全球數(shù)字化與智能化浪潮方興未艾,算力作為數(shù)智經(jīng)濟(jì)時(shí)代的核心要素,正深刻重塑各行各業(yè)的生產(chǎn)模式、組織架構(gòu)和價(jià)值創(chuàng)造模式。推動(dòng)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能等的發(fā)展是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的重要途徑,前沿信息科技都需要強(qiáng)大的算力作為支撐。與此同時(shí),作為支撐算力基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行的能源基礎(chǔ),電力的重要性不言而喻。推動(dòng)算力與電力的協(xié)同發(fā)展,既是應(yīng)對(duì)當(dāng)前算力需求指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)與電力供應(yīng)壓力持續(xù)攀升的現(xiàn)實(shí)需要,也是促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與綠色能源深度融合的必然選擇。
一、算力與電力協(xié)同發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要與發(fā)展現(xiàn)狀
(一)算力與電力協(xié)同發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要
算力對(duì)電力的巨大需求是推動(dòng)兩者協(xié)同發(fā)展的核心動(dòng)力。在網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)和數(shù)字中國(guó)戰(zhàn)略引領(lǐng)下,煤炭工業(yè)、清潔低碳電力系統(tǒng)、綠色能源產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展迅速,以萬(wàn)物感知、萬(wàn)物互聯(lián)、萬(wàn)物智能為特征的新興智能產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,推動(dòng)算力規(guī)模迅速擴(kuò)張。算力基礎(chǔ)設(shè)施逐漸成為中國(guó)電力系統(tǒng)的重要負(fù)荷?!吨袊?guó)人工智能計(jì)算力發(fā)展評(píng)估報(bào)告》顯示,2024年,中國(guó)智能算力規(guī)模達(dá)725.3百億億次每秒,同比增長(zhǎng) 74.1% ,增幅是同期通用算力增幅( 20.6% )的3倍以上??紤]到計(jì)算能力需求與電力消耗之間存在的顯著正相關(guān)關(guān)系,進(jìn)而推斷,中國(guó)人工智能產(chǎn)業(yè)的快速崛起很可能引發(fā)新一輪電力需求的大幅增長(zhǎng)。國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2020年全國(guó)數(shù)據(jù)中心總耗電量突破了2000億千瓦時(shí)的門檻,2022年迅速攀升至2700億千瓦時(shí)。相關(guān)研究表明,預(yù)計(jì)2026年中國(guó)數(shù)據(jù)中心年耗電量將達(dá)到6000億千瓦時(shí),在全社會(huì)用電量中的占比將達(dá)到6.06% ,將超過(guò)許多傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的用電規(guī)模。
算力基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)電力質(zhì)量的要求極為苛刻,其運(yùn)行效率和服務(wù)可靠性直接依賴于持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)。即便是瞬時(shí)的電力波動(dòng)或中斷,都可能造成數(shù)據(jù)丟失、服務(wù)中斷等嚴(yán)重后果,進(jìn)而給數(shù)字經(jīng)濟(jì)帶來(lái)不可估量的損失。尤其在算力規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張的背景下,數(shù)據(jù)中心的供電可靠性和電能質(zhì)量管理面臨前所未有的挑戰(zhàn)。一方面,大規(guī)模算力設(shè)施的用電負(fù)荷具有顯著的波動(dòng)性和集中性特征。這對(duì)電網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行和穩(wěn)定性保障提出了更高要求。數(shù)據(jù)中心負(fù)載的快速增減、峰谷差大等特點(diǎn),容易引發(fā)電網(wǎng)電壓波動(dòng)和頻率偏差,影響周邊用戶的用電質(zhì)量。同時(shí),算力設(shè)施的集中布局也加大了局部電網(wǎng)的供電壓力,對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的承載能力和調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。另一方面,隨著人工智能等新興技術(shù)的深人應(yīng)用,高性能計(jì)算設(shè)備的功率密度不斷提升,對(duì)供配電系統(tǒng)的安全可靠性提出了更為嚴(yán)苛的技術(shù)挑戰(zhàn)。大規(guī)模人工智能訓(xùn)練任務(wù)的突發(fā)性和不確定性也給電力需求預(yù)測(cè)和負(fù)荷管理帶來(lái)了新的難題。因此,實(shí)現(xiàn)算力與電力的緊密耦合與協(xié)同發(fā)展,已成為保障算力產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定可持續(xù)增長(zhǎng)的必要途徑。
