數(shù)據(jù)中心缺電正在全球蔓延：AI熱潮背后的能源博弈
伴隨著AI算力需求的爆發(fā)，全球數(shù)據(jù)中心“缺電”現(xiàn)象正在成為科技領(lǐng)域的一大難題。以英國(guó)為例，國(guó)家電網(wǎng)和電力監(jiān)管部門(mén)日前就透露，當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的用電需求占據(jù)了電網(wǎng)新增需求的一半以上。根據(jù)某龍頭企業(yè)的規(guī)劃，未來(lái)五年還將新增19吉瓦的用電需求，相當(dāng)于目前英國(guó)用電高峰期三分之一的總量。
數(shù)據(jù)中心需求暴漲，電網(wǎng)壓力陡增
自2024年11月起，英國(guó)季度報(bào)裝需求激增。截至今年6月，電網(wǎng)接入的總需求已經(jīng)從原來(lái)的41吉瓦飆升至125吉瓦，增幅巨大。其中，輸電側(cè)的需求增加了80吉瓦，而這些數(shù)字甚至達(dá)到英國(guó)最高用電峰值的兩倍多。更嚴(yán)重的是，為了爭(zhēng)奪指標(biāo)，部分?jǐn)?shù)據(jù)中心承包商開(kāi)始“圈地式”大肆申請(qǐng)用電額度，導(dǎo)致一批即將開(kāi)工的項(xiàng)目因供電排隊(duì)延遲。
這一問(wèn)題不僅限于英國(guó)。近來(lái)，微軟CEO透露，因缺乏電力支持和數(shù)據(jù)中心場(chǎng)地，公司有大量GPU資源出現(xiàn)閑置。這一狀況在美國(guó)同樣突出。摩根士丹利預(yù)測(cè)，2025-2030年美國(guó)數(shù)據(jù)中心的累計(jì)電力缺口將達(dá)到49吉瓦，2028年單年的缺口就可能高達(dá)28吉瓦。AI相關(guān)用電將從2023年的7太瓦時(shí)暴漲至2028年的393太瓦時(shí)。
與此同時(shí)，美國(guó)現(xiàn)有電網(wǎng)還面臨發(fā)電增長(zhǎng)放緩、傳統(tǒng)能源比重大幅下滑、可再生能源波動(dòng)劇烈等問(wèn)題。不少輸電設(shè)施年限已超40年，新的輸電項(xiàng)目平均并網(wǎng)時(shí)間需等待超過(guò)三年。巴克萊銀行的報(bào)告直接指出，老舊的美國(guó)輸電網(wǎng)已無(wú)法應(yīng)對(duì)AI驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)中心需求，迫使行業(yè)探索自建電源“孤島”。但AI業(yè)務(wù)的高功率波動(dòng)，正在考驗(yàn)離網(wǎng)電力系統(tǒng)的可靠性。
各大科技巨頭的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目審批因此一再推遲。亞馬遜甚至因俄勒岡某公用事業(yè)公司無(wú)法履行電力供應(yīng)協(xié)議而正式提出投訴。
歐盟方面，數(shù)據(jù)同樣嚴(yán)峻。高盛數(shù)據(jù)顯示，約170吉瓦的歐洲數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目因電力短缺進(jìn)入延期，幾乎相當(dāng)于當(dāng)前用電總量的三分之一。到2030年，數(shù)據(jù)中心的新增用電需求有望增長(zhǎng)165%，總量將達(dá)到葡萄牙、希臘及荷蘭三國(guó)用電量總和。據(jù)IEA和S&P預(yù)測(cè)，老化電網(wǎng)將帶來(lái)漫長(zhǎng)的建設(shè)審批周期。
全球范圍來(lái)看，S&P Global預(yù)計(jì)2025年數(shù)據(jù)中心總用電量達(dá)860太瓦時(shí)，到2030年將逼近1587太瓦時(shí)，主要源于AI領(lǐng)域的拉動(dòng)。IEA的測(cè)算同樣顯示，到2030年，全球數(shù)據(jù)中心的用電需求將超過(guò)日本全國(guó)當(dāng)下的用電量。
正如業(yè)內(nèi)流行說(shuō)法——“AI算力的盡頭是電力”——當(dāng)下的數(shù)據(jù)中心能否獲得穩(wěn)定供電，已成區(qū)分科技巨頭競(jìng)爭(zhēng)力的新門(mén)檻。
能源短缺倒逼行業(yè)轉(zhuǎn)型，多條賽道孕育新機(jī)遇
針對(duì)供電不足的挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)界正在積極探索多元化解決方案，主要集中在能效提升、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，及電網(wǎng)與配電架構(gòu)的技術(shù)創(chuàng)新。
