智慧能源系列專題報告(一)——算力篇本篇報告分析了ChatGPT引發(fā)人工智能算力增長背后數(shù)據(jù)中心(IDC)需求增長對電力市場的影響，以及“雙碳”和“東數(shù)西算”背景下“綠色IDC+一體化清潔能源基地”協(xié)同發(fā)展的必然性和可行性。可觀：ChatGPT再次引發(fā)全世界對人工智能關注熱潮，人工智能發(fā)展背后需要強大的算力支撐，對應基礎設施是高性能的服務器集群——數(shù)據(jù)中心(IDC)。數(shù)據(jù)中心同時也是數(shù)字經濟的重要底座，2019年中國數(shù)字經濟對。隨著AI和產業(yè)數(shù)字化轉型等多樣化算力需求場景涌現(xiàn)，預計算力需求每年將以20%以上速度快速增長，相應的對IDC的需求也在飛速增長。智能算力用電需求龐大，根據(jù)我們測算，IDC的耗電量超2100億千瓦時，到2025年預計將增長至近4000億千瓦均電價約為0.541元/度，電力成本優(yōu)勢明顯。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9.6萬元。在政策端，“東數(shù)西算”政策提出規(guī)劃建設10個國家數(shù)為趨勢。一步降碳成為數(shù)據(jù)中心的必然選擇，政策端也鼓勵數(shù)據(jù)中心采用清潔能源。傳統(tǒng)風光發(fā)電波動性大，與數(shù)據(jù)中心對電源穩(wěn)定性要求存在結構性矛盾。根購”方式受限。為保證能源供應清潔低碳、高效穩(wěn)定，“風光水火儲一體化”大型清潔能源基地應運而生。“十四五”規(guī)劃9大清潔能源一體化基國占比可觀背中心+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。口推薦標的：清潔能源一體化大基地參與者、協(xié)同發(fā)電技術及設備供應公司口風險提示：數(shù)據(jù)中心建設不及預期，清潔能源一體化大基地建設不及預期等。事業(yè)業(yè)規(guī)模4674768總市值(億元)業(yè)指數(shù)%%2.24.1對表現(xiàn)50-10-15ul相關報告求修復明顯，1-2月風光發(fā)電增速亮價值有待重估，建議關注“火轉綠”宋盈盈S1090520080001songyingying@深度報告敬請閱讀末頁的重要說明2正文目錄 目錄 圖4：2016年以來我國數(shù)字經濟規(guī)模(萬億元) 5 圖10：IDC主要分布的東西部地區(qū)工商業(yè)電價(元/度) 7IDC(℃) 7 敬請閱讀末頁的重要說明3 業(yè)深度報告敬請閱讀末頁的重要說明4一、人工智能興起、數(shù)字經濟發(fā)展帶動一、人工智能興起、數(shù)字經濟發(fā)展帶動IDC增長，用電需求增長可觀ChatGPT引發(fā)人工智能熱潮、數(shù)字經濟發(fā)展帶動算力需求快速增長OpenAIChatGPT的參數(shù)量呈指數(shù)級增長。要滿足如此龐大的用戶訪問量和模型訓練量，背后離不開強大的智能算力支撐。主；超算算力以超級計算機輸出的計算能力為主。算力常用計量單位為每秒執(zhí)行的浮點數(shù)運算次數(shù)(FLOPS)。人工智能行業(yè)滲透率逐年提升，我國智能算力規(guī)模快速增長：隨著人工智能在互聯(lián)網、金融、工業(yè)等行業(yè)的滲透率能算力規(guī)模將達到1271.4EFLOPS。2021~2026年期間，預計中國智能算力規(guī)模ChatGPT力規(guī)模、預測及同比(EFLOPS)002.8720192020202120222023E2024E2025E2026E0%0%0%%基礎算力智能算力超算算力%%(每秒浮點運算次數(shù))，近五年年均增速超過30%，算力規(guī)模排名全球第二。隨著AI和產業(yè)數(shù)字化轉型等多樣化算業(yè)深度報告敬請閱讀末頁的重要說明5我國數(shù)字經濟規(guī)模(萬億元)圖5：2016年以來我國算力規(guī)模及同比(EFLOPS)2021.539.235.831.327.222.600072017201820190102030400我國算力規(guī)模IC資料顯示，ChatGPT訓練階段算力消耗約為3640PF-days(即假如每秒計算一千萬億次，需要計算3640天)，S我國數(shù)據(jù)中心增長旺盛：得益于互聯(lián)網產業(yè)、數(shù)字經濟快速發(fā)展驅動，我國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模高速增長，機架數(shù)目深度報告敬請閱讀末頁的重要說明6000.0%0%0%0%50030.0%30.0%000000% 