算力支撐的數(shù)智技術(shù)應(yīng)用已成為支持新質(zhì)生產(chǎn)力和電力高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵因素。作為新型生產(chǎn)要素,算力引領(lǐng)著數(shù)智技術(shù)深刻變革電力行業(yè),通過(guò)技術(shù)賦能和創(chuàng)新機(jī)制,加速破解電力行業(yè)發(fā)展的瓶頸。一方面,算力為電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度、智能運(yùn)維、故障預(yù)測(cè)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供強(qiáng)大技術(shù)支撐,提升電力供應(yīng)質(zhì)量與效率。通過(guò)人工智能和大數(shù)據(jù)分析,電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警,提高電網(wǎng)安全性與穩(wěn)定性;借助深度學(xué)習(xí)算法,精準(zhǔn)預(yù)測(cè)電力負(fù)荷變化,優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃,提升調(diào)度效率,確保能源資源的最優(yōu)配置。另一方面,算力支撐的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用有助于促進(jìn)用戶側(cè)的智能化互動(dòng)與智慧化管理,增強(qiáng)電力市場(chǎng)的靈活性與響應(yīng)能力。智能用電終端和需求側(cè)響應(yīng)平臺(tái)能夠精準(zhǔn)分析用戶用電行為并提供個(gè)性化服務(wù),提升用電效率。區(qū)塊鏈技術(shù)則有助于構(gòu)建更加透明、高效的電力交易市場(chǎng),促進(jìn)可再生能源消納并推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。算力的蓬勃發(fā)展還加速了電力與其他行業(yè)的深度融合,催生智能交通、智能工廠、智慧城市等新業(yè)態(tài),為構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)和實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。因此,持續(xù)加強(qiáng)算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),推動(dòng)算力與電力的深度融合和協(xié)同發(fā)展,是電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)支撐。
(二)算力與電力協(xié)同發(fā)展的中國(guó)探索
中國(guó)政府高度重視算力與電力的協(xié)同發(fā)展,出臺(tái)了一系列政策文件指導(dǎo)實(shí)踐,為算力與電力的協(xié)同發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的制度保障。在產(chǎn)業(yè)實(shí)踐領(lǐng)域,2022年2月,中國(guó)啟動(dòng)實(shí)施“東數(shù)西算”工程,通過(guò)優(yōu)化數(shù)據(jù)中心空間布局,推動(dòng)算力資源向西部轉(zhuǎn)移。該工程旨在大幅提升綠色能源利用占比,實(shí)現(xiàn)西部綠色能源的就近消納,既降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)成本,又促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。在“東數(shù)西算”工程的引領(lǐng)下,一批大型數(shù)據(jù)中心在西部地區(qū)相繼落地。目前,中國(guó)的“東數(shù)西算”工程機(jī)架總規(guī)模超過(guò)195萬(wàn)架,部分先進(jìn)數(shù)據(jù)中心綠電使用率達(dá)到 80% 左右。同時(shí),該工程的實(shí)施帶動(dòng)了西部地區(qū)數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展,創(chuàng)造了大量就業(yè)機(jī)會(huì),促進(jìn)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)。
“東數(shù)西算”工程是算力與電力協(xié)同發(fā)展的一次典型實(shí)踐,通過(guò)跨區(qū)域資源調(diào)度和優(yōu)化配置,為我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與綠色能源的深度融合奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。然而,必須清晰地認(rèn)識(shí)到,在算力需求持續(xù)快速增長(zhǎng)的背景下,當(dāng)前算力與電力的協(xié)同發(fā)展水平仍較低,推進(jìn)算力與電力協(xié)同發(fā)展仍然面臨諸多問(wèn)題與挑戰(zhàn)。
二、算力與電力協(xié)同發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
(一)算力與電力設(shè)施需加強(qiáng)協(xié)同規(guī)劃與系統(tǒng)布局,實(shí)現(xiàn)資源最優(yōu)配置與高效利用
