中國儲能網(wǎng)訊：人工智能(AI)的興起正在重塑美國電力市場的近期前景。未來五年，數(shù)據(jù)中心的能源需求增長將超過新能源汽車、氫和所有其他需求類別，到2035年將占美國電力需求的8.6%，高于目前的3.5%。這種轉(zhuǎn)變不僅僅意味著需求增加——新一輪AI數(shù)據(jù)中心將由少數(shù)幾家公司開發(fā)、擁有和運(yùn)營，它們將對美國未來的電力產(chǎn)生巨大影響。
彭博新能源財經(jīng)預(yù)計，到2035年，美國數(shù)據(jù)中心的電力需求將增加逾一倍，總電力負(fù)荷從2024年的34.7GW增加至78.2GW。隨著數(shù)據(jù)中心利用率提高，能源消耗將更快加速增長。美國數(shù)據(jù)中心每小時平均電力需求將幾乎增長兩倍，從2024年的16.2GWh增長到2035年的49.1GWh。
數(shù)據(jù)中心因規(guī)模、運(yùn)營商類型和工作負(fù)載而各不相同，所有這些因素都會影響其效率和用電量。AI數(shù)據(jù)中心主要有兩種類型：“訓(xùn)練”和“推理”。AI訓(xùn)練數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)設(shè)施有著本質(zhì)區(qū)別。在短期內(nèi)，這些規(guī)模龐大、可能達(dá)到GW的訓(xùn)練集群將主導(dǎo)大型數(shù)據(jù)中心的部署。與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心任務(wù)相比，AI訓(xùn)練工作負(fù)載需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)更強(qiáng)的計算能力。為了支持這一需求，GPU等專用芯片安裝于服務(wù)器機(jī)架——容納一排排計算設(shè)備的高大金屬框架。與非AI服務(wù)器機(jī)架相比，這些機(jī)架目前消耗多達(dá)10倍的電力。這種電力和密度的激增正在改變數(shù)據(jù)中心的設(shè)計、冷卻和供電方式。先進(jìn)冷卻系統(tǒng)有助于應(yīng)對這些新的熱限制，與目前使用的典型冷卻技術(shù)相比，它們成本更高，效率也更高。因此，我們預(yù)計電能利用效率(PUE)將繼續(xù)提高。PUE是行業(yè)能效標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，即設(shè)施總功率與用于計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲的功率之比。到2030年，行業(yè)平均值預(yù)計將從2024年的1.4下降至1.2。
隨著AI模型變得越來越復(fù)雜，它們需要更強(qiáng)的計算能力，從而提高數(shù)據(jù)中心的能耗強(qiáng)度。GPT-4的訓(xùn)練使用了約30MW的IT功率。OpenAI的Stargate項目計劃使用多GW級數(shù)據(jù)中心來支持AI工作負(fù)載。盡管如此，訓(xùn)練創(chuàng)新仍能抑制不斷增長的需求。例如，DeepSeekV3的混合專家架構(gòu)僅同時激活一小部分參數(shù)，從而顯著提高了訓(xùn)練效率。雖然我們預(yù)計數(shù)據(jù)中心整體能耗短期內(nèi)會上升，但數(shù)據(jù)中心設(shè)施的長期能耗強(qiáng)度將取決于這種效率提升的速度能否跟上不斷增長的AI工作負(fù)載需求。
直至2030年，彭博新能源財經(jīng)的預(yù)測反映了現(xiàn)實世界對數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的限制，相對于更樂觀的行業(yè)預(yù)測，這種限制降低了近期預(yù)期。彭博新能源財經(jīng)相對保守的展望并未反映對AI作為市場力量的潛力的懷疑，而是承認(rèn)擴(kuò)大能源基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模面臨的部署挑戰(zhàn)。在美國，部署一個數(shù)據(jù)中心從承諾階段到全面運(yùn)行完成需要七年時間，其中開建前需要4.8年，建設(shè)需要2.4年。處于“承諾階段”的數(shù)據(jù)中心是指已獲得關(guān)鍵開發(fā)要素（土地、電力或政府許可）的項目。
