電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）電力作為當(dāng)今社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的“血液”，已經(jīng)滲透到生活的方方面面。如果供給不足，可能就會(huì)導(dǎo)致“休克”。而美國(guó)正在面臨這一困境，AI的繁盛更在加劇這個(gè)現(xiàn)狀。國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì)，2024年美國(guó)數(shù)據(jù)中心用電量，占了全球總份額的45%，是中國(guó)的近兩倍。

為了應(yīng)對(duì)電力吃緊，美國(guó)準(zhǔn)備重新啟動(dòng)大基建。據(jù)TheInformation報(bào)道，過去數(shù)月內(nèi)，美國(guó)三大區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商相繼獲批了總計(jì)750億美元的輸電擴(kuò)容項(xiàng)目，期望將美國(guó)的電力高速公路拓展到10000英里，相當(dāng)于現(xiàn)有里程的四倍。

美國(guó)開啟全國(guó)性電網(wǎng)“大基建”

彭博社預(yù)計(jì)，到2035年，美國(guó)數(shù)據(jù)中心的用電量占比將從2024年的3.5%飆升至8.6%。而單個(gè)GW級(jí)數(shù)據(jù)中心的用電需求，相當(dāng)于100萬戶家庭的用電量。

但美國(guó)現(xiàn)有的超高壓線路（765kv）僅約2000英里，嚴(yán)重不足。此外傳統(tǒng)的345kv線路已經(jīng)無法滿足在負(fù)荷密集區(qū)域接入數(shù)吉瓦級(jí)數(shù)據(jù)中心的需求。

并且美國(guó)現(xiàn)有電網(wǎng)平均服役年限超過30年，設(shè)備老化嚴(yán)重，輸電損耗高，有些甚至達(dá)到了10%。更重要的是，美國(guó)的能源分布不均，一些可再生能源，例如風(fēng)能、太陽能等，基本都集中在中西部和得克薩斯州，而AI數(shù)據(jù)中心集群多分布在東部和西部沿海，現(xiàn)有的輸電通道不足以將西部的清潔電力高效輸送到東部的負(fù)荷中心。

因此各大區(qū)域傳輸組織（RTO）正在加速批準(zhǔn)超高壓線路項(xiàng)目，例如德州電網(wǎng)的ERCOT（電力可靠性委員會(huì)）已批準(zhǔn)數(shù)十億美元的765kV超高壓輸電擴(kuò)容計(jì)劃，包括東部和西部的電力骨干升級(jí)。

這項(xiàng)計(jì)劃包含一個(gè)約94億美元的1100英里線路方案，從東德州穿越休斯敦地區(qū)。更早期時(shí)還有一項(xiàng)330億美元的全州擴(kuò)容計(jì)劃，不過這項(xiàng)技術(shù)是包括765kV和345kV混合。

中大西洋地區(qū)的電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商PJM2月批準(zhǔn)了一項(xiàng)耗資118億美元的高壓線路建設(shè)計(jì)劃，將穿越賓夕法尼亞、西弗吉尼亞、弗吉尼亞和馬里蘭州，其中大量采用765kV規(guī)格線路。

而中西部地區(qū)的SPP（西南電力庫）和MISO（中大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營(yíng)商）各自推進(jìn)的擴(kuò)建項(xiàng)目總額同樣超過300億美元，線路將從俄克拉荷馬州延伸至新墨西哥州，從南達(dá)科他州通達(dá)五大湖地區(qū)。

有意思的是，目前投入的750億美元可能只是“首付”，據(jù)FERC（聯(lián)邦能源管理委員會(huì)）估計(jì)需投資3300億美元才能使電網(wǎng)承載能力提升60%。Grid Strategies的數(shù)據(jù)顯示，到2050年，更是需要投資2.2萬億美元才能勉強(qiáng)滿足需求。

而從美國(guó)的建設(shè)周期來看，765kV輸電線路審批到建成通常需要5-10年甚至更長(zhǎng)周期，但AI數(shù)據(jù)中心、大規(guī)模電氣化、可再生能源發(fā)電接入等因素導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)輸電能力的需求增長(zhǎng)非常迅猛，其中AI算力迭代僅需12-24個(gè)月。

如果遇到跨州輸電項(xiàng)目，更會(huì)面臨復(fù)雜的聯(lián)邦和州級(jí)監(jiān)管，歷史上常常有拖延數(shù)年的案例。并且變壓器、高壓電纜等關(guān)鍵設(shè)備交貨期已延長(zhǎng)至2-3年，西門子能源的燃?xì)廨啓C(jī)訂單甚至排至2030年。