目前,算力和電力基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃大多獨(dú)立進(jìn)行,缺乏有效的溝通與協(xié)調(diào)機(jī)制,這導(dǎo)致兩者在發(fā)展目標(biāo)、空間布局和時(shí)間節(jié)點(diǎn)上存在錯(cuò)位,進(jìn)而影響了資源的合理分配與高效利用,造成了資源利用效率較低。在空間布局方面,算力設(shè)施通常優(yōu)先考慮市場(chǎng)需求和產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng),而對(duì)當(dāng)?shù)仉娏?yīng)能力的評(píng)估不足,致使一些算力密集地區(qū)面臨電力供應(yīng)瓶頸,一些電力資源豐富的地區(qū)未能有效利用其供電潛力。在時(shí)間安排上,算力設(shè)施建設(shè)周期通常較短,僅需 1~2 年即可完成,而電力設(shè)施的規(guī)劃、審批與建設(shè)則往往需要3~5年甚至更長(zhǎng)時(shí)間,這使得算力設(shè)施的建設(shè)常常難以與電力設(shè)施建設(shè)同步進(jìn)行,造成了用電需求與供電能力之間的錯(cuò)配。更為復(fù)雜的是,算力設(shè)施對(duì)電力的需求具有高度集中性和波動(dòng)性,尤其在人工智能等高強(qiáng)度計(jì)算任務(wù)期間,用電負(fù)荷的急劇上升,可能對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的調(diào)度能力和響應(yīng)速度造成巨大壓力,甚至導(dǎo)致局部電網(wǎng)的過(guò)載。因此,算力與電力設(shè)施在規(guī)劃上的協(xié)同不足不僅增加了電力成本,也影響了算力的可持續(xù)發(fā)展。
(二)綠色電力供給擴(kuò)容速度滯后于算力需求增長(zhǎng),算力與電力低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程較緩
數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求數(shù)據(jù)中心提供更多算力,然而受限于技術(shù)、投資和政策等因素,綠色電力的供給需不斷匹配日益增長(zhǎng)的算力需求??稍偕茉醇夹g(shù)不斷進(jìn)步,面臨光伏效率和風(fēng)電設(shè)備可靠性等問(wèn)題。且綠色電力項(xiàng)目通常投資規(guī)模大、回收周期長(zhǎng),制約了社會(huì)資本的投入。尤其在算力需求高峰時(shí),電力系統(tǒng)可能仍依賴化石燃料發(fā)電。綠色電力的間歇性和算力設(shè)施對(duì)實(shí)時(shí)可靠電力的需求之間存在一定的結(jié)構(gòu)性矛盾,需要現(xiàn)有電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和儲(chǔ)能技術(shù)更好的解決。因此,實(shí)現(xiàn)算力與綠色電力協(xié)同發(fā)展,需要進(jìn)一步推動(dòng)綠色電力技術(shù)創(chuàng)新,優(yōu)化儲(chǔ)能配置,完善電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)技術(shù)。
(三)算力需求與電力資源存在空間和時(shí)間錯(cuò)配,資源調(diào)度和協(xié)調(diào)技術(shù)有待成熟
在空間維度上,東部算力需求的井噴式增長(zhǎng)與可再生能源資源的相對(duì)匱乏形成鮮明對(duì)比,而西部則面臨著可再生能源資源富集但算力需求不足的情況。東部地區(qū)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域,匯集了大量的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、金融機(jī)構(gòu)和科研單位,對(duì)算力的需求持續(xù)攀升。然而,該區(qū)域的土地資源緊張、電力成本較高,且可再生能源開(kāi)發(fā)潛力有限。相比之下,西部地區(qū)擁有豐富的風(fēng)能、太陽(yáng)能等清潔能源資源,具備發(fā)展大規(guī)模綠色數(shù)據(jù)中心的自然稟賦,但由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)的限制,本地算力需求相對(duì)不足。這種空間上的資源錯(cuò)配,必須依賴遠(yuǎn)距離的電力輸送或高效的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。然而,目前資源傳輸和調(diào)度的技術(shù)成熟度及經(jīng)濟(jì)性有待提升。遠(yuǎn)距離輸電面臨線損大、成本高等技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題;跨區(qū)域數(shù)據(jù)傳輸則存在時(shí)延、帶寬和安全性等方面的挑戰(zhàn),制約了資源的高效流動(dòng)與優(yōu)化配置
(四)算力與電力協(xié)同發(fā)展的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)不足,算力市場(chǎng)和電力市場(chǎng)缺乏有效銜接與互動(dòng)
