電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）AI在逐步接替人類工作的同時(shí)，還在跟人類“搶電”？最近，美國(guó)最大的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商PJM正在面臨多重危機(jī)，PJM負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)一個(gè)從芝加哥到新澤西州共13個(gè)州地區(qū)、擁有6700萬用戶的電力輸送系統(tǒng)。

但如今，由于AI數(shù)據(jù)中心的用電需求涌現(xiàn)，一方面居民用電價(jià)不斷升高，另一方面是電網(wǎng)容量不足，導(dǎo)致基礎(chǔ)的供電穩(wěn)定性無法保證，PJM在炎熱和極寒氣候期間需要輪流停電，避免損壞電網(wǎng)基建。這些問題都指向電力基礎(chǔ)設(shè)施正在成為AI數(shù)據(jù)中心擴(kuò)張的關(guān)鍵。

AI數(shù)據(jù)中心涌現(xiàn)，擴(kuò)容成本由居民買單？

根據(jù)data center map的資料，PJM運(yùn)營(yíng)范圍內(nèi)的弗吉尼亞州北部是全球最大數(shù)據(jù)中心集群，這里有超過586個(gè)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心，占全球互聯(lián)網(wǎng)流量70%以上?？萍季揞^如Amazon、Microsoft在此投資數(shù)百億美元，谷歌在去年也表示計(jì)劃未來兩年投資250億美元在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)數(shù)據(jù)中心，這毫無疑問是PJM負(fù)荷增長(zhǎng)的核心。

當(dāng)?shù)氐墓檬聵I(yè)公司Dominion Energy表示，已經(jīng)收到來自數(shù)據(jù)中心開發(fā)商多達(dá)40GW的電力需求，這是什么水平？弗吉尼亞2024年底電網(wǎng)總?cè)萘恳膊贿^20GW，而40GW足以供應(yīng)至少1000萬戶家庭。Dominion Energy還預(yù)計(jì)到2039年電力系統(tǒng)峰值需求還將翻倍。

實(shí)際上，PJM這個(gè)組織并不直接發(fā)電，而是作為發(fā)電廠合擁有電力輸送基建的公共事業(yè)公司之間的中介，PJM通過監(jiān)測(cè)電力各地需求，來協(xié)調(diào)發(fā)電廠發(fā)電策略，平衡供需。

但AI數(shù)據(jù)中心的涌現(xiàn)，已經(jīng)徹底打破了電力供需的平衡。可以說當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施，在過去的幾十年中由于需求穩(wěn)定，擴(kuò)容的速度非常緩慢。甚至在2020年的時(shí)候，由于電力需求不足，PJM還關(guān)閉了服務(wù)區(qū)域的一些發(fā)電廠。直至今天，又再受到環(huán)保政策的影響，一些火力發(fā)電廠包括煤炭和燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組被部分關(guān)閉，以降低碳排放。

同時(shí)再加上數(shù)據(jù)中心往往是以集群的形式出現(xiàn)，多個(gè)大型的數(shù)據(jù)中心設(shè)施會(huì)建在相近的地方，因此這對(duì)電網(wǎng)帶來的沖擊更加大。

另一方面，由于數(shù)據(jù)中心的需求暴增，整體區(qū)域用電需求同步大幅增加，導(dǎo)致PJM容量拍賣價(jià)格飆升，對(duì)于當(dāng)?shù)鼐用駚碚f帶來的就是電費(fèi)激增。

這里解釋一下，容量拍賣是PJM用來確保未來幾年有足夠發(fā)電容量滿足高峰用電需求的一種市場(chǎng)機(jī)制，容量拍賣價(jià)格就是最終通過拍賣確定的電力價(jià)格。當(dāng)PJM通過拍賣買到電力容量，這也意味著在一年中，發(fā)電廠需要每天保證可以輸出相應(yīng)容量的電力。

簡(jiǎn)單來說，就是相當(dāng)于買了一個(gè)“電網(wǎng)可靠性保險(xiǎn)”，當(dāng)需求越高，這個(gè)保險(xiǎn)費(fèi)用就越高，也就能夠吸引發(fā)電設(shè)施建設(shè)。