美國(guó)為何選擇“超高壓”而不是“特高壓”

值得一提的是，美國(guó)的超高壓是765kV輸電線路，而特高壓一般指交流≥800kV或直流≥1000kV。相比美國(guó)如今普遍存在的超高壓，以及傳統(tǒng)的高壓線路，反觀中國(guó)已經(jīng)鋪就全球最大的特高壓網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)顯示，2024年中國(guó)電網(wǎng)投資接近6000億人民幣（約為830億美元）。

那么美國(guó)為何不選擇特高壓，而是依然選擇使用超高壓呢，一方面在于美國(guó)目前主要采用的交流系統(tǒng)，最高電壓等級(jí)就是765kV，由美國(guó)電力公司AEP于1969年引入，運(yùn)行多年，已經(jīng)相當(dāng)成熟。

如果直接更換為特高壓，就需要全新設(shè)計(jì)絕緣、開關(guān)設(shè)備和塔架，面臨更嚴(yán)重的電暈放電、電磁干擾和瞬態(tài)過電壓?jiǎn)栴}。這些挑戰(zhàn)雖然可以通過捆綁導(dǎo)體或先進(jìn)材料來緩解，但在美國(guó)尚未大規(guī)模驗(yàn)證。

但美國(guó)并非沒有特高壓技術(shù)，在上世紀(jì)80年代，美國(guó)就嘗試做過1100kV以上的試驗(yàn)線，但后來放棄了。原因在于發(fā)現(xiàn)市場(chǎng)需求沒有那么大，以及市場(chǎng)化的結(jié)構(gòu)也不支持。

此外，美國(guó)也在發(fā)展HVDC，不過僅有約2370英里，僅占其高電壓線路的1%，好處是基本不需要從陸地通過，基本都是走海底電纜，并且在長(zhǎng)距離傳輸中損失更低，塔架更緊湊，還不受頻率同步限制。

但是HVDC需要昂貴的轉(zhuǎn)換站，設(shè)備維護(hù)復(fù)雜，還與現(xiàn)有的AC電網(wǎng)整合難度大。因此美國(guó)電網(wǎng)歷史主要是以AC為主。

從投資角度來看，特高壓設(shè)備如變壓器、斷路器等成本遠(yuǎn)高于765kV，需要更大空間和維護(hù)。雖然長(zhǎng)期運(yùn)行效率高，但美國(guó)公用事業(yè)公司更偏向短期內(nèi)見效的方案。

例如基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展765kV，成本更低、回報(bào)更快。而特高壓建成一旦需求不如預(yù)期，就可能導(dǎo)致資產(chǎn)閑置的風(fēng)險(xiǎn)。此外，765 kV線路占地少，傳輸效率高，能減少線路數(shù)量和環(huán)境影響。UHV雖更高效，但在美國(guó)密集人口區(qū)，額外土地獲取和更高的塔架都會(huì)推高成本。

中國(guó)的特高壓適合從西部向東部城市傳輸電力，動(dòng)輒數(shù)千公里。而美國(guó)能源分布更均勻，例如天然氣遍布全國(guó)、負(fù)荷中心附近就有電源，加上本地化發(fā)電能力強(qiáng)，美國(guó)更多是區(qū)域內(nèi)進(jìn)行升級(jí)，而不是跨州調(diào)度，因此765kV已經(jīng)是美國(guó)成本收益比的最優(yōu)解。

當(dāng)然，隨著未來AI用電規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，并且集中在少數(shù)地區(qū)的話，那么美國(guó)有可能會(huì)直接采用HVDC骨干網(wǎng)，但大概率并不會(huì)建設(shè)全國(guó)性的特高壓網(wǎng)絡(luò)。

有多份研究報(bào)告指出，美國(guó)更傾向于用VSC-HVDC構(gòu)建跨區(qū)“疊加層”，而不是再鋪一層1000kV的交流網(wǎng)。

小結(jié)

目前來看，美國(guó)正在斥巨資大修電網(wǎng)，來應(yīng)對(duì)AI算力爆發(fā)和能源轉(zhuǎn)型，但投資和建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期過程，不可能在1-2年內(nèi)徹底解除瓶頸。短期的電力緊缺仍可能依賴于局部需求管理、備用發(fā)電設(shè)施、臨時(shí)發(fā)電等措施。選擇升級(jí)765kV線路也是美國(guó)當(dāng)前的最優(yōu)解，未來若需求持續(xù)提升，有可能將轉(zhuǎn)向VSC-HVDC。