一方面,綠色電力交易價(jià)格體系影響算力企業(yè)采用綠色電力的內(nèi)生動(dòng)力。國(guó)家正積極推進(jìn)綠色電力交易市場(chǎng)建設(shè),目前綠色電力價(jià)格一定程度上缺乏彈性,未能真實(shí)反映清潔能源的環(huán)境和系統(tǒng)價(jià)值。綠色電力的開(kāi)發(fā)和輸送成本較高,缺乏合理的價(jià)格補(bǔ)償機(jī)制,導(dǎo)致算力企業(yè)難以平衡環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益。此外,算力市場(chǎng)與綠色電力市場(chǎng)間的價(jià)格聯(lián)動(dòng)機(jī)制缺失,影響了綠色能源消費(fèi)偏好的形成,制約了算力行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型。另一方面,算力設(shè)施作為潛在的靈活電力資源,參與電力調(diào)峰的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制相對(duì)滯后。數(shù)據(jù)中心具有負(fù)載可調(diào)節(jié)的特點(diǎn),理論上可通過(guò)調(diào)整計(jì)算任務(wù)時(shí)序響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度需求,提供調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)?,F(xiàn)有市場(chǎng)機(jī)制未能充分體現(xiàn)算力設(shè)施對(duì)電力系統(tǒng)的貢獻(xiàn),缺乏有效的補(bǔ)償政策和動(dòng)態(tài)價(jià)格信號(hào),導(dǎo)致算力設(shè)施參與調(diào)峰的經(jīng)濟(jì)收益與完全覆蓋運(yùn)營(yíng)成本和潛在風(fēng)險(xiǎn)存在差距。
三、推動(dòng)算力與電力協(xié)同發(fā)展的政策建議
(一)加強(qiáng)算力與電力協(xié)同發(fā)展的頂層規(guī)劃
一是要堅(jiān)持綠色電力支撐綠色算力的總體思路,綜合考慮算力需求與綠電供應(yīng)的時(shí)空匹配特征,優(yōu)化算力設(shè)施與綠電設(shè)施的耦合與布局。在空間布局上,應(yīng)依據(jù)各地區(qū)的資源稟賦、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和發(fā)展需求,優(yōu)化算力設(shè)施與清潔能源基地的分布,推動(dòng)區(qū)域協(xié)調(diào)、梯次發(fā)展。特別是要利用西部地區(qū)可再生能源優(yōu)勢(shì)與東部算力需求的協(xié)同,通過(guò)“東數(shù)西算”等重大工程,實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。在時(shí)序安排上,需協(xié)調(diào)算力設(shè)施建設(shè)與電力基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)容的步伐,確保兩者進(jìn)度同步,形成聯(lián)動(dòng)機(jī)制。二是應(yīng)根據(jù)地區(qū)特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性,設(shè)計(jì)高效、靈活的電力與算力輸送方案,推動(dòng)跨區(qū)域、跨行業(yè)的資源高效配置與共享。這要求加強(qiáng)電力傳輸通道和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與優(yōu)化,提升網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與傳輸路徑的可靠性與靈活性,同時(shí)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全與數(shù)據(jù)安全保障,構(gòu)建全方位的安全防護(hù)體系,并完善應(yīng)急處置機(jī)制。三是為確保頂層設(shè)計(jì)的有效落地,政府應(yīng)強(qiáng)化政策統(tǒng)籌,建立跨部門協(xié)同工作機(jī)制,推動(dòng)政策制定、執(zhí)行與監(jiān)督的緊密銜接。構(gòu)建統(tǒng)一的算力網(wǎng)與電力網(wǎng)融合發(fā)展管理體系,依據(jù)區(qū)域特性與調(diào)度能力,形成高效的協(xié)同管理模式,完善規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)體系,及時(shí)優(yōu)化實(shí)施路徑,確保算力與電力協(xié)同發(fā)展的順利實(shí)施。
(二)夯實(shí)算力與電力協(xié)同發(fā)展的技術(shù)支撐
一是需要加強(qiáng)電力調(diào)度、遠(yuǎn)距離傳輸、智能電網(wǎng)和儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā),尤其是在大規(guī)模電力柔性調(diào)度技術(shù)上取得突破,開(kāi)發(fā)智能需求響應(yīng)系統(tǒng),以提高電網(wǎng)對(duì)算力負(fù)載波動(dòng)的響應(yīng)能力。在遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)方面,應(yīng)加大對(duì)特高壓、柔性直流輸電技術(shù)的研究,減少輸電損耗,提升傳輸效率。加快智能電網(wǎng)技術(shù)的迭代,增強(qiáng)電網(wǎng)的感知、分析和控制能力。二是推動(dòng)可再生能源技術(shù)的進(jìn)步與集成應(yīng)用,特別是對(duì)風(fēng)能和太陽(yáng)能等領(lǐng)域的研發(fā),提升發(fā)電效率、設(shè)備可靠性及智能控制水平。重點(diǎn)開(kāi)發(fā)高效光伏組件、智能風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備,以提升發(fā)電效率和設(shè)備利用率。政策引導(dǎo)和資金支持應(yīng)推動(dòng)數(shù)據(jù)中心采用先進(jìn)節(jié)能技術(shù),如液冷技術(shù)和智能微電網(wǎng)技術(shù),以提高能效和綠色發(fā)展水平。液冷技術(shù)應(yīng)側(cè)重于突破高效散熱與精確控溫技術(shù),降低制冷能耗;微電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)側(cè)重于加強(qiáng)分布式能源的協(xié)調(diào)與優(yōu)化,提升整體系統(tǒng)效率。三是應(yīng)建立完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系,制定算力與電力協(xié)同發(fā)展的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)指標(biāo),為技術(shù)創(chuàng)新和推廣提供規(guī)范性指引。
