文｜24潮
“我們在創(chuàng)造歷史?！?/p>
2024年10月18日，美國能源部長詹妮弗·格蘭霍姆出席該國歷史上最大的光伏項(xiàng)目 “獵戶座太陽能帶” 的開幕式時(shí)，發(fā)出了這樣的感嘆。
這個(gè)由日本軟銀旗下SB Energy建設(shè)的超級光伏電站，合計(jì)能產(chǎn)出875MW的清潔能源，幾乎相當(dāng)于一個(gè)典型核電設(shè)施的規(guī)模。而其中85%的電力將輸送給谷歌在達(dá)拉斯地區(qū)的數(shù)據(jù)中心。
隨著AI爆發(fā)，大模型的參數(shù)量、數(shù)據(jù)中心的規(guī)模都呈現(xiàn)幾何式增長，這背后，需要龐大的電力來驅(qū)動(dòng)計(jì)算、存儲以及冷卻系統(tǒng)。
電力，日益演變?yōu)橹萍sAI發(fā)展的達(dá)摩克里斯之劍。
美國能源信息署(EIA)數(shù)據(jù)顯示，在數(shù)據(jù)中心集中的弗吉尼亞州與得克薩斯州，停電時(shí)長分別達(dá)962.1分鐘和1614.3分鐘，同比增幅高達(dá)228.59%和176.85%。
埃隆·馬斯克、薩姆·奧爾特曼、黃仁勛等科技大佬都曾對電力緊缺表達(dá)過擔(dān)憂。一時(shí)間，儲備電力糧草成為科技巨頭們的必修課。而由于化石能源并不符合全球碳中和的宏大敘事，科技大廠紛紛投向清潔能源。
但其中，地?zé)?、核電、風(fēng)能等受制于地域限制、建設(shè)周期長等因素，“光伏+儲能” 極有可能成為解決AI電力問題的最佳方案。
AI的盡頭是電力。
向ChatGPT發(fā)起提問，當(dāng)手指在鍵盤上敲下Enter鍵，就如同開啟了一個(gè)龐大的多米諾骨牌，其背后調(diào)動(dòng)的資源數(shù)以億計(jì)。
有統(tǒng)計(jì)顯示，ChatGPT每次響應(yīng)請求所消耗的電力幾乎是傳統(tǒng)谷歌搜索的10倍，平均耗電2.9瓦時(shí)，可以讓一個(gè)60瓦的燈泡點(diǎn)亮三分鐘。而ChatGPT每天大約要處理2億個(gè)訪問，消耗超過50萬度電力。
要知道，電解鋁是人類工業(yè)時(shí)代不折不扣的 “耗電大戶”，我國每年幾乎要拿出7%的電量來進(jìn)行電解鋁生產(chǎn)，每煉1噸電解鋁需耗13600kw/h直流電（接近1.4萬度）。
粗略估算，ChatGPT每天所需的電力能夠生產(chǎn)37噸電解鋁。
在新的科技時(shí)代，相比人工智能，電解鋁的耗電水平簡直小巫見大巫。
AI系統(tǒng)炸裂的吞電量讓科技大佬陷入沉思，而日益提升的高性能硬件、訓(xùn)練推理環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)中心運(yùn)轉(zhuǎn)、溫控系統(tǒng)都需要龐大的電力來支撐。
例如，一塊英偉達(dá)A100的功耗為400瓦，GPT-3訓(xùn)練用到了1024塊A100芯片，GPT-4大幅攀升至25000塊，根據(jù)馬斯克的說法，GPT-5需要可能需要30000-50000個(gè)更先進(jìn)的H100，其每塊功耗的峰值為700瓦?。
從ChatGPT-3到GPT-5，參數(shù)量持續(xù)暴增，GPT-3的參數(shù)量約為1750億個(gè)，GPT-4幾乎是上一代的10倍，達(dá)到1.8萬億個(gè)。而三星高管曾劇透，GPT-5約擁有3-5萬億個(gè)參數(shù)。
參數(shù)量、訓(xùn)練芯片數(shù)量和性能的激增，都導(dǎo)致能耗的顯著增加。據(jù)測算，GPT-3一次訓(xùn)練的耗電量就達(dá)1287兆瓦時(shí)，能支撐3000輛特斯拉汽車共同啟動(dòng)并再跑20萬英里；GPT-4一次訓(xùn)練所需的電能全部轉(zhuǎn)化為熱能后，可將大約1000個(gè)奧運(yùn)會標(biāo)準(zhǔn)游泳池的水加熱到沸騰。
