发电企业“能源+算力”转型发展实践

[摘 要]随着能源结构深刻调整和环保政策日趋严苛，传统清洁能源发电企业竞争压力不断加大，转型发展势在必行。北京上庄燃气热电有限公司借助北京人工智能公共算力平台（上庄节点）项目高性能算力已就位的契机，利用电厂电力、冷源、通信、土地等资源优势，通过构建“能源+算力”共站模式，给在厂内建设的算力中心提供安全、可靠的能源支撑。在有效降低算力中心建设成本和运营成本、满足高质量用能需求的同时，为传统清洁能源发电企业转型升级探索出一条新路径。

[关键词]清洁能源发电；综合能源服务；“能源+算力”共站模式

一、公司简介

作为北京能源集团有限责任公司（简称“京能集团”）子公司，北京上庄燃气热电有限公司（简称“上庄热电”）成立于2012年6月15日。近年来，上庄热电在全力保障地区900万平方米的安全用能需求的同时，不断探索综合能源服务、分布式光伏等新兴产业发展，成为海淀区北部重要的区域能源中心。

公司现建有1套E级燃气-蒸汽联合循环热电联产机组，最大发电能力266MW，最大供热能力223MW；敷设38公里的市政热力管线，形成以上庄热电为中心，供热半径约6公里的热力管网；还建有共计三期总容量32MW制冷机组（其中溴化锂制冷机组12MW），并筹划建设第四期10MW电制冷机组提升冷源保障，所生产的冷冻水通过热力管网（冷热同管）输送至央行清算中心、稻香湖景酒店、厂内算力中心等重要用户。

二、实施背景

（一）数字经济高质量发展的时代机遇

随着全球数字化浪潮的兴起，数字经济已成为全球经济增长的重要动力。特别是以云计算、大数据、人工智能为代表的新一代数字技术的迭代升级，推动了全球算力需求呈高速增长态势。

根据IDC数据，算力指数（根据计算能力、计算效率、应用水平、基础设施等指标测算）平均每提高1%，国家数字经济和GDP将分别增长3.5‰和1.8‰。

近年来，在我国加快推进新型基础设施建设的背景下，高算力数据中心对经济社会高质量发展的支撑作用日益凸显，逐渐成为支撑各行业发展的重要基础设施。

北京市充分发挥自身的科技创新、基础设施、政策支持、人才储备和国际合作等方面的优势，提出建立协同高效的算力中心体系，建设2个市级算力中心、多个区级算力中心，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应运而生。

（二）电算共站发展模式的耦合基础

由于算力中心需要“一天24小时，一周7天”不间断运行，大量的电力被用于供应设备的处理器、内存、存储以及维持设备的运行状态，电力消耗量相当可观。同时，设备运行会产生大量的热量，需要外加冷源降温，以保证算力设备在安全的工作温度区间运行。

优化资源配置保证算力设备安全稳定长期运行、提升算力项目能源利用效率、降低算力能耗是对推动数字算力高质量绿色发展提出的必然要求。

打造“能源+算力”共站模式，清洁能源发电企业可以充分发挥能源供应方面的专业化优势。一是已投运的生产设备可直接作为算力能源保障的基础，投资利用率得到提升；二是通过集控运行更好调度设备、系统运行方式，做到节能降耗。

同时，算力中心可就近享受电厂优质能源。一是享受更具竞争力的能源价格，减少能源设备投资，降低建设和运营成本；二是根据需求实时提出能源供应负荷灵活控制需求并实现精准控制，降低算力能耗。

“能源+算力”共站运营还可实现清洁能源发电企业能源供应专业化的比较优势与算力用能需求深度融合，双方市场竞争力都将得到进一步提升，达到“能源+算力”共同发展的目的。

（三）电力企业转型发展的必然要求

近年来，燃气调控力度加大、外送新能源电量逐年增加和电量压减、电力市场化交易、热电解耦等政策的出台，深刻影响了传统清洁能源发电企业生产经营。

作为北京国有燃气发电企业，上庄热电积极响应政策号召和首都节能减排要求，持续开发烟气余热深度利用、综合能源、分布式光伏等项目，加快推动多能产业布局。

算力中心在上庄热电厂内建成后，将产生大量的能源需求，有助于消化电厂产能，降低供能边际成本，提升综合能源服务收益，加速企业转型发展步伐，更好地落实能源调控任务，实现企业可持续高质量发展。

三、主要做法

2023年，京能集团加强顶层设计，以打造绿色京能、数字京能、创新京能“三个京能”为目标，发挥自身在能源领域的优势，牢牢把握政策支持和发展机遇，按照北京市委、市政府相关部门要求，在上庄热电地块内承建和运营北京市人工智能公共算力中心。

