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美國要應(yīng)對電力需求從停滯到增長，中國要提高綠電比例同時保障廉價穩(wěn)定供應(yīng)
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">文｜《財經(jīng)》記者 徐沛宇
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; letter-spacing: 0.034em;">編輯｜韓舒淋
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">能源和人工智能的關(guān)系正越來越緊密。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">國際能源署（IEA）4月11日發(fā)布《能源和人工智能：世界能源展望特別報告》（下稱“IEA報告”）稱，能源是人工智能技術(shù)革命的核心之一，但人們?nèi)狈δ茉春腿斯ぶ悄芾﹃P(guān)系的理解。負(fù)擔(dān)得起、可靠和可持續(xù)的電力供應(yīng)將是人工智能發(fā)展的關(guān)鍵決定因素。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">人工智能（Artificial Intelligence，下稱AI）建立在龐大的數(shù)據(jù)中心之上。據(jù)IEA統(tǒng)計，2024年，數(shù)據(jù)中心約占全球用電量的1.5%，即415太瓦時（TWh）。其中，美國占全球數(shù)據(jù)中心用電量的份額為45%，其次是中國（25%）和歐洲（15%）。自2017年以來，全球數(shù)據(jù)中心用電量每年增長約12%，比總用電量增長速度快4倍多。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">目前AI用電量占全社會用電總量比例并不高，但從增長速度、密集性等特點上看，AI對電力系統(tǒng)可能造成的沖擊將越來越大。美國近一半的數(shù)據(jù)中心位于五個區(qū)域集群，其占當(dāng)?shù)赜秒娍偭康谋戎卦?0%-25%，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)因此產(chǎn)生的風(fēng)險已開始凸顯。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">據(jù)IEA報告統(tǒng)計，從現(xiàn)在到2030年，美國數(shù)據(jù)中心用電增量將占電力總需求增量的近一半。彭博新能源財經(jīng)預(yù)計，未來五年，美國數(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。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">美國目前的數(shù)據(jù)中心用能由天然氣發(fā)電主導(dǎo)，中國則由煤電主導(dǎo)。中美為未來更龐大的數(shù)據(jù)中心用電規(guī)模都在提前布局和謀劃。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">特朗普政府已發(fā)布兩項相關(guān)政策，2025年2月14日，特朗普成立國家能源委員會，增加更多電力供應(yīng)；4月9日，特朗普簽署行政命令擴(kuò)大美國煤炭開采和使用。特朗普及其幕僚強(qiáng)調(diào)，美國必須有更多、可靠、廉價的電力，以使美國在人工智能的全球競爭中獲勝。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">中國近30年的電力消費和裝機(jī)都在快速增長，AI用電增長的風(fēng)險相對更可控，政策重點是引導(dǎo)其使用更多可再生能源。2024年7月，國家發(fā)展改革委等四部門發(fā)布《數(shù)據(jù)中心綠色低碳發(fā)展專項行動計劃》；2025年3月，國家發(fā)展改革委等部門下發(fā)《關(guān)于促進(jìn)可再生能源綠色電力證書市場高質(zhì)量發(fā)展的意見》，要求國家樞紐節(jié)點新建數(shù)據(jù)中心綠色電力消費比例要在80%基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">華北電力大學(xué)教授丁肇豪在《知識分子·科學(xué)四十人》座談上表示，AI和數(shù)據(jù)中心的快速增長，要求電力能源行業(yè)必須做中長期的預(yù)測和規(guī)劃，要從總量上評估電源供應(yīng)和輸電通道建設(shè)等方面是否能夠滿足需求。此外，基于數(shù)據(jù)中心未來對電網(wǎng)產(chǎn)生的系統(tǒng)影響，要考慮是否擁有足夠多的手段保障電網(wǎng)安全。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">mportant; overflow-wrap: break-word !important;">AI的出現(xiàn)，讓數(shù)字技術(shù)對電力的需求劇增。在AI出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的IT負(fù)載容量（是指數(shù)據(jù)中心中所有IT設(shè)備，如服務(wù)器、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等在正常運行時所需的電力總和）約為5兆瓦（MW）-25兆瓦。一個以AI為重點的超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心IT負(fù)載容量可達(dá)到100兆瓦或更多，每年消耗的電力相當(dāng)于10萬個家庭。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">IEA報告預(yù)計，到2030年，全球數(shù)據(jù)中心的用電量將是2024年的2倍以上，達(dá)到945TWh左右，略高于日本目前的總用電量。按照目前的發(fā)展趨勢，到2035年，全球數(shù)據(jù)中心的用電量將上升到1200TWh左右。
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; color: rgb(136, 136, 136); letter-spacing: 0.034em; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">2005年以來全球數(shù)據(jù)中心用電情況