與此同時(shí)，隨著大模型迭代升級，高性能的硬件被武裝進(jìn)各地的大數(shù)據(jù)中心，加上用戶端高頻率的使用，復(fù)雜需求的增多，AI深度學(xué)習(xí)模型需要執(zhí)行大量的矩陣運(yùn)算和浮點(diǎn)運(yùn)算任務(wù)，進(jìn)一步推高能源消耗。
市場調(diào)研公司 “協(xié)同研究集團(tuán)” 的數(shù)據(jù)顯示，截至今年第二季度末，美國擁有約522個(gè)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，占全球總算力的55%左右。預(yù)計(jì)在2028年底之前，美國還將有約280個(gè)這樣的數(shù)據(jù)中心投入運(yùn)營。這種擴(kuò)張速度使得AI相關(guān)電力需求呈現(xiàn)指數(shù)級增長態(tài)勢。
據(jù)東吳證券測算，按照2030年底美國累計(jì)AI算力153GW，當(dāng)年新增40GW測算，預(yù)計(jì)2026年-2030年美國電力需求年復(fù)合增長4-5%。其中AI算力2030年需用電約1269TWh（假設(shè)滿負(fù)荷運(yùn)行），占總體用電量22%。
但是，美國電力電網(wǎng)設(shè)備陳舊不堪，不僅難以抵抗突如其來的災(zāi)害，更無法匹配AI的爆發(fā)式噴涌。美國土木工程師協(xié)會(ASCE)評估顯示，美國電網(wǎng)整體評級僅為C+，70%的變壓器已超過25年設(shè)計(jì)壽命，輸電線平均使用年限達(dá)40年，過去十年投資主要用于維護(hù)替換，新增輸電能力嚴(yán)重滯后。據(jù)北美電力可靠公司(NERC)評估，美國電網(wǎng)負(fù)荷備用率僅20%，抗沖擊能力明顯不足。
考慮AI電力需求具有明顯的 “脈沖式” 特征，與傳統(tǒng)工業(yè)的平穩(wěn)負(fù)荷不同，模型訓(xùn)練時(shí)電力需求瞬間飆升，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓劇烈波動(dòng)。這種獨(dú)特的用電模式對電網(wǎng)穩(wěn)定性構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)。
德勤于2025年4月對120家美國電力公司和數(shù)據(jù)中心高管進(jìn)行的調(diào)查顯示，電網(wǎng)壓力是數(shù)據(jù)中心發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)。這就是美國政府和企業(yè)人工智能愿景與電網(wǎng)供電能力之間的矛盾所在：目前，一些數(shù)據(jù)中心接入電網(wǎng)，需等待長達(dá)7年的時(shí)間。市場研究公司Gartner分析師約翰遜認(rèn)為，美國電力行業(yè)還沒有能力跟上這一發(fā)展趨勢。
PJM等電網(wǎng)運(yùn)營商就多次發(fā)布容量預(yù)警，部分地區(qū)出現(xiàn)諧波失真、負(fù)荷釋放、甚至局部停電的風(fēng)險(xiǎn)信號。美國能源信息署(EIA)《年度電力報(bào)告》顯示，2024年美國單位用戶平均停電時(shí)長達(dá)662.6分鐘（約11小時(shí)），同比上升80.74%。在數(shù)據(jù)中心集中的弗吉尼亞州與得克薩斯州，停電時(shí)長分別達(dá)962.1分鐘和1614.3分鐘，同比增幅高達(dá)228.59%和176.85%。
另據(jù)德勤2025年調(diào)查，79%的北美電力及數(shù)據(jù)中心企業(yè)高管認(rèn)為AI將顯著推升2035年前的用電需求，到2035年有望達(dá)123GW，較24年增長超30倍。而美國能源部預(yù)測到2030年美國電網(wǎng)需新增約101GW負(fù)荷，其中AIDC貢獻(xiàn)近一半，但同期基荷電源僅規(guī)劃新增22GW，供需缺口超過70%。