數(shù)據(jù)中心能效革命
節(jié)省能源、提升能效仍是第一道防線。以冷卻環(huán)節(jié)為例，目前約三分之一的數(shù)據(jù)中心能耗用于機(jī)房冷卻。會(huì)議上，業(yè)內(nèi)專家分享了高能效BLDC電機(jī)在精密空調(diào)和服務(wù)器風(fēng)扇上的實(shí)踐——通過(guò)提升電機(jī)能效，能夠直接降低冷卻系統(tǒng)的整體能耗。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心選址向冷涼地區(qū)傾斜、應(yīng)用自然冷卻或更高效的液冷替代風(fēng)冷，也成為趨勢(shì)。
從配電側(cè)來(lái)看，英偉達(dá)主推的800V HVDC高壓直流架構(gòu)，通過(guò)在數(shù)據(jù)中心邊緣用工業(yè)級(jí)整流器，把13.8kV交流直接變換為800V直流電，簡(jiǎn)化了以往多級(jí)交流/直流轉(zhuǎn)換流程，大大降低了配電損耗。和傳統(tǒng)系統(tǒng)對(duì)比，這一方案可顯著減少風(fēng)扇電源單元數(shù)量、提升系統(tǒng)可靠性，并帶來(lái)電氣復(fù)雜度、維護(hù)需求的下降，同時(shí)還能降低銅纜等基礎(chǔ)材料成本。不難看出，這條賽道將為相關(guān)元件、控制芯片、電力系統(tǒng)核心設(shè)備等上下游企業(yè)帶來(lái)廣闊市場(chǎng)機(jī)會(huì)。
可再生能源及儲(chǔ)能技術(shù)集成
能源結(jié)構(gòu)革新是破解“缺電”瓶頸的另一大方向。以亞馬遜班加羅爾數(shù)據(jù)中心為例，自建光伏實(shí)現(xiàn)清潔能源自給，并用氫燃料電池系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零碳備用保障，熱電綜合效率高達(dá)80%。美國(guó)佛蒙特州也曾試點(diǎn)用家庭儲(chǔ)能設(shè)備組建虛擬電廠（VPP），在高峰時(shí)段為電網(wǎng)提供補(bǔ)能。
此外，固體氧化物燃料電池（SOFC）因其55%-65%的發(fā)電效率和超90%熱電聯(lián)產(chǎn)效率，正加速替代柴油發(fā)電機(jī)，部分?jǐn)?shù)據(jù)中心已部署SOFC為主的獨(dú)立供能。市場(chǎng)龍頭如Bloom Energy業(yè)績(jī)?cè)诒泵罃?shù)據(jù)中心持續(xù)攀升，國(guó)內(nèi)以濰柴動(dòng)力、佛燃能源等為主的集成與材料供應(yīng)商也開(kāi)始入局。
電網(wǎng)升級(jí)與智能配電新技術(shù)
擴(kuò)容升級(jí)電網(wǎng)，是“治本”之策。固態(tài)變壓器（SST）和智能變電站，以高效雙向功率流、精準(zhǔn)電壓控制和故障隔離等新特性，被業(yè)界寄予厚望。SST應(yīng)用普及后，將為第三代半導(dǎo)體帶來(lái)巨量需求。以德州某試點(diǎn)數(shù)據(jù)中心為例，SST顯著提升AI服務(wù)器滿載率，降低GPU閑置，同時(shí)大大改善了數(shù)據(jù)中心對(duì)電網(wǎng)的友好性，量化減少峰谷波動(dòng)。
小結(jié)與展望
數(shù)據(jù)中心“缺電”，實(shí)質(zhì)是AI算力崛起與能源基建進(jìn)度錯(cuò)配的產(chǎn)物，也倒逼全行業(yè)在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈和商業(yè)模式上協(xié)同創(chuàng)新。從800V HVDC到液冷新風(fēng)，從氫能與SOFC到SST電網(wǎng)升級(jí)，每一個(gè)技術(shù)節(jié)點(diǎn)都孕育著結(jié)構(gòu)性變革的機(jī)會(huì)。未來(lái)誰(shuí)能抓住這一波能效提升和能源結(jié)構(gòu)升級(jí)的紅利，誰(shuí)就可能在AI計(jì)算革命的下半場(chǎng)拔得頭籌。
“開(kāi)源節(jié)流+系統(tǒng)協(xié)同”，將成為穿越周期的關(guān)鍵底色。無(wú)論是第三代半導(dǎo)體企業(yè)、儲(chǔ)能技術(shù)公司，還是電力設(shè)備與數(shù)據(jù)中心服務(wù)商，都將在這場(chǎng)產(chǎn)業(yè)巨變中尋找新的增長(zhǎng)曲線。同時(shí)，政策引導(dǎo)、產(chǎn)業(yè)協(xié)作乃至跨國(guó)資源協(xié)調(diào)，也將成為能否徹底破解“AI缺電”難題的決定性因素。
