米的物資庫房建設；二期利用東南角約3000平方米的存量用地建設，建筑面積約10000平方米，并為后續國產化設備進場留出必要空間。同時，按照項目所在的北京市海淀區北部科學城核心區域實時房價測算，在電廠內建設算力中心可節省建設土地成本約5億元。

2.“一站式”滿足算力項目用能需求

整個項目按照“統一規劃、分期實施”的整體思路，結合算力業務發展需求，通過整體設計并充分考慮各系統分布實施可行性，統籌做好施工管理，做到降低分期建設成本和資源浪費，創造良好的投產環境，項目投資較概算降低約9.3%。據測算，北京市人工智能公共算力中心建成、全容量投運后，上莊熱電每年向算力中心供冷將達到18萬吉焦，向一期算力供電550萬千瓦時。

自接到承建算力中心的任務后，上莊熱電同步推動算力中心樓宇建設和制冷系統升級改造，同時結合算力中心夏季供冷基礎負荷需要，新建三期2臺6兆瓦電制冷機組，并將廠內6臺冷機及供回水母管并聯形成環路，做到冷源N+1備用。其中，在冷源側采用“雙管路+支路”控制設計，可及時切換供冷工作管路；在算力側增加蓄冷罐，滿足算力設備15分鐘應急用冷需求，極大地提升了算力中心用冷安全性、可靠性。

使用電廠自備冷源為算力中心供冷，不僅能有效減少算力項目能源設施投資，還可滿足項目獨立PUE不高于1.25的硬性要求。

結合一期算力的過渡性質，項目使用機組廠用6千伏系統作為算力機房主電源，廠內10千伏系統作為備用電源，推動既有電力系統改造和一期算力建設同步開展，嚴格把控工作進度，按時送電完成設備調試，確保2023年12月26日一期算力成功上線運行。

3.“定制化”完善能源供應保障方案

上莊熱電按照“夜間谷電蓄冰，日間融冰”的經濟運行方式，滿足一期算力低負荷試驗運行需要；二期算力投運后，充分利用電廠機組余熱回收等節能技術，機組運行時可降低供冷變動成本10元/吉焦，將供冷邊際成本降至接近于零，實現供冷經濟運行。

夏季對算力中心和外部用戶供冷進行差異化管理，靈活調整冷凍水供水溫度，精準供出5℃/11℃兩種不同品質的冷水，滿足不同用戶定制化需求。

另外，上莊熱電還深入研判冬季自然冷卻供冷可行性和冷機串聯改造等課題，研究成果落地后，可進一步將制冷SCOP提升20%。

（二）“量身定制”打造精品算力工程

1. “因時制宜”優化工程建設工期

自接到建設算力中心樓宇任務到實現竣工目標工期共6個月時間，期間既覆蓋國慶、春節、全國兩會等重大節日和會議，又經歷北京自1951年以來最長連續低溫天氣，可以說項目建設時間緊、任務重。

對此，上莊熱電通過深化可研分析，從需求分析、場地評估、設計概念、詳細設計等四個方面反復論證，最終確定通過減少地下建筑、主體使用鋼結構、材料工廠預制化、分層同步施工、工序流水推進等方式縮短建設周期。特別是優化建筑工序和外墻保溫工序，對內外墻板采用預制蒸壓加氣混凝土條板等創新性材料，極大縮短了項目建設工期，從傳統砌筑標準工期60天縮短至15天，確保外墻板全部按期完工。

2. “統籌協調”完善項目建設方案

一是有效提高算力空間利用率。上莊熱電多次組織項目團隊和設計院人員細化布局方案，將二三四層電氣設備布置進行優化調整，將原來每層可放置1000P算力設備的規模提升到2000P，為算力中心國產化擴容奠定了基礎。

二是合理拓寬樓宇主出入口。經過深入研究，將算力設備配套的650立方米的消防水箱和310立方米的蓄冷罐從算力中心樓宇調整至制冷站，為算力樓宇主入口確定在南側，并為出入口預留寬闊的空間創造了條件。

三是替代柴油發電機備用電源。一期算力電源系統按照A級機房配置，采用兩用一備供電方式，并由公司廠用電替代柴油發電機作為備用電源。這樣即消除了火災隱患，又規避了污染排放，還減少了柴油發電機組投資。

3. “智能感知”提升施工管控水平

項目建設過程中，上莊熱電積極探索新技術在施工現場的應用，采用虛擬現實技術和增強現實技術，全方位增強工程管控水平。

利用BIM模型，在綜合能源監督管控中心的綜合管廊、制冷站的管道安裝前建立可視化模型，規避了風管、水管、橋架等交差點疊加，達到了線路最短、管路最優、風管可行的效果。