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">
inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; letter-spacing: 0.034em; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">（來源：IEA）
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">目前美國有六個州的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)消耗了當(dāng)?shù)爻^10%的電力供應(yīng)，最高的弗吉尼亞州達(dá)到25%。全球數(shù)據(jù)中心耗電量占比最高的國家是愛爾蘭，已達(dá)到約20%。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">算力帶來的電力需求呈現(xiàn)集中的特點，使得算力樞紐地區(qū)的電力負(fù)荷占比和影響更加突出。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">中國信通院云計算與大數(shù)據(jù)研究所有關(guān)專家發(fā)表的《算力協(xié)同發(fā)展內(nèi)涵與關(guān)鍵舉措研究》一文指出，隨著“東數(shù)西算”政策推進(jìn)，新建的大型、超大型算力中心向八大樞紐節(jié)點轉(zhuǎn)移，截至2023年底，八大樞紐節(jié)點機(jī)架數(shù)占全國七成以上，其中京津冀和長三角占比分別為21.5%和24.5%，樞紐節(jié)點呈現(xiàn)負(fù)荷聚集度高、密度大的特點，在夏季等用電高峰時段對局地、局時電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。張家口市數(shù)據(jù)中心用電量占全社會用電量的比重已經(jīng)從2019年的6.8%增長至2023年的20.1%。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">在2024年IEEE（電氣電子工程師學(xué)會）電力與能源協(xié)會年會上，PJM（美國最大的電網(wǎng)運營商，負(fù)責(zé)美國13個州以及華盛頓特區(qū)的電力系統(tǒng)運行與管理）電力規(guī)劃負(fù)責(zé)人介紹說，PJM涵蓋了美國主要數(shù)據(jù)中心的富集區(qū)，近期突然發(fā)現(xiàn)需要對電力規(guī)劃做出重大調(diào)整，因為許多新的數(shù)據(jù)中心需要接入電網(wǎng)，而現(xiàn)有的輸電能力和電能供應(yīng)能力無法滿足這些新的需求。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">彭博新能源財經(jīng)預(yù)計，到2035年，PJM所轄地區(qū)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。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">埃隆·馬斯克在旗下xAI公司推出Grok-3大模型的發(fā)布會上說，研發(fā)大模型最大的困難是為自建數(shù)據(jù)中心提供能源。因為該數(shù)據(jù)中心所在地區(qū)的能源供應(yīng)不足，馬斯克不得不租用了全美國四分之一的移動冷卻設(shè)施，在數(shù)據(jù)中心的建筑外圍臨時補(bǔ)充了一排又一排的小型發(fā)電機(jī)，才使該模型的訓(xùn)練得以完成。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">彭博新能源財經(jīng)發(fā)布的報告稱，為了AI龐大的計算需求，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)備的高大金屬框架里。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。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">中國信通院發(fā)布的《中國綠色算力發(fā)展研究報告（2024）》指出，生成式人工智能（AIGC）要求服務(wù)器提供高密度的算力服務(wù)，傳統(tǒng)的2.5KW（千瓦）-4KW的單柜已經(jīng)不能滿足AIGC市場的需求，20KW-40KW的高密度服務(wù)逐漸成為主流。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">數(shù)據(jù)中心激增的不僅是用電規(guī)模，還對實時電力平衡，即電網(wǎng)安全產(chǎn)生了重大風(fēng)險。丁肇豪表示，許多新的數(shù)據(jù)中心規(guī)劃已經(jīng)達(dá)到或超過百兆瓦，高峰時期的用電量相當(dāng)于一個小城市。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">大AI模型訓(xùn)練時可能會因為各種原因暫停多次，而每次暫停都可能導(dǎo)致瞬間百兆瓦級別的電力負(fù)荷波動。在配電網(wǎng)層面上，這種波動是前所未有的，以前電網(wǎng)并沒有足夠的能力來應(yīng)對這種問題，這是一個全新的挑戰(zhàn)。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">丁肇豪還舉例說，超大數(shù)據(jù)中心可能不具備電壓/頻率的穿越能力，在電網(wǎng)出故障時不僅不能支撐電網(wǎng)，反而可能給電網(wǎng)造成更大的問題。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">AI產(chǎn)業(yè)用能包括硬件生產(chǎn)、模型訓(xùn)練、推理（暨日常運行）各個階段。目前，耗能最高的是訓(xùn)練階段，推理階段耗能相對較低，硬件生產(chǎn)階段耗能最低。未來，隨著AI大模型的成熟，以及應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，推理階段用能占比將更大。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">AI大模型訓(xùn)練耗能主要源于海量的計算，數(shù)千億個參數(shù)在數(shù)萬億個數(shù)據(jù)點上訓(xùn)練，瞬時可能就包含超過1萬億次的計算。據(jù)IEA估計，GPT-4大模型的訓(xùn)練時間約為14周，能量需求約為42.4吉瓦時（GWh），即每天訓(xùn)練約0.43吉瓦時。