上庄热电以高质量打造标杆项目为目标，优化资源要素配置，主动克服建设工期紧张、前期手续办理难度大、资金压力大等实际困难，全力推进算力中心楼宇和配套基础设施建设，分别于2023年四季度、2024年二季度，成功实现一期、二期算力上线和平稳运行，“能源+算力”共站的新型发展模式成功实施。

（一）“业务协同”提高整体工作效能

1.“内部化”协同有效盘活土地资源

上庄热电和项目单位京能数产同为京能集团子公司。双方通过集团内部协同，重新盘整上庄热电厂内土地资源，优化厂内规划布局，以满足算力项目及配套附属设施建设用地需求。

项目分为两期建设。其中，一期利用上庄热电现有约1000平方米的物资库房建设；二期利用东南角约3000平方米的存量用地建设，建筑面积约10000平方米，并为后续国产化设备进场留出必要空间。同时，按照项目所在的北京市海淀区北部科学城核心区域实时房价测算，在电厂内建设算力中心可节省建设土地成本约5亿元。

2.“一站式”满足算力项目用能需求

整个项目按照“统一规划、分期实施”的整体思路，结合算力业务发展需求，通过整体设计并充分考虑各系统分布实施可行性，统筹做好施工管理，做到降低分期建设成本和资源浪费，创造良好的投产环境，项目投资较概算降低约9.3%。据测算，北京市人工智能公共算力中心建成、全容量投运后，上庄热电每年向算力中心供冷将达到18万吉焦，向一期算力供电550万千瓦时。

自接到承建算力中心的任务后，上庄热电同步推动算力中心楼宇建设和制冷系统升级改造，同时结合算力中心夏季供冷基础负荷需要，新建三期2台6兆瓦电制冷机组，并将厂内6台冷机及供回水母管并联形成环路，做到冷源N+1备用。其中，在冷源侧采用“双管路+支路”控制设计，可及时切换供冷工作管路；在算力侧增加蓄冷罐，满足算力设备15分钟应急用冷需求，极大地提升了算力中心用冷安全性、可靠性。

使用电厂自备冷源为算力中心供冷，不仅能有效减少算力项目能源设施投资，还可满足项目独立PUE不高于1.25的硬性要求。

结合一期算力的过渡性质，项目使用机组厂用6千伏系统作为算力机房主电源，厂内10千伏系统作为备用电源，推动既有电力系统改造和一期算力建设同步开展，严格把控工作进度，按时送电完成设备调试，确保2023年12月26日一期算力成功上线运行。

3.“定制化”完善能源供应保障方案

上庄热电按照“夜间谷电蓄冰，日间融冰”的经济运行方式，满足一期算力低负荷试验运行需要；二期算力投运后，充分利用电厂机组余热回收等节能技术，机组运行时可降低供冷变动成本10元/吉焦，将供冷边际成本降至接近于零，实现供冷经济运行。

夏季对算力中心和外部用户供冷进行差异化管理，灵活调整冷冻水供水温度，精准供出5℃/11℃两种不同品质的冷水，满足不同用户定制化需求。

另外，上庄热电还深入研判冬季自然冷却供冷可行性和冷机串联改造等课题，研究成果落地后，可进一步将制冷SCOP提升20%。

（二）“量身定制”打造精品算力工程

1. “因时制宜”优化工程建设工期

自接到建设算力中心楼宇任务到实现竣工目标工期共6个月时间，期间既覆盖国庆、春节、全国两会等重大节日和会议，又经历北京自1951年以来最长连续低温天气，可以说项目建设时间紧、任务重。

对此，上庄热电通过深化可研分析，从需求分析、场地评估、设计概念、详细设计等四个方面反复论证，最终确定通过减少地下建筑、主体使用钢结构、材料工厂预制化、分层同步施工、工序流水推进等方式缩短建设周期。特别是优化建筑工序和外墙保温工序，对内外墙板采用预制蒸压加气混凝土条板等创新性材料，极大缩短了项目建设工期，从传统砌筑标准工期60天缩短至15天，确保外墙板全部按期完工。

2. “统筹协调”完善项目建设方案

一是有效提高算力空间利用率。上庄热电多次组织项目团队和设计院人员细化布局方案，将二三四层电气设备布置进行优化调整，将原来每层可放置1000P算力设备的规模提升到2000P，为算力中心国产化扩容奠定了基础。

二是合理拓宽楼宇主出入口。经过深入研究，将算力设备配套的650立方米的消防水箱和310立方米的蓄冷罐从算力中心楼宇调整至制冷站，为算力楼宇主入口确定在南侧，并为出入口预留宽阔的空间创造了条件。

三是替代柴油发电机备用电源。一期算力电源系统按照A级机房配置，采用两用一备供电方式，并由公司厂用电替代柴油发电机作为备用电源。这样即消除了火灾隐患，又规避了污染排放，还减少了柴油发电机组投资。