采用物聯網技術和人工智能技術，對樓宇內各項設施的智能監控和管理。通過安防監控、漏水傳感器、空調通風監測、濕溫度傳感器、空氣質量探測器、壓力傳感器、電池組監測等智能化監管系統，實時監測設備運行狀態、能源消耗情況、環境溫度等關鍵指標，確保設備正常運行并系統化提升應對突發事件的能力。通過智能化監管系統對設備進行遠程控制和調試，極大地提高了施工效率和管理水平。

（三）“多維賦能”落實保障關鍵舉措

1.“1+N”模式推動前期工作

上莊熱電成立算力平臺（上莊）項目部辦公室，跨部門協調不同專業技術人員共同辦理算力項目手續審批等任務。同時，與京能數產多次協商，簽訂了庫房租賃合同和安全協議，促進一期算力依法依規開展施工改造。

針對項目前期手續辦理周期大約需要9個月時間的實際情況，為確保施工的安全、質量、進度可控在控，公司在項目完成集團決策后，委托京能招采中心公開招標，確定設計單位、監理單位、施工單位，促進工程建設順利推進。同時，安排專人辦理項目前期手續，通過與海淀區各委辦局的高頻次溝通協調，在較短時間內取得了項目多規合一、立項、規劃許可證等手續。

另外，根據永久算力機房竣工要求時間倒排工期，確定算力中心樓宇必須在2023年9月底前開工建設，公司與京能建設多次協商，簽訂了“三通一平”施工合同。與項目單位商定了最符合雙方發展形勢的合作模式，采用電廠代建算力樓宇，項目公司一次性支付建設費用，按年度支付能源費用的合作模式，雙方就此簽訂了合作框架協議，將基建投資對雙方經營影響降至最低。

2.“四個堅持”優化資金管控

針對算力中心建設所需資金量大、結算付款節點密集的特點，上莊熱電通過四個“堅持”來持續優化全過程資金管控。

一是堅持合規管理。嚴格遵守大額資金管理制度，將資金內控流程與項目周期進行計劃性融合，精心做好資金內控流程環節的計劃安排。

二是堅持數字化引領。依托京能集團的資金管理平臺，執行分項資金計劃和資金歸集工作，將資金管控延伸至業務前端，以實現項目建設及營運資金的平衡管控。

三是堅持融資安全。充分發揮京能集團融資保障體系的優勢，制定項目資金安全兜底措施。

四是堅持拓展銀行金融工具的運用空間。強化銀企合作，充分挖掘外源資源，發揮各家銀行的渠道優勢，全方位做好項目建設及運營的資金管控工作。

3.“五精”管理強化服務保障

上莊熱電高度重視算力中心建設，積極拓寬監督管控方式，不斷完善工作計劃和績效考核機制，實時調度建設工作推進情況，通過月度績效考評機制、每周例行工作會和每日專項工作調度會部署和推進項目建設進展，全力做好安全監督檢查和各項接待任務。

海淀區委區政府、上莊鎮、京能集團等各級領導，山西省大同市主要領導和其他行業內相關單位多次來上莊熱電視察、調研。公司在每次接待任務中都精心策劃、周密安排，以高標準完成接待服務，贏得了各級領導的充分肯定和高度評價。

四、實施成效

（一）打造能算共站模式，探索能源發展構架

通過“能源+算力”共站模式，可以實現資源共建、共享，資源利用效率大幅提升。

1.與北京市人工智能公共算力中心容量需求匹配的柴油發電機需要投資約1000萬元，供冷所需的離心式冷水機組單位造價250萬元/兆瓦，能源設施投資合計將達到3500萬元。由于算力中心在電廠內，可選擇電廠已有能源基礎設施為其提供服務，有效降低了建設成本。

2.北京市人工智能公共算力中心全容量投運后，估計年最大用電需求為1.25億千瓦時。若全部通過上莊熱電供能，在減少輸電損耗的同時，電網節點運行效率有望提升10%～20%。另外，算力中心用能負荷相對穩定，有利于提升電網負荷預測準確性和電量消納水平。

3.算力中心用冷廠內輸送損失較外部用戶降低15～20個百分點，能源價格接近能源出廠價，并且供能質量、可靠性、靈活性遠高于市場水平，能算共站綜合能耗水平更為理想。

（二）盤活電廠存量資源，提升機組運行效率

與算力項目獨立建設相比，“能源+算力”共站能有效提升發電企業邊際效益，釋放能源利用潛能，同時綜合能源消費量將有所降低。

1.以上莊熱電為例，通過夏季使用溴化鋰制冷機組供冷，可以提升機組鍋爐煙氣余熱利用效率，實現能源多級利用，降低排煙熱量損失。發電氣耗預計降低0.0053標方/千瓦時，按照全年4100小時測算，年節約燃氣成本578.02萬元。減少電制冷機組耗電量4萬千瓦時/小時，年減少碳排放1.1萬噸。