這相當(dāng)于發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體約2.85萬戶家庭或新興市場和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體約7.05萬戶家庭的每日用電量。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">在推理階段，據(jù)IEA測算，使用小型語言模型生成文本大約需要用電0.3Wh。使用中型語言模型大約需要5Wh。圖像生成每個任務(wù)大約需要1.7Wh。視頻生成的能耗要高兩個數(shù)量級，大約需要115Wh才能生成一個短的、質(zhì)量相對較低的視頻（長度為6秒，每秒8幀）。與此相比，給手機(jī)或筆記本電腦充電分別需要大約15Wh和60Wh。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所副所長陳云霽在《知識分子·科學(xué)四十人》座談上表示，無論是互聯(lián)網(wǎng)公司還是大模型創(chuàng)業(yè)公司，還沒有真正考慮如何盈利。他們現(xiàn)在的重點不是考慮成本問題，包括電力成本。但當(dāng)他們開始真正思考如何掙錢，AI的算力消耗和電力成本就是他們必須面對和解決的問題。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">全球各大AI公司能耗差異較大。據(jù)彭博新能源財經(jīng)統(tǒng)計，馬斯克旗下的Grolk-3大模型單次訓(xùn)練的功耗為154MW，Meta公司旗下的Llama3.1大模型單次訓(xùn)練功耗為25.3MW。OpenAI旗下GPT-3、蘋果公司旗下AFM-server和中國的DeepSeek-V3的這項數(shù)值分別為5.6MW、3.5MW和3.2MW。
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">全球主要AI單次訓(xùn)練功耗（單位：MW）
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mportant; overflow-wrap: break-word !important;">（來源：彭博新能源財經(jīng)）
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; letter-spacing: 0.034em;">彭博新能源財經(jīng)智能出行分析師呂京弘對《財經(jīng)》記者表示，參數(shù)數(shù)量、訓(xùn)練數(shù)據(jù)集規(guī)模是各模型訓(xùn)練功耗差別較大的原因之一。Grok-3訓(xùn)練時設(shè)計的參數(shù)規(guī)模遠(yuǎn)高于其他大模型，所以其耗能遠(yuǎn)超其他大模型。
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中美電力系統(tǒng)誰占領(lǐng)先機(jī)？mportant; overflow-wrap: break-word !important;">AI及其背后的數(shù)據(jù)中心正在成為能源系統(tǒng)的主要參與者。對美國和中國這兩個AI大國來說，電力系統(tǒng)的提前布局，影響著AI產(chǎn)業(yè)以及數(shù)字化經(jīng)濟(jì)的未來。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">據(jù)IEA統(tǒng)計，全球數(shù)據(jù)中心用電量增速從2005年至2015年的每年3%，提高到了2015年至2024年的每年10%。在美國，2015年至2024年間，數(shù)據(jù)中心的用電量每年增長約12%。2024年，美國數(shù)據(jù)中心的用電量約為180TWh（1800億度），占美國所有來源用電量的4%以上。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">據(jù)中國信通院測算，2023年，中國算力中心耗電量約為1500億千瓦時，同比增長15.4%，約占全社會用電量的1.6%。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">中國信通院預(yù)測，到2030年，在高、中、低不同情景預(yù)測下，中國算力中心用電預(yù)計將分別超過7000億千瓦時、4000億千瓦時和3000億千瓦時，占全社會用電量的比例分別為5.3%、3%和2.3%，其全社會用電量占比不大，但快速增長趨勢不容忽視。
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">中國算力中心用電需求預(yù)測
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">
inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; letter-spacing: 0.034em;">（來源：中國信通院）
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">中美數(shù)據(jù)中心用電需求增長未來將顯著高于其他地區(qū)。IEA報告稱，與2024年相比，到2030年，美國數(shù)據(jù)中心用電量將增長約240TWh（增長130%）；中國數(shù)據(jù)中心用電量將增長約175TWh（增長170%）。歐洲和日本的該數(shù)據(jù)分別為45TWh（增長70%）和15TWh（增長80%）。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">美國信息通信技術(shù)投資占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比例達(dá)到了近30年來的最高水平，AI的發(fā)展還將繼續(xù)推高這一數(shù)值。而美國持續(xù)數(shù)年電力消費緩慢增長的態(tài)勢正在被AI改變。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">對美國來說，最大的挑戰(zhàn)是如何將電力系統(tǒng)從近幾十年的增長基本停滯狀態(tài)，調(diào)整到應(yīng)對電力需求快速增長狀態(tài)。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">目前美國數(shù)據(jù)中心最大的電力來源是天然氣發(fā)電，占比超過40%；其次是以太陽能發(fā)電和風(fēng)電為主的可再生能源，占比為24%；核能和燃煤發(fā)電分別占比接近15%和20%左右。