201720182019202020212022H10.0%在用數(shù)據(jù)中心機架規(guī)模(萬標準機架)同比0.0%.3%32.4%29.8%27.2%.8%20162017201820192020202120222023E中國數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模(億元)同比皮書》、招商證券資料來源：工業(yè)和信息化部、招商證券A禁ChatGPT量測算：ChatGPT底層語言模型為GPT-3(目前已更新至GPT-4，但模型參數(shù)尚未公開)，有T每日訪問量/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3.963.963.96單日耗電量/萬千瓦時14.1470.71141.43年耗電量/億千瓦時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)深度報告敬請閱讀末頁的重要說明7地區(qū)數(shù)據(jù)中心建設成本優(yōu)勢突出CDC服務器的標準數(shù)據(jù)中心機房每天可節(jié)約9.6萬元。我們也進行了相關測算，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(元/度)0資料來源：國家電網、招商證券圖11：IDC主要分布的東西部地區(qū)氣溫(℃)18.42050機組的運行能耗，可以認為環(huán)境溫度降低2.2°時這部分能耗也將節(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/臺每小時節(jié)省電量/千瓦時本/元/千瓦時每天節(jié)省電費/元00深度報告敬請閱讀末頁的重要說明8東心集群，我國“東數(shù)西算”項目正式啟動。三大運營商、互聯(lián)網廠商積極布局：在成本優(yōu)勢和“東數(shù)西算”政策助力下，三大運營商和相關互聯(lián)網巨頭積極響名稱間相關規(guī)劃中國電信2020明確“2+4+31+X”布局，其中2為內蒙古和貴州數(shù)據(jù)中心園區(qū)，4為京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)和成渝四個樞紐的布局；31+X為包括甘肅、寧夏兩個樞紐在內的為31省及X個重點城市的布局。在2+4區(qū)域擁有機架規(guī)模40萬個，并將進一步優(yōu)化東西部比例，由7:3調整至“十四五”末的6:4。中國移動2022中國移動(廣西)數(shù)據(jù)中心一期工程建成投產，總投入25億元，可容納1.5萬個機架，22.5萬臺服務器，將為打造面向東盟的數(shù)字絲綢之路提供新動能。此外廣西移動已在全區(qū)建成數(shù)據(jù)中心30處，遍布14個設區(qū)市。中國聯(lián)通2022加快京津冀、長三角、粵港澳大灣區(qū)、成渝區(qū)域四大國家東數(shù)樞紐節(jié)點新型數(shù)據(jù)中心新建、擴建項目，滿足國家重大區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略實施需要。華為2021在中國布局五大數(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100萬臺服務器。阿里云2016張北數(shù)據(jù)中心已于2016年9月投產，部署國內云計算數(shù)據(jù)中心規(guī)模最大的浸沒式液冷集群，烏蘭察布超級數(shù)據(jù)中心于2020年6月開始正式對外提供云計算服務，阿里云西部云計算中心及數(shù)據(jù)服務基地于2020年11月落戶成都。證券業(yè)深度報告敬請閱讀末頁的重要說明9基地助力綠色數(shù)據(jù)中心建設(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《關于推進本市數(shù)據(jù)%42%40%IT設備和軟件制冷系統(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指標達到技術上限、改善能源結構成為綠色數(shù)據(jù)中心降碳必然選擇選址等方法降低PUE值，進而實現(xiàn)低碳減排要求。根據(jù)工信部公布的2021年國家綠深度報告敬請閱讀末頁的重要說明10、招商證券選擇。在不同發(fā)電方式中，風光發(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)深度報告敬請閱讀末頁的重要說明11證券圖19：2021年不同發(fā)電方式年平均利用小時數(shù)000000048IDC心用電需求，其裝機功率可以占到目前一般大型風電場、光伏電站發(fā)電功率的37.4%、97.8%，理論上傳統(tǒng)風光電場機容量1.78萬kW。