(三)健全算力與電力協(xié)同發(fā)展的市場(chǎng)機(jī)制
一是完善算力負(fù)荷資源的價(jià)值評(píng)估體系,明確其在電力市場(chǎng)中的定位和價(jià)格形成機(jī)制,確保算力中心能夠根據(jù)可調(diào)節(jié)負(fù)荷能力獲得合理回報(bào)。建立科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,綜合考慮調(diào)節(jié)能力、響應(yīng)速度和可靠性等因素,設(shè)計(jì)合理的價(jià)格機(jī)制和結(jié)算規(guī)則,以充分體現(xiàn)算力資源在電力調(diào)節(jié)中的系統(tǒng)價(jià)值,激發(fā)市場(chǎng)主體積極性。二是加速健全綠電與綠證交易市場(chǎng)體系,通過(guò)簡(jiǎn)化交易流程、降低交易成本和數(shù)據(jù)中心獲取綠電的準(zhǔn)入門檻,從而增強(qiáng)其使用綠色能源的積極性??纱罱ńy(tǒng)一的綠電交易平臺(tái),規(guī)范市場(chǎng)交易規(guī)則,以提升市場(chǎng)流動(dòng)性與定價(jià)效率;同時(shí)創(chuàng)新交易品種與模式,滿足多元化需求。此外,完善綠證核發(fā)及交易機(jī)制,提高綠證的市場(chǎng)認(rèn)可度與流通性。三是政府應(yīng)借助碳匯、碳稅等經(jīng)濟(jì)杠桿,推行差異化定價(jià)策略,引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心增加清潔能源使用量,促進(jìn)綠電供需平衡。通過(guò)構(gòu)建多層級(jí)、立體化的市場(chǎng)機(jī)制體系,推動(dòng)算力與電力市場(chǎng)深度融合,優(yōu)化資源配置,提升利用效率。
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(作者系講席教授、中國(guó)能源政策研究院院長(zhǎng))
Abstract: Driven by the global wave of digitalization and intelligent transformation, energyintensive computing tasks such as artificial intelligence are growing rapidly, making computing infrastructure an increasingly significant load on China's power system. At the same time, computing technologies can enhance the effciency and reliability of power systems through intelligent dispatching, load forecasting, and demand response. China has actively explored coordinated development between computing power and electricity by optimizing the spatial allocation of computing resources and green energy. However, multiple challenges remain, including the disconnect in infrastructure planning,lagging green power supply, mismatches in the spatial and temporal distribution of resources, and inadequate economic incentives. In response, this paper proposes strengthening top-level design to coordinate the layout of computing and power infrastructure, enhancing technological support to improve transmission, storage, and energy eficiency, and improving market mechanisms to develop green electricity trading systems and guide eficient resource allocation. The goal is to accelerate the deep integration of computing power and electricity.
Keywords: Digital-Intelligent Economy; Artificial Intelligence; Computing Power; Electricity; Coordinated Development