2.數字算力產業也可以將自身的余熱等能源回饋給清潔能源發電企業，作為穩定的補充熱源幫助電廠減少產熱燃料消耗，還能作為供熱高峰時段調峰手段，擴大機組抽凝方式運行供熱上限。

（三）充分激發專業優勢，有效降低運營成本

電力企業在能源供應方面具備更強的專業優勢，能夠結合設備特性曲線和機組運行經驗，科學調整設備運行工況。

1.2024年1- 4月，首次開展一期算力冬季供冷的試運行階段，供冷制冷COP=1.1。但截至7月末，上莊熱電供冷量4.9萬吉焦，供冷耗電量236.79萬千瓦時，制冷COP=5.7，上莊熱電通過充分利用機組余熱和專業化調整手段，供冷能效大幅提升。

2.下一步上莊熱電還將深化研究溴化鋰制冷機組冬季運行，通過建設空冷裝置等措施，進一步提高能源利用效率。預計北京市人工智能公共算力中心全容量投運后，制冷能效水平可達到8以上，較普通算力中心制冷普遍能效水平提升30%，每年可至少節省制冷電費支出160余萬元。

（四）加速AI生態對接，推動創新產業聚集

通過北京人工智能公共算力平臺的建設，短期內，可保障公共算力平臺持續穩定運行，滿足北京高校、研究院所、金融領域和中小微創新創業企業等的公共普惠算力需求；從長期來看，圍繞“算力+算法+數據”開展應用生態拓展，打造符合北京全球數字標桿城市定位相符合的人工智能“產、學、研”生態圈，在實現經濟效益與科研水平的雙重驅動的同時，可聚集人工智能產業鏈、創新鏈企業，形成產業生態集聚的規模效應，成為多元算力提供能力、算力服務質量最優的北京公共算力服務平臺，促進人工智能與經濟社會發展的深度融合。另外，通過引進國際化人才，引育本土專業人才資源，更好地服務北京市數字經濟可持續發展。

（五）打造數字監管平臺，實現供能精細管理

清潔能源發電企業可以通過建設綜合能源監督管控中心，利用數字化監管手段，對能源供應做到全面、實時監控。系統上線后，利用數字化手段全面了解能源供應狀況，不僅可以加強現有的供能用戶和綜合能源項目進行監測，還可以進一步應用于算力項目供能用能分析。

自動化監測冷熱網運行參數，及時反饋運行工況變化和異常情況，并根據大數據分析問題產生的原因，方便運行人員及時優化供能方案、調整運行參數、發現和處置設備隱患，提供更為安全、高效的能源供應保障。

同時，“能源+算力”融合還可以進一步應用算力數字化技術，打造能源供應安全監督管控平臺。通過共同開展技術創新與研發合作，探索新型能源利用技術和智能能源管理系統；加強用能數據與算力數據交叉比對、智能分析，可實時監測數據中心運行狀態，進而提高能源利用效率和運營水平，為北京市、乃至全國人工智能產業發展創造堅實能源調度底座。

（六）促進科技底座升級，推動區域快速發展

在海淀區北部建設算力中心具有顯著的地理、基礎設施、科技資源、政策支持、市場需求、環境與可持續發展以及人才與教育資源等多方面的優勢。這也是算力中心高效運行和長遠發展的有力保障。

具體來說，海淀區北部交通便利，電力和通信網絡基礎設施完善；高校和科研機構集中，高科技企業聚集；政府提供有力支持政策和產業優惠政策；市場對算力需求旺盛，合作機會多；能夠利用可再生能源，實現綠色低碳發展；高素質人才豐富，培訓和教育資源充足。這些優勢能夠促進科技底座升級，推動區域良性持續發展，加速科技創新，增強區域的競爭力和創新能力。

總之，算力中心的建成將為區域發展注入新動能。區域發展速度加快，能源需求隨之增加，清潔能源發電企業發展空間也會更加廣闊。

在大力發展新質生產力的背景下，算力中心依托清潔能源發電企業能源供應優勢，優化各類成本支出，市場競爭力得以增強；清潔能源發電企業也將通過為算力項目供冷提升營業收入，促進機組運行效率提升并降低成本費用。

上莊熱電作為清潔能源發電企業與數字算力產業的合作，實現了互利共贏，對于推動能源產業升級和轉型發展起到了很大的促進作用，“能源+算力”共站為推動算力產業高質量發展和清潔能源發電企業轉型發展探索并實踐了一種新的發展模式。

編輯/車玉龍 統籌/蘇曉