而根據(jù)PJM的數(shù)據(jù)，自2024年起，容量拍賣價(jià)格屢屢創(chuàng)下歷史新高，最近三次連續(xù)容量拍賣總成本高達(dá)472億美元。然而，這部分費(fèi)用也不只是科技公司承擔(dān)，因?yàn)楸举|(zhì)上這個(gè)“電網(wǎng)可靠性保險(xiǎn)”是由全體用戶買單的，在居民用電中，容量成本一般占到電費(fèi)的20%到30%。

因此，數(shù)據(jù)中心的電力需求所帶來的擴(kuò)容成本，就轉(zhuǎn)嫁至居民身上。據(jù)PJM數(shù)據(jù)，根據(jù)不同區(qū)域，居民電費(fèi)近年上漲12%-30%不等，數(shù)據(jù)中心集群附近電價(jià)漲幅甚至高達(dá)267%。

當(dāng)然，為了解決這些問題，也有一些地方開始要求科技公司承擔(dān)更多的增量成本。紐約州Energize NY計(jì)劃要求無就業(yè)益處的大型數(shù)據(jù)中心自付全額增量成本；2026年1月Microsoft宣布“社區(qū)優(yōu)先”計(jì)劃，自擔(dān)全額電力及電網(wǎng)升級(jí)成本，拒絕地方稅收優(yōu)惠，并投資面向本地居民的AI培訓(xùn)項(xiàng)目。

未來美國(guó)的數(shù)據(jù)中心更多需要自己投資發(fā)電設(shè)施，比如自檢燃?xì)獍l(fā)電、核電站、儲(chǔ)能等設(shè)施，來降低居民的電費(fèi)負(fù)擔(dān)。與此同時(shí)，這也將帶來史無前例的電力設(shè)備需求。

數(shù)據(jù)中心自建發(fā)電設(shè)施，帶來哪些需求？

盡管目前以國(guó)內(nèi)的電力基建，以及西部新能源設(shè)施的布局情況來看，數(shù)據(jù)中心的電力需求是完全可以滿足的。但北美當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心電力需求與電力基建存在非常大的斷層，因此未來很大可能會(huì)形成數(shù)據(jù)中心專用的發(fā)電廠專供數(shù)據(jù)中心集群，或是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商自建發(fā)電設(shè)施的模式。

數(shù)據(jù)中心自建發(fā)電設(shè)施，將直接催生發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能配套、系統(tǒng)集成、運(yùn)維服務(wù)、合規(guī)認(rèn)證等多維度的市場(chǎng)需求，同時(shí)推動(dòng)能源技術(shù)與數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景的深度融合。當(dāng)然，投資規(guī)模也非常龐大，自建發(fā)電往往需數(shù)十億美元投資，單個(gè)GW級(jí)設(shè)施可能需10-50億美元，預(yù)計(jì)到2030年，美國(guó)數(shù)據(jù)中心自建電源投資將高達(dá)500億美元。

首先，數(shù)據(jù)中心對(duì)電力的核心要求是7×24 小時(shí)不間斷供應(yīng)，優(yōu)先保障供電可靠性，且需符合全球碳中和趨勢(shì)。

燃?xì)廨啓C(jī)具有啟停速度快、調(diào)峰能力強(qiáng)、排放低的特點(diǎn)，能快速響應(yīng)數(shù)據(jù)中心的負(fù)荷波動(dòng)，同時(shí)可搭配熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）系統(tǒng)，將發(fā)電余熱回收用于數(shù)據(jù)中心制冷，大幅提升能源利用率。這類單機(jī)容量通常在 10MW-100MW的中小型燃?xì)廨啓C(jī)，需求會(huì)顯著增長(zhǎng)，尤其適合高密度數(shù)據(jù)中心集群。同時(shí)優(yōu)勢(shì)是18-24個(gè)月即可上線，部署周期遠(yuǎn)快于核電或大規(guī)?？稍偕茉矗菙?shù)據(jù)中心電力部署的首選。