微軟CEO納德拉在一檔播客節(jié)目中承認(rèn)，公司正面臨一個(gè)前所未有的窘境，“手上有成堆的GPU，卻因?yàn)槿彪?、缺空間，只能閑置”。
科技逐鹿未來的當(dāng)下，許多國家已將 “AI奉為國力”。 如今，制約AI發(fā)展的關(guān)鍵因素已非 “算力短缺”，而是 “電力短缺”。OpenAI創(chuàng)始人山姆·奧特曼指出，未來AI的用電需求不可能回落，只會持續(xù)增長。
美國總統(tǒng)特朗普曾指出，他將利用 “能源緊急狀態(tài)” 批準(zhǔn)加快AI發(fā)電廠的建設(shè)?！斑@些電廠可以使用任何形式的燃料為其供電，政府不會對AI行業(yè)設(shè)定任何氣候目標(biāo)?！?/p>
走過城鎮(zhèn)化和工業(yè)化，如今在AI時(shí)代，美國電力供給和基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)被重新提上日程。
為解決區(qū)域性電價(jià)上漲和穩(wěn)定電源緊缺兩大問題，目前主流方案主要有：核電、地?zé)?、光伏、燃?xì)夂腿加??？紤]到科技型企業(yè)均有ESG要求，只有光伏、核電、地?zé)岱弦蟆?/p>
有分析認(rèn)為，地?zé)岬赜蛳拗拼?建設(shè)周期長，短期看環(huán)保意義大于實(shí)際意義，長期看是數(shù)據(jù)中心供電的較好選擇。美國的地?zé)崮苜Y源主要集中在加州、內(nèi)華達(dá)州和猶他州，地域性較強(qiáng)；同時(shí)，由于數(shù)據(jù)中心電力需求較大，大型地?zé)岚l(fā)電項(xiàng)目從資源識別到商業(yè)化運(yùn)營大約需要7年以上，僅建設(shè)運(yùn)營也需要數(shù)年，短期內(nèi)可行性不強(qiáng)，因此目前美國科技巨頭中僅有Meta和谷歌選擇了地?zé)崮転閿?shù)據(jù)中心供電。
而核電由于 “新增機(jī)組少+建設(shè)周期長”，未來十年內(nèi)美國新增大型核電機(jī)組可能性較低。美國目前在運(yùn)核電站96.95GW/94座，提供全美18%的發(fā)電量。核電機(jī)組的建設(shè)高峰為1970s，自1979年三哩島核事故后新機(jī)組審批凍結(jié)超30年。由于核電同時(shí)具備高發(fā)電能力、輸出功率穩(wěn)定和高度清潔的特點(diǎn)，短期內(nèi)存在部分AI數(shù)據(jù)中心和存量北美核電的資源對接。長期來看，考慮到美國新核電機(jī)組需要4-6年審批+6-8年建設(shè)周期，未來十年內(nèi)美國新增大型核電機(jī)組可能性較低。同時(shí)，核電建設(shè)長期存在較多不確定性，自蘇聯(lián)切爾諾貝利和日本福島核事故以來，各地政府和民眾對核電的態(tài)度一直較為保守。
根據(jù)Lazard的2025年6月能源度電成本分析報(bào)告，基于過去1年分析，在不考慮補(bǔ)貼情況下，光伏發(fā)電度電成本最低為0.038-0.078美元/kWh（0.27-0.55元/kWh），光儲度電成本為0.05-0.13美元/kWh（0.35-0.91元/kWh），相對于煤炭發(fā)電、核電、氣電，光儲發(fā)電方式具備經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。
若是考慮ITC補(bǔ)貼，美國光儲度電成本最低為0.033美元/kWh（0.23元/kWh），相較無補(bǔ)貼最低0.05美元/kWh下降34%，基本為成本最低發(fā)電方式。
所以中長期來看，光伏加儲能是數(shù)據(jù)中心最理想的選擇光伏電站的建設(shè)周期相對較短，一旦完成審批，通常在幾個(gè)月到一年內(nèi)就能完工。此外，光伏不受地理位置的限制，只要有陽光就能發(fā)電。
正是在這樣共識下，美國儲能發(fā)展進(jìn)入快車道，25年9月末美國大儲備案量66.6GW，較8月末大儲備案量+19.3%，按照3.5h配儲時(shí)長，對應(yīng)在建及待建規(guī)模233GWh。
