中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：當(dāng)越來越多的人習(xí)慣于向ChatGPT之類的人工智能尋求日常答案，這份觸手可及的便利背后是由無聲流淌的能源在默默支撐。研究估算，ChatGPT處理一次查詢的耗電量約相當(dāng)于一盞家用白熾燈點(diǎn)亮20秒所需的電力，而更為復(fù)雜的任務(wù)，其能耗可能達(dá)到普通搜索的近百倍。
我們正步入一個(gè)能源需求越來越旺盛的世界。國(guó)際能源署（IEA）稱其為“電力新時(shí)代”：交通、建筑和工業(yè)的電氣化推動(dòng)電力需求激增。除了電動(dòng)汽車和工廠，數(shù)據(jù)中心也正在被視為電力需求的“新興驅(qū)動(dòng)力”。
9月24日，人工智能巨頭OpenAI宣布了其新數(shù)據(jù)中心建設(shè)計(jì)劃：根據(jù)今年1月在白宮與特朗普總統(tǒng)共同公布的“星際之門”計(jì)劃，將在美國(guó)各地建立五個(gè)新的數(shù)據(jù)中心，其能源消耗足以為數(shù)十萬戶家庭供電。
IEA在4月發(fā)布的報(bào)告中指出，目前，AI占數(shù)據(jù)中心電力消耗的5%至15%，但到2030年，這一比例可能升至35%至50%，相當(dāng)于日本全國(guó)目前的用電規(guī)模。屆時(shí)，約十分之一的全球電力需求增長(zhǎng)將來自數(shù)據(jù)中心。
2021年，谷歌能耗為18.3TWh，其中AI部門僅占10%至15%，但有研究預(yù)測(cè)，僅谷歌AI部門幾年后的年耗電量就可能與愛爾蘭全國(guó)用電量（29.3TWh）相當(dāng)。而中國(guó)的三峽水電站年發(fā)電量約為100TWh，這意味著未來僅谷歌AI就可能消耗掉三峽三分之一的發(fā)電量。
AI應(yīng)用在全球快速擴(kuò)張，但其能源消耗問題卻常被忽視。目前全球AI的碳排放已與全球航空業(yè)相當(dāng)，約占全球總量的2%。AI會(huì)在多大程度上推高電力需求？我們?nèi)绾卧跐M足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)與人工智能需求同時(shí)，實(shí)現(xiàn)能源的綠色供應(yīng)，避免加劇對(duì)氣候危機(jī)的影響？這些問題仍亟待我們?nèi)セ卮稹?/span>
美國(guó)電價(jià)上漲引發(fā)社會(huì)反彈
一個(gè)溫暖的周末早晨，佐治亞州梅肯市的羅莎·杰克遜社區(qū)中心早已熱鬧非凡。孩子們?cè)隗w育館內(nèi)奔跑；家長(zhǎng)們和其他成年人在當(dāng)?shù)丨h(huán)保組織設(shè)立的展臺(tái)前駐足，電臺(tái)DJ正為現(xiàn)場(chǎng)觀眾和聽眾進(jìn)行直播。吸引人們前來的并非宏大的氣候議題，甚至也不是當(dāng)?shù)氐目諝赓|(zhì)量問題，而是一場(chǎng)抽獎(jiǎng)活動(dòng)——300美元的獎(jiǎng)金可用于抵扣水電費(fèi)。
據(jù)《時(shí)代》周刊報(bào)道，今年以來，在佐治亞州乃至全美范圍內(nèi)，電費(fèi)持續(xù)上漲。南方環(huán)境法律中心的分析顯示，過去兩年，佐治亞電力公司的居民用戶月均電費(fèi)已增加超過40美元。美國(guó)能源信息署數(shù)據(jù)指出，自2022年以來，全國(guó)電價(jià)漲幅已達(dá)13%，超過通貨膨脹率。
推動(dòng)居民電費(fèi)增長(zhǎng)的主要原因源于當(dāng)?shù)貫闈M足數(shù)據(jù)中心用電需求新建的兩座核電站超支成本及燃料費(fèi)用上漲，加之今年7月破紀(jì)錄的高溫天氣，部分用戶的電費(fèi)賬單甚至翻倍或增至三倍。
近年來，美國(guó)電價(jià)漲幅持續(xù)高于通貨膨脹率。分析指出，近期的事件僅是開端：在電力需求平穩(wěn)多年之后，美國(guó)電力需求出現(xiàn)了持續(xù)增長(zhǎng)，增長(zhǎng)主要受三方面驅(qū)動(dòng)：電氣化普及、制造業(yè)擴(kuò)張以及為訓(xùn)練和運(yùn)行AI模型而新建的高能耗數(shù)據(jù)中心。
中美兩國(guó)在人工智能領(lǐng)域已展開激烈競(jìng)爭(zhēng)，AI技術(shù)高度依賴充足且廉價(jià)的電力。而美國(guó)電力供應(yīng)體系及老化電網(wǎng)難以匹配需求增速。供應(yīng)短缺與需求激增正在共同推高成本。
目前，可再生能源（包括風(fēng)能和太陽能）被視為最快、最經(jīng)濟(jì)的電力供應(yīng)方式之一。然而，特朗普政府上臺(tái)后，不僅削弱了《通脹削減法案》的支持力度，還對(duì)可再生能源發(fā)展設(shè)限，這也成為近期美國(guó)電價(jià)上漲的原因之一。
預(yù)期中的電價(jià)大幅上漲可能改變民眾行為。1985年以來，電價(jià)漲幅長(zhǎng)期低于通脹率。如今，美國(guó)人開始擔(dān)憂。安永公司去年調(diào)查顯示，僅30%的受訪者對(duì)能源成本可承受性有信心，近三分之二的人表示難以應(yīng)對(duì)10%的漲幅。
上述報(bào)道指出，這種變化