3. “智能感知”提升施工管控水平

项目建设过程中，上庄热电积极探索新技术在施工现场的应用，采用虚拟现实技术和增强现实技术，全方位增强工程管控水平。

利用BIM模型，在综合能源监督管控中心的综合管廊、制冷站的管道安装前建立可视化模型，规避了风管、水管、桥架等交差点叠加，达到了线路最短、管路最优、风管可行的效果。

采用物联网技术和人工智能技术，对楼宇内各项设施的智能监控和管理。通过安防监控、漏水传感器、空调通风监测、湿温度传感器、空气质量探测器、压力传感器、电池组监测等智能化监管系统，实时监测设备运行状态、能源消耗情况、环境温度等关键指标，确保设备正常运行并系统化提升应对突发事件的能力。通过智能化监管系统对设备进行远程控制和调试，极大地提高了施工效率和管理水平。

（三）“多维赋能”落实保障关键举措

1.“1+N”模式推动前期工作

上庄热电成立算力平台（上庄）项目部办公室，跨部门协调不同专业技术人员共同办理算力项目手续审批等任务。同时，与京能数产多次协商，签订了库房租赁合同和安全协议，促进一期算力依法依规开展施工改造。

针对项目前期手续办理周期大约需要9个月时间的实际情况，为确保施工的安全、质量、进度可控在控，公司在项目完成集团决策后，委托京能招采中心公开招标，确定设计单位、监理单位、施工单位，促进工程建设顺利推进。同时，安排专人办理项目前期手续，通过与海淀区各委办局的高频次沟通协调，在较短时间内取得了项目多规合一、立项、规划许可证等手续。

另外，根据永久算力机房竣工要求时间倒排工期，确定算力中心楼宇必须在2023年9月底前开工建设，公司与京能建设多次协商，签订了“三通一平”施工合同。与项目单位商定了最符合双方发展形势的合作模式，采用电厂代建算力楼宇，项目公司一次性支付建设费用，按年度支付能源费用的合作模式，双方就此签订了合作框架协议，将基建投资对双方经营影响降至最低。

2.“四个坚持”优化资金管控

针对算力中心建设所需资金量大、结算付款节点密集的特点，上庄热电通过四个“坚持”来持续优化全过程资金管控。

一是坚持合规管理。严格遵守大额资金管理制度，将资金内控流程与项目周期进行计划性融合，精心做好资金内控流程环节的计划安排。

二是坚持数字化引领。依托京能集团的资金管理平台，执行分项资金计划和资金归集工作，将资金管控延伸至业务前端，以实现项目建设及营运资金的平衡管控。

三是坚持融资安全。充分发挥京能集团融资保障体系的优势，制定项目资金安全兜底措施。

四是坚持拓展银行金融工具的运用空间。强化银企合作，充分挖掘外源资源，发挥各家银行的渠道优势，全方位做好项目建设及运营的资金管控工作。

3.“五精”管理强化服务保障

上庄热电高度重视算力中心建设，积极拓宽监督管控方式，不断完善工作计划和绩效考核机制，实时调度建设工作推进情况，通过月度绩效考评机制、每周例行工作会和每日专项工作调度会部署和推进项目建设进展，全力做好安全监督检查和各项接待任务。

海淀区委区政府、上庄镇、京能集团等各级领导，山西省大同市主要领导和其他行业内相关单位多次来上庄热电视察、调研。公司在每次接待任务中都精心策划、周密安排，以高标准完成接待服务，赢得了各级领导的充分肯定和高度评价。

四、实施成效

（一）打造能算共站模式，探索能源发展构架

通过“能源+算力”共站模式，可以实现资源共建、共享，资源利用效率大幅提升。

1.与北京市人工智能公共算力中心容量需求匹配的柴油发电机需要投资约1000万元，供冷所需的离心式冷水机组单位造价250万元/兆瓦，能源设施投资合计将达到3500万元。由于算力中心在电厂内，可选择电厂已有能源基础设施为其提供服务，有效降低了建设成本。

2.北京市人工智能公共算力中心全容量投运后，估计年最大用电需求为1.25亿千瓦时。若全部通过上庄热电供能，在减少输电损耗的同时，电网节点运行效率有望提升10%～20%。另外，算力中心用能负荷相对稳定，有利于提升电网负荷预测准确性和电量消纳水平。