目前燃?xì)廨啓C(jī)出口上，國(guó)內(nèi)杰瑞股份、濰柴動(dòng)力、東方電氣、上海電氣等均已經(jīng)進(jìn)入北美市場(chǎng)，其中杰瑞股份全資子公司GenSystems Power Solutions LLC近期兩次與美國(guó)某客戶簽署燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組銷售合同，合同累計(jì)金額達(dá)2.12億美元。

由于0碳排放，核能發(fā)電是科技巨頭大力投資的方向之一，小型模塊化核反應(yīng)堆燃料成本低、壽命長(zhǎng)達(dá)40到60年，輸出穩(wěn)定，非常適合數(shù)據(jù)中心。但成本高、安全隱患、部署周期長(zhǎng)等，短期可能不會(huì)成為數(shù)據(jù)中心的首選。

光伏、風(fēng)電則由于發(fā)電不穩(wěn)定，且效率較低，需要較大的占地面積，盡管投資成本相對(duì)較低，但難以滿足數(shù)據(jù)中心需求。

而今年來固體氧化物燃料電池（SOFC）成為了數(shù)據(jù)中心供電的核心技術(shù)之一。SOFC 發(fā)電效率可達(dá) 55%-60%，搭配熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)后綜合能源效率超 85%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃?xì)廨啓C(jī)，能最大化利用燃料，降低數(shù)據(jù)中心的能源成本；同時(shí)可直接使用天然氣、沼氣、生物質(zhì)氣，也可適配綠氫，無需復(fù)雜重整裝置，尤其適合有天然氣管網(wǎng)覆蓋的區(qū)域；運(yùn)行過程中碳排放遠(yuǎn)低于燃?xì)廨啓C(jī)，且無氮氧化物等污染物排放，契合數(shù)據(jù)中心綠色認(rèn)證需求；同時(shí) SOFC 使用壽命可達(dá) 4-6 萬小時(shí)，運(yùn)維頻率低。

目前SOFC市場(chǎng)核心供應(yīng)商由Bloom Energy、Ceres Power、Mitsubishi Power、Elcogen主導(dǎo)，其中Bloom Energy與American Electric Power簽署$2.65-2.7億美元協(xié)議，部署至1GW燃料電池用于數(shù)據(jù)中心，并與Oracle直接供應(yīng)數(shù)據(jù)中心。

對(duì)于上述發(fā)電模式，往往還需要搭配鋰電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等，用于應(yīng)對(duì) SOFC、燃?xì)廨啓C(jī)啟停間隙或負(fù)荷突增，保障數(shù)據(jù)中心零中斷運(yùn)行，拉動(dòng)儲(chǔ)能電池、BMS電池管理系統(tǒng)、PCS（儲(chǔ)能變流器）的需求；針對(duì)SOFC的特性，還會(huì)催生短時(shí)高功率儲(chǔ)能模塊的需求，彌補(bǔ)其調(diào)峰速度短板。

而針對(duì)新能源+ SOFC 的混合發(fā)電系統(tǒng)，抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能、氫能儲(chǔ)能等長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的需求會(huì)上升，解決發(fā)電高峰與用電高峰錯(cuò)配問題。

另外，作為電力設(shè)施的核心，變壓器也是需求增長(zhǎng)的一個(gè)核心方向之一。目前國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)已大規(guī)模出口電網(wǎng)變壓器產(chǎn)品，包括中國(guó)西電、特變電工、思源電氣、江蘇華鵬等。

小結(jié)：

顯然，AI 數(shù)據(jù)中心的爆發(fā)式擴(kuò)張與電力基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)滯后的矛盾，已經(jīng)逼迫北美數(shù)據(jù)中心廠商自建發(fā)電設(shè)施，這一趨勢(shì)直接激活了發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能配套、變壓器等全鏈條電力設(shè)備需求，同時(shí)也為國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈帶來了廣闊的市場(chǎng)增量。