美國電力公司計劃建造更多的燃?xì)獍l(fā)電廠，其中一些是為了支持?jǐn)?shù)據(jù)中心負(fù)載的增加。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">曾擔(dān)任多位美國前總統(tǒng)能源顧問、標(biāo)普全球副主席丹尼爾·耶金2024年12月在北京參加國際能源發(fā)展高峰論壇時表示，數(shù)據(jù)中心很快將會消費美國電力總需求的10%，現(xiàn)在美國電力系統(tǒng)還沒有準(zhǔn)備好應(yīng)對這樣的未來。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">據(jù)彭博新能源財經(jīng)測算，在美國，部署一個數(shù)據(jù)中心從承諾階段到全面運行完成需要7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。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">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，主要是因為其由少數(shù)幾家資金實力雄厚的綜合性公司主導(dǎo)。彭博新能源財經(jīng)發(fā)布的報告稱，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。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">對中國來說，最大的挑戰(zhàn)是：在提高可再生能源發(fā)電占比、降低煤電占比的同時，如何為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定、廉價的低碳電力。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">
inkMacSystemFont, "Helvetica Neue", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei UI", "Microsoft YaHei", Arial, sans-serif; letter-spacing: 0.034em; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">（來源：彭博新能源財經(jīng)）
mportant; overflow-wrap: break-word !important;">IEA報告稱，在中國，數(shù)據(jù)中心大多位于東部，電力供應(yīng)以煤炭為主，約占70%，其次是可再生能源，占近20%，核能接近10%，天然氣占其余部分。未來，可再生能源在電力結(jié)構(gòu)中的份額將不斷上升，可再生能源豐富的中國西部將優(yōu)先建設(shè)數(shù)據(jù)中心。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">呂京弘表示，中國在設(shè)立“東數(shù)西算”八大樞紐數(shù)據(jù)中心時，已經(jīng)將各地可再生能源和自然條件考慮進(jìn)去。比如，甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古都是年均氣溫比較低的地區(qū)，并且擁有充沛的風(fēng)電和光伏，可以為AI大模型的訓(xùn)練提供綠色電力。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">中國信通院信息化與工業(yè)化融合研究所總工程師黃偉今年3月在中電聯(lián)的會議上分析指出，中國算力電力融合發(fā)展面臨資源分布不均、技術(shù)協(xié)同不足、基礎(chǔ)設(shè)施掣肘、協(xié)同機(jī)制割裂等問題。中國算力資源集中在東部，但電力自給率不足40%，綠電資源不足，西部地區(qū)擁有70%以上的可再生能源裝機(jī)，電力資源未能充分利用，現(xiàn)有儲能技術(shù)難以支撐全天候綠電供應(yīng)。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">技術(shù)協(xié)同上，光伏、風(fēng)電具有隨機(jī)性、間歇性和波動性，難以滿足數(shù)據(jù)中心對電力穩(wěn)定的高要求，調(diào)度機(jī)制上，傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度周期為15分鐘級，而AI算力負(fù)載可在秒級波動。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">他表示，微觀來看，液冷技術(shù)是降低數(shù)據(jù)中心PUE（電能使用效率，數(shù)值越低效率越高）的有效路徑，中觀來看，綠電直供、綠電交易和儲能有助于提高算力設(shè)施綠色水平。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">宏觀來看，要加強(qiáng)算力和電網(wǎng)資源協(xié)同調(diào)整。通俗來講，對時延要求不高的計算需求可以從東部遷到西部，模型訓(xùn)練等高性能的算力需求放在電力需求波谷時段，通過空間調(diào)度、時間調(diào)度實現(xiàn)提升能源效率、算力設(shè)施利用效率。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">中美不同的資源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式使得兩國為數(shù)據(jù)中心、AI鋪墊了不同的電力保障路徑。但有一個共同點是，兩國都將小型核電堆列為數(shù)據(jù)中心的遠(yuǎn)期能源供應(yīng)。IEA預(yù)計，2030年后，中國將顯著提高核能在數(shù)據(jù)中心電力結(jié)構(gòu)中的份額。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">微軟、OpenAI、Google、Meta等美國科技公司在近一年里紛紛投資或購買核電站，以滿足未來的AI數(shù)據(jù)中心用電需求。例如，2024年9月，微軟與星座能源公司簽署了史上最大的購電協(xié)議，后者將在未來20年購買三哩島核電站生產(chǎn)的所有電力。這是美國歷史上首次由單一用戶包攬單個商業(yè)核電站的全部發(fā)電量。mportant; overflow-wrap: break-word !important;">能源基金會清潔電力項目主任張永平對《財經(jīng)》記者表示，數(shù)據(jù)中心用電需求量大，且需要持續(xù)穩(wěn)定的供應(yīng)，這與核電，尤其是中小型、模塊化核電的供電特性非常匹配。
