中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
前言
人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展正在重塑全球能源格局，數(shù)據(jù)中心的電力需求激增已成為不爭的事實(shí)。近期IEA發(fā)布了一系列Ai與數(shù)據(jù)中心的新數(shù)據(jù)，這對(duì)儲(chǔ)能業(yè)務(wù)的開展或有新的機(jī)遇。
01 電力消耗現(xiàn)狀與地理分布失衡
2024年，全球數(shù)據(jù)中心耗電量已達(dá)415太瓦時(shí)(TWh)，占全球電力消耗的1.5%，相當(dāng)于英國全年用電總量。更令人矚目的是，這一數(shù)字正以每年12%的速度遞增，預(yù)計(jì)到2030年將翻倍至945太瓦時(shí)，超過目前日本全國的年用電量。這種電力需求的爆炸式增長將全球能源系統(tǒng)推向了關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
圖丨按設(shè)備類型和數(shù)據(jù)中心類型劃分的2005-2024年數(shù)據(jù)中心總能耗，2024年，數(shù)據(jù)中心消耗了全球電力的1.5%，而且這一速度仍在加快。
從地理分布看，數(shù)據(jù)中心電力消耗呈現(xiàn)出極度不均衡的狀態(tài)。美國作為全球最大的單一市場(chǎng)，消耗量達(dá)到全球總量的45%(約180-190TWh)，導(dǎo)致弗吉尼亞州等集群區(qū)域的電網(wǎng)接入等待時(shí)間長達(dá)4-7年。歐洲約占15%(60-65TWh)，中國占比約12%(50-55TWh)，其他地區(qū)合計(jì)28%(110-120TWh)。這種區(qū)域集中性使當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)承受巨大壓力——在弗吉尼亞州"數(shù)據(jù)中心走廊"，輸電線路和變電站已接近物理極限。
圖丨數(shù)據(jù)中心按地區(qū)劃分的電力消耗，美國的電力消耗占全球的45%。
行業(yè)對(duì)比數(shù)據(jù)更為驚人：到2030年，美國僅AI數(shù)據(jù)處理的電耗就將超過鋁、鋼鐵、水泥及化工等傳統(tǒng)能源密集型產(chǎn)業(yè)用電量總和；日本數(shù)據(jù)中心用電增量將占全國電力需求增長總量的50%以上；歐盟數(shù)據(jù)中心電力消耗到2030年將達(dá)150太瓦時(shí)，較目前增長3倍。相較之下，發(fā)展中國家和新興經(jīng)濟(jì)體到2030年的數(shù)據(jù)中心用電增量僅占總增幅的約5%，顯示出數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與能源消耗間的緊密關(guān)聯(lián)。
02 基礎(chǔ)設(shè)施壓力與技術(shù)驅(qū)動(dòng)因素
AI計(jì)算所依賴的GPU和ASIC等加速器硬件，已成為能耗激增的核心驅(qū)動(dòng)因素。這些專用芯片雖然提高了機(jī)器學(xué)習(xí)效率，但其能耗也呈指數(shù)級(jí)增長——負(fù)載年增長率高達(dá)30%，推動(dòng)機(jī)架功率密度從傳統(tǒng)的5-10kW躍升至30kW以上。例如，訓(xùn)練GPT-4需消耗超過1,000兆瓦時(shí)電力，相當(dāng)于120個(gè)美國家庭一年用電量。而正在部署的GB200 NVL72液冷機(jī)柜功率密度高達(dá)120kW，每小時(shí)耗電量相當(dāng)于300臺(tái)家用空調(diào)全速運(yùn)轉(zhuǎn)。
冷卻系統(tǒng)是另一大能耗瓶頸，約占數(shù)據(jù)中心總能耗的40%。這促使微軟嘗試海底數(shù)據(jù)中心，阿里巴巴開發(fā)單相浸沒式液冷技術(shù)，騰訊貴安數(shù)據(jù)中心通過液冷與余熱回收將PUE值(電能利用效率)降至1.08，廢熱可為周邊5,000戶居民供暖。盡管如此，與國際先進(jìn)水平(如谷歌芬蘭數(shù)據(jù)中心PUE值1.12)相比，我國數(shù)據(jù)中心平均PUE值1.48仍有提升空間。