數(shù)據(jù)中心之所以成為美國具有獨特影響力的需求類別，不僅僅是因為其快速增長的軌跡。與新能源汽車或其他新興行業(yè)（如氫能或熱泵）不同，數(shù)據(jù)中心行業(yè)由少數(shù)幾家資金實力雄厚的綜合性公司主導(dǎo)。這種資本集中使數(shù)據(jù)中心能夠迅速擴(kuò)張，并對能源基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和投資產(chǎn)生重大影響，從而使該行業(yè)成為未來十年塑造美國電力市場格局中最具決定性的單一力量。
目前，Amazon Web Services(AWS)、谷歌、Meta和微軟四家公司控制著美國數(shù)據(jù)中心43%的容量，對基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和區(qū)域發(fā)展趨勢有著重大影響。僅AWS就計劃新增近12GW的容量，是其目前在運(yùn)容量的四倍。AWS的儲備項目代表著對多個地區(qū)的重大投資和影響力。
從地區(qū)來看，彭博新能源財經(jīng)預(yù)計，到2035年，PJM地區(qū)的項目將占美國數(shù)據(jù)中心總?cè)萘康?9%。該地區(qū)包括弗吉尼亞州（“數(shù)據(jù)中心巷”所在地）和俄亥俄州（新興增長樞紐）等數(shù)據(jù)中心大州。截至2024年，PJM占美國容量的37%。然而，這兩個州激增的需求開始暴露基礎(chǔ)設(shè)施和監(jiān)管方面的緊張，其中俄亥俄州公用事業(yè)公司正在推動長期使用承諾，以跟上步伐。第二大市場德克薩斯州電力可靠性委員會(Ercot)是加密貨幣挖礦的故鄉(xiāng)。這個孤星州(Lone Star State)已嘗試共址和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心等非常規(guī)商業(yè)模式。由于有利的激勵措施和勞動力供應(yīng)充足，東南部成為重要的增長地區(qū)。加利福尼亞州等市場則因成本較高而增長放緩。
雖然數(shù)據(jù)中心的選址取決于數(shù)據(jù)中心類型，但一些基本因素對于所有數(shù)據(jù)中心的發(fā)展普遍至關(guān)重要。在選址時，電力是最重要的因素：清潔電力的供應(yīng)、成本和獲取。然而，僅有電力往往是不夠的。勞動力供應(yīng)、資本支出成本、稅收激勵和網(wǎng)絡(luò)鄰近性等因素都會影響最終決策。擁有現(xiàn)成數(shù)據(jù)中心的市場會吸引更多的開發(fā)項目（即數(shù)據(jù)中心集群），并形成一個由熟練勞動力、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和公用事業(yè)專業(yè)知識組成的增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)。這種動態(tài)有助于保持弗吉尼亞州等市場的吸引力，即使單純從電力角度來看，該市場的吸引力已經(jīng)降低。生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢可以抵消新出現(xiàn)的制約因素。
AI領(lǐng)域的贏家通吃模式正在從根本上重塑公司建設(shè)數(shù)據(jù)中心的位置。對于訓(xùn)練前沿模型的公司而言，快速確保容量至關(guān)重要——如果不能擴(kuò)展規(guī)模，就有落后于競爭對手的風(fēng)險。行業(yè)訪談證實，部署的速度和規(guī)模已成為高計算發(fā)展的首要任務(wù)。為了滿足這一需求，各公司正在積極建設(shè)，而且往往先于收入可預(yù)見性。因此，選址變得越來越具有投機(jī)性。在美國，開發(fā)商優(yōu)先考慮電網(wǎng)容量、快速互聯(lián)時間表、稅收激勵和土地供應(yīng)等一系列因素均可行的地點。這開始將一些開發(fā)項目從弗吉尼亞州、俄勒岡州、德克薩斯州和俄亥俄州等成熟中心轉(zhuǎn)移出去。
一些開發(fā)商正在探索將數(shù)據(jù)中心建設(shè)在發(fā)電廠或擱淺的可再生資源附近，以確保低成本、直接獲取能源。另一些開發(fā)商則轉(zhuǎn)向采用分階段互聯(lián)和臨時橋接技術(shù)的遠(yuǎn)程園區(qū)，因為分布式發(fā)電資產(chǎn)能夠更快地提供電力。這些方法反映出，人們越來越愿意用靠近光纖和用戶來換取電力供應(yīng)和許可速度。盡管進(jìn)行了各種嘗試，數(shù)據(jù)中心的地理位置仍然基本保持不變。雖然規(guī)劃項目開始向城市以外轉(zhuǎn)移——城市地點從占在運(yùn)設(shè)施的63%下降至占規(guī)劃設(shè)施的39%，但大多數(shù)仍建在城市30英里范圍內(nèi)的郊區(qū)。邊緣和農(nóng)村數(shù)據(jù)中心仍然很少見，分別占規(guī)劃數(shù)據(jù)中心的16%和2%。