另據(jù)東吳證券測算，2025年美國新能源儲能裝機(jī)需求約53GWh，數(shù)據(jù)中心相關(guān)（綠電直聯(lián)配儲+電能管理）合計(jì)9GWh，2026年預(yù)計(jì)裝機(jī)80GWh，同比增51%，數(shù)據(jù)中心相關(guān)貢獻(xiàn)37GWh。
展望未來，考慮到美國Google、Meta、微軟等科技巨頭都基本制定了2030年數(shù)據(jù)中心零碳排放目標(biāo)，所以對數(shù)據(jù)中心碳排放有很高要求，以及政策支持，未來美國儲能仍有非常大的想象空間。
根據(jù)聯(lián)邦能源管理委員會(FERC)大負(fù)荷并網(wǎng)提案，主要內(nèi)容：
1）制定統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對于超過20MW的大負(fù)荷（用于AIDC，半導(dǎo)體和電動(dòng)車等高端制造工廠）直接接入高壓輸電網(wǎng)絡(luò)；
2）大負(fù)荷和發(fā)電機(jī)組直連，減少電網(wǎng)升級；
3）加速大負(fù)荷用電并網(wǎng)流程審批，最快60天；
4）與大負(fù)荷用電配套的發(fā)電機(jī)組應(yīng)負(fù)責(zé)根據(jù)峰值需求提供輔助服務(wù)，并獲得對應(yīng)補(bǔ)償；電網(wǎng)升級成本由互聯(lián)負(fù)荷承擔(dān)。FERC將于26年4月30日前進(jìn)行細(xì)則制定。該法案落地，將加速負(fù)荷端自建發(fā)電機(jī)組，有利于風(fēng)光儲發(fā)電落地。
根據(jù)東吳證券測算，若是按照50%的綠電供應(yīng)（為簡單測算，綠電為光伏，實(shí)際情況多為光伏+風(fēng)電+儲能耦合），光伏年發(fā)電1800h，50%功率配比，4h配儲時(shí)長，對應(yīng)1GW算力對應(yīng)儲能6GWh，若80%綠電供應(yīng)，對應(yīng)10GWh。2030年美國新增算力40GW，按照50%綠電配比，對應(yīng)新增儲能需求約240GWh。若按照30%綠電配比，對應(yīng)約150GWh需求。
特斯拉創(chuàng)始人馬斯克一直有個(gè)夢想，“希望特斯拉的儲能板塊可以發(fā)展到與汽車業(yè)務(wù)不分伯仲，甚至超越汽車業(yè)務(wù)?！?他曾預(yù)測，到2030年，特斯拉儲能業(yè)務(wù)的規(guī)模將達(dá)到汽車業(yè)務(wù)的規(guī)模。
根據(jù)馬斯克闡述的特斯拉 “秘密宏圖” 第三篇章，即下一階段的發(fā)展方向——全面轉(zhuǎn)向可持續(xù)能源，目標(biāo)在2050年前實(shí)現(xiàn)能源100%可持續(xù)。特斯拉的愿景是 “加速世界向可持續(xù)能源轉(zhuǎn)變”，特斯拉提出：如果要徹底實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)，全球?qū)⑿枰?40TWh儲能、30TW可再生電力、10萬億美元的制造投資。
在1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，為發(fā)電機(jī)和變壓器的研制奠定了理論基礎(chǔ)，引發(fā)了第二次工業(yè)革命，使人類從蒸汽時(shí)代跨入電氣時(shí)代，此后經(jīng)歷的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代、移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代再到未來的AGI時(shí)代，都離不開電力作為能源基座。
美國電力，尤其新能源電力，在AI的急迫需求性下，很可能將進(jìn)入新一輪史詩級爆發(fā)周期。