電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施在設(shè)計(jì)之初未預(yù)見AI革命帶來的需求激增。一個(gè)100兆瓦數(shù)據(jù)中心集群的耗電量可供10萬戶家庭使用，而規(guī)劃中的新一代數(shù)據(jù)中心規(guī)模更大，可滿足200萬戶家庭用電需求。這種集中化用電特性使數(shù)據(jù)中心選址越來越傾向電力資源豐富地區(qū)，也促使科技企業(yè)直接參與能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)——谷歌、微軟等通過電力購買協(xié)議(PPA)已獲得120吉瓦可再生能源發(fā)電能力。
圖丨一個(gè)單一的人工智能園區(qū)可能消耗與10萬個(gè)家庭相當(dāng)多的電力，集群會(huì)加重當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施的壓力。
03 未來需求預(yù)測(cè)與增長趨勢(shì)
IEA基準(zhǔn)情景顯示，到2030年全球數(shù)據(jù)中心電力需求將達(dá)945太瓦時(shí)，2035年攀升至約1,200太瓦時(shí)。專門服務(wù)于AI的數(shù)據(jù)中心用電需求增長最為迅猛，預(yù)計(jì)到2030年增幅達(dá)4倍以上。更長遠(yuǎn)看，若維持當(dāng)前增速，到2034年全球數(shù)據(jù)中心能耗將達(dá)1,580太瓦時(shí)，與印度全國用電量相當(dāng)。
圖丨數(shù)據(jù)中心電力需求增長驅(qū)動(dòng)因素，2024-2030，945TWh仍然不足全球負(fù)荷的3%。
區(qū)域差異依然顯著：美國數(shù)據(jù)中心用電量將從2022年占全國總量的3%上升至2030年的8%，在弗吉尼亞等熱點(diǎn)區(qū)域可能高達(dá)20-30%。中國作為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，其數(shù)據(jù)中心能耗總量預(yù)計(jì)到2030年將超4,000億千瓦時(shí)，若不大幅提高可再生能源比例，相應(yīng)二氧化碳排放或超2億噸。而東南亞國家如馬來西亞、新加坡建設(shè)中的數(shù)據(jù)中心用電量已超過其現(xiàn)有可再生能源發(fā)電量。
值得注意的是，不同預(yù)測(cè)模型存在較大差異：Semi Analysis報(bào)告顯示到2030年數(shù)據(jù)中心用電量可能突破1,510太瓦時(shí)，占全球總用電量的4.5%；而BloombergNEF預(yù)測(cè)到2035年達(dá)1,200太瓦時(shí)(相當(dāng)于2023年印度用電量)，2050年攀升至3,700太瓦時(shí)。這些差異源于對(duì)技術(shù)演進(jìn)、政策干預(yù)和用戶行為等不確定性因素的不同假設(shè)——若能效年提升率達(dá)5%，2030年需求或控制在800太瓦時(shí)左右；反之可能突破1,100太瓦時(shí)。
04 可持續(xù)發(fā)展的結(jié)論
AI的能源困境既是挑戰(zhàn)，也是加速全球能源轉(zhuǎn)型的催化劑，未來，儲(chǔ)能在其中勢(shì)必扮演著不可或缺的重要角色。
"隨著AI的崛起，能源行業(yè)正站在我們這個(gè)時(shí)代最重要的技術(shù)革命前沿。"
正如國際能源署署長法提赫·比羅爾所言
在數(shù)據(jù)中心電力需求重塑全球電網(wǎng)的今天，只有通過技術(shù)創(chuàng)新、政策協(xié)同和國際合作，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)字文明與可持續(xù)發(fā)展的共贏。未來的AI數(shù)據(jù)中心將像變電站一樣融入城市能源網(wǎng)絡(luò)，每瓦特電力都轉(zhuǎn)化為更高效的智能——這不僅是技術(shù)愿景，更是人類面對(duì)能源與氣候挑戰(zhàn)的必然選擇。