(由于風電光伏發(fā)電時間有明顯的日內周期性變化，總電量滿足要求風電光伏機架數(shù)/臺20002000單機架功率/千瓦PUE33IDC裝機功率/萬千瓦2.62.6能源利用小時數(shù)22321281需求發(fā)電功率/萬千瓦10.2017.78需求儲能/萬千瓦1.021.78需求功率總計/萬千瓦11.2219.56實際電場發(fā)電功率/萬千瓦3020需求功率/實際電場發(fā)電功率37.42%97.79%陸地風電場名稱省份/州裝機容量MW酒泉風電場甘肅酒泉7965大阪城風電場新疆大阪500青海海南州切吉鄉(xiāng)風電場青海海南1300巴彥淖爾市烏蘭伊力更風電場300通遼北清河風電場300龍源灰騰梁風電場300中廣核烏蘭察布宏基風電場296.5業(yè)深度報告敬請閱讀末頁的重要說明12南澳東半島風電場廣東200上海東海大橋風電場上海0襄陽風電場湖北襄陽400.5中廣核甘肅民勤紅沙崗風電場甘肅武威400四平風電場吉林四平348遼寧阜新風電場遼寧阜新300通榆風電場吉林通榆300遼寧彰東風電場遼寧彰東300臨海括蒼山風電場浙江臨海21.3南丫風電場香港0.8“風光水火儲一體化”清潔能源基地使IDC全部使用綠電具備現(xiàn)實基礎：為保證能源供應清潔低碳、高效穩(wěn)定，“風光水火儲一體化”大型清潔能源基地應運而生，“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)實基礎。年，國家發(fā)改委、國家能源局下發(fā)了《關于開展“風光水火儲一體化”“源網荷儲一體化”的指導意見見稿)》。2021年，國家又相繼下發(fā)《關于推進電力源網荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導意見》以及《關于報送“十四五”電力源網荷儲一體化和多能互補發(fā)展工作方案的通知》，兩份文件標志“風光水火儲”和“源網荷儲”兩個一體化工作正式啟動。基地名稱風電光伏水電火電儲能省份相關規(guī)劃松遼清潔能源基地√√√吉林、遼寧W動三大千萬千瓦級別能源基地建設；吉林：達到3000萬千瓦。冀北清潔能源基地√√√河北北部河北：2025年風電、光伏發(fā)電裝機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√√√√甘肅全省風光電裝機達到5000萬千瓦以上。黃河上游清潔能源基地√√√√青海、清潔能源裝機超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、風電裝機容量各貴州：打造烏江、北盤江、南盤江、清水江雅礱江清潔能源基地√√√貴州“水風光一體化”千萬千瓦級可再生能源開云南：建設金沙江下游、瀾滄江中下游、紅金沙江下游清潔能源基地√√√√√云南河流域“風光水儲一體化”基地及“風光火儲一體化”示范項目新能源裝機共1500萬新疆：建成/推進建設準東、哈密北和南疆新疆清潔能源基地√√√√新疆環(huán)塔里木千萬千瓦級清潔能源基地/保障證券業(yè)深度報告敬請閱讀末頁的重要說明13動數(shù)據(jù)中心通過自建可再生能源設施、綠色電力交易、認購可再生能源綠色電力證書等方式，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。間政策名稱具體內容201920202021《關于加強綠色數(shù)據(jù)中心建設的指導意見》《關于加快構建全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系的指導意見》北京市《關于進一步加強數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能審查的若干規(guī)定》鼓勵數(shù)據(jù)中心直接與可再生能源發(fā)電企業(yè)開展電力交易，購買可再生能源綠色電力證書，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心行業(yè)用能的清潔低碳化。引導清潔能源開發(fā)使用，加快推廣應用先進節(jié)能技術；推動綠色數(shù)據(jù)中心建設，加快數(shù)據(jù)中心節(jié)能和綠色化改造。鼓勵數(shù)據(jù)中心逐步提高可再生能源利用水平。在碳達峰、碳中和的背景下，鼓勵2021年及以后建成的數(shù)據(jù)中心，通過自建可再生能源設施、綠色電力交易、認購可再生能源綠色電力證書等方式，逐年提高可再生能源利用比例，在2030年達到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%，對應2025年全國數(shù)據(jù)中心用電量，二氧化碳排放預計將減少1.2億噸、2.4億噸，對實現(xiàn)“碳達峰”、“碳中和”目標ChatGPT放量根據(jù)世界核協(xié)會公布的不同電源度電二氧化碳排放量測算，其中火電為1.054kg/度，清潔能源為0.046kg/度(風/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)深度報告敬請閱讀末頁的重要說明14人工智能、數(shù)字經濟發(fā)展將帶動數(shù)據(jù)中心建設增長，同時帶來非常可觀的用電需求增長，在向綠色低碳轉型背景下，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)電技術及設備供應公司等將直接受益。議關注華能國際等。略，快建設“世界一流現(xiàn)代化清潔能源企業(yè)”戰(zhàn)略目標。截止2022年2月，華能集團簽約一體化基地項目規(guī)模達022年各發(fā)電集團簽約一體化項目規(guī)模及個數(shù)5050.15.1588886526523013102077555455543332520商證