電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）AI在逐步接替人類工作的同時，還在跟人類“搶電”？最近，美國最大的電網(wǎng)運營商PJM正在面臨多重危機，PJM負責運營一個從芝加哥到新澤西州共13個州地區(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)，一方面居民用電價不斷升高，另一方面是電網(wǎng)容量不足，導致基礎的供電穩(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設施正在成為AI數(shù)據(jù)中心擴張的關鍵。

AI數(shù)據(jù)中心涌現(xiàn)，擴容成本由居民買單？

根據(jù)data center map的資料，PJM運營范圍內(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個運營數(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劃未來兩年投資250億美元在當?shù)亟ㄔO數(shù)據(jù)中心，這毫無疑問是PJM負荷增長的核心。

當?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40GW的電力需求，這是什么水平？弗吉尼亞2024年底電網(wǎng)總容量也不過20GW，而40GW足以供應至少1000萬戶家庭。Dominion Energy還預計到2039年電力系統(tǒng)峰值需求還將翻倍。

實際上，PJM這個組織并不直接發(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?shù)氐碾娋W(wǎng)基礎設施，在過去的幾十年中由于需求穩(wěn)定，擴容的速度非常緩慢。甚至在2020年的時候，由于電力需求不足，PJM還關閉了服務區(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)電廠包括煤炭和燃氣發(fā)電機組被部分關閉，以降低碳排放。

同時再加上數(shù)據(jù)中心往往是以集群的形式出現(xiàn)，多個大型的數(shù)據(jù)中心設施會建在相近的地方，因此這對電網(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，導致PJM容量拍賣價格飆升，對于當?shù)鼐用駚碚f帶來的就是電費激增。

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機制，容量拍賣價格就是最終通過拍賣確定的電力價格。當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容量的電力。

簡單來說，就是相當于買了一個“電網(wǎng)可靠性保險”，當需求越高，這個保險費用就越高，也就能夠吸引發(fā)電設施建設。

而根據(jù)PJM的數(shù)據(jù)，自2024年起，容量拍賣價格屢屢創(chuàng)下歷史新高，最近三次連續(xù)容量拍賣總成本高達472億美元。然而，這部分費用也不只是科技公司承擔，因為本質(zhì)上這個“電網(wǎng)可靠性保險”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的20%到30%。

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

當然，為了解決這些問題，也有一些地方開始要求科技公司承擔更多的增量成本。紐約州Energize NY計劃要求無就業(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”計劃，自擔全額電力及電網(wǎng)升級成本，拒絕地方稅收優(yōu)惠，并投資面向本地居民的AI培訓項目。

未來美國的數(shù)據(jù)中心更多需要自己投資發(fā)電設施，比如自檢燃氣發(fā)電、核電站、儲能等設施，來降低居民的電費負擔。與此同時，這也將帶來史無前例的電力設備需求。

數(shù)據(jù)中心自建發(fā)電設施，帶來哪些需求？

盡管目前以國內(nèi)的電力基建，以及西部新能源設施的布局情況來看，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)中心運營商自建發(fā)電設施的模式。

數(shù)據(jù)中心自建發(fā)電設施，將直接催生發(fā)電設備、儲能配套、系統(tǒng)集成、運維服務、合規(guī)認證等多維度的市場需求，同時推動能源技術與數(shù)據(jù)中心場景的深度融合。當然，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GW級設施可能需10-50億美元，預計到2030年，美國數(shù)據(jù)中心自建電源投資將高達500億美元。

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

燃氣輪機具有啟停速度快、調(diào)峰能力強、排放低的特點，能快速響應數(shù)據(jù)中心的負荷波動，同時可搭配熱電聯(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。這類單機容量通常在 10MW-100MW的中小型燃氣輪機，需求會顯著增長，尤其適合高密度數(shù)據(jù)中心集群。同時優(yōu)勢是18-24個月即可上線，部署周期遠快于核電或大規(guī)?？稍偕茉?，是數(shù)據(jù)中心電力部署的首選。

目前燃氣輪機出口上，國內(nèi)杰瑞股份、濰柴動力、東方電氣、上海電氣等均已經(jīng)進入北美市場，其中杰瑞股份全資子公司GenSystems Power Solutions LLC近期兩次與美國某客戶簽署燃氣輪機發(fā)電機組銷售合同，合同累計金額達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，小型模塊化核反應堆燃料成本低、壽命長達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、部署周期長等，短期可能不會成為數(shù)據(jù)中心的首選。

光伏、風電則由于發(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之一。SOFC 發(fā)電效率可達 55%-60%，搭配熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)后綜合能源效率超 85%，遠高于傳統(tǒng)燃氣輪機，能最大化利用燃料，降低數(shù)據(jù)中心的能源成本；同時可直接使用天然氣、沼氣、生物質(zhì)氣，也可適配綠氫，無需復雜重整裝置，尤其適合有天然氣管網(wǎng)覆蓋的區(qū)域；運行過程中碳排放遠低于燃氣輪機，且無氮氧化物等污染物排放，契合數(shù)據(jù)中心綠色認證需求；同時 SOFC 使用壽命可達 4-6 萬小時，運維頻率低。

目前SOFC市場核心供應商由Bloom Energy、Ceres Power、Mitsubishi Power、Elcogen主導，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直接供應數(shù)據(jù)中心。

對于上述發(fā)電模式，往往還需要搭配鋰電池儲能、飛輪儲能等，用于應對 SOFC、燃氣輪機啟停間隙或負荷突增，保障數(shù)據(jù)中心零中斷運行，拉動儲能電池、BMS電池管理系統(tǒng)、PCS（儲能變流器）的需求；針對SOFC的特性，還會催生短時高功率儲能模塊的需求，彌補其調(diào)峰速度短板。

而針對新能源+ SOFC 的混合發(fā)電系統(tǒng)，抽水蓄能、壓縮空氣儲能、氫能儲能等長時儲能技術的需求會上升，解決發(fā)電高峰與用電高峰錯配問題。

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

小結：

顯然，AI 數(shù)據(jù)中心的爆發(fā)式擴張與電力基礎設施升級滯后的矛盾，已經(jīng)逼迫北美數(shù)據(jù)中心廠商自建發(fā)電設施，這一趨勢直接激活了發(fā)電設備、儲能配套、變壓器等全鏈條電力設備需求，同時也為國內(nèi)相關產(chǎn)業(yè)鏈帶來了廣闊的市場增量。