3.算力中心用冷厂内输送损失较外部用户降低15～20个百分点，能源价格接近能源出厂价，并且供能质量、可靠性、灵活性远高于市场水平，能算共站综合能耗水平更为理想。

（二）盘活电厂存量资源，提升机组运行效率

与算力项目独立建设相比，“能源+算力”共站能有效提升发电企业边际效益，释放能源利用潜能，同时综合能源消费量将有所降低。

1.以上庄热电为例，通过夏季使用溴化锂制冷机组供冷，可以提升机组锅炉烟气余热利用效率，实现能源多级利用，降低排烟热量损失。发电气耗预计降低0.0053标方/千瓦时，按照全年4100小时测算，年节约燃气成本578.02万元。减少电制冷机组耗电量4万千瓦时/小时，年减少碳排放1.1万吨。

2.数字算力产业也可以将自身的余热等能源回馈给清洁能源发电企业，作为稳定的补充热源帮助电厂减少产热燃料消耗，还能作为供热高峰时段调峰手段，扩大机组抽凝方式运行供热上限。

（三）充分激发专业优势，有效降低运营成本

电力企业在能源供应方面具备更强的专业优势，能够结合设备特性曲线和机组运行经验，科学调整设备运行工况。

1.2024年1- 4月，首次开展一期算力冬季供冷的试运行阶段，供冷制冷COP=1.1。但截至7月末，上庄热电供冷量4.9万吉焦，供冷耗电量236.79万千瓦时，制冷COP=5.7，上庄热电通过充分利用机组余热和专业化调整手段，供冷能效大幅提升。

2.下一步上庄热电还将深化研究溴化锂制冷机组冬季运行，通过建设空冷装置等措施，进一步提高能源利用效率。预计北京市人工智能公共算力中心全容量投运后，制冷能效水平可达到8以上，较普通算力中心制冷普遍能效水平提升30%，每年可至少节省制冷电费支出160余万元。

（四）加速AI生态对接，推动创新产业聚集

通过北京人工智能公共算力平台的建设，短期内，可保障公共算力平台持续稳定运行，满足北京高校、研究院所、金融领域和中小微创新创业企业等的公共普惠算力需求；从长期来看，围绕“算力+算法+数据”开展应用生态拓展，打造符合北京全球数字标杆城市定位相符合的人工智能“产、学、研”生态圈，在实现经济效益与科研水平的双重驱动的同时，可聚集人工智能产业链、创新链企业，形成产业生态集聚的规模效应，成为多元算力提供能力、算力服务质量最优的北京公共算力服务平台，促进人工智能与经济社会发展的深度融合。另外，通过引进国际化人才，引育本土专业人才资源，更好地服务北京市数字经济可持续发展。

（五）打造数字监管平台，实现供能精细管理

清洁能源发电企业可以通过建设综合能源监督管控中心，利用数字化监管手段，对能源供应做到全面、实时监控。系统上线后，利用数字化手段全面了解能源供应状况，不仅可以加强现有的供能用户和综合能源项目进行监测，还可以进一步应用于算力项目供能用能分析。

自动化监测冷热网运行参数，及时反馈运行工况变化和异常情况，并根据大数据分析问题产生的原因，方便运行人员及时优化供能方案、调整运行参数、发现和处置设备隐患，提供更为安全、高效的能源供应保障。

同时，“能源+算力”融合还可以进一步应用算力数字化技术，打造能源供应安全监督管控平台。通过共同开展技术创新与研发合作，探索新型能源利用技术和智能能源管理系统；加强用能数据与算力数据交叉比对、智能分析，可实时监测数据中心运行状态，进而提高能源利用效率和运营水平，为北京市、乃至全国人工智能产业发展创造坚实能源调度底座。

（六）促进科技底座升级，推动区域快速发展

在海淀区北部建设算力中心具有显著的地理、基础设施、科技资源、政策支持、市场需求、环境与可持续发展以及人才与教育资源等多方面的优势。这也是算力中心高效运行和长远发展的有力保障。

具体来说，海淀区北部交通便利，电力和通信网络基础设施完善；高校和科研机构集中，高科技企业聚集；政府提供有力支持政策和产业优惠政策；市场对算力需求旺盛，合作机会多；能够利用可再生能源，实现绿色低碳发展；高素质人才丰富，培训和教育资源充足。这些优势能够促进科技底座升级，推动区域良性持续发展，加速科技创新，增强区域的竞争力和创新能力。

总之，算力中心的建成将为区域发展注入新动能。区域发展速度加快，能源需求随之增加，清洁能源发电企业发展空间也会更加广阔。

在大力发展新质生产力的背景下，算力中心依托清洁能源发电企业能源供应优势，优化各类成本支出，市场竞争力得以增强；清洁能源发电企业也将通过为算力项目供冷提升营业收入，促进机组运行效率提升并降低成本费用。

上庄热电作为清洁能源发电企业与数字算力产业的合作，实现了互利共赢，对于推动能源产业升级和转型发展起到了很大的促进作用，“能源+算力”共站为推动算力产业高质量发展和清洁能源发电企业转型发展探索并实践了一种新的发展模式。

编辑/车玉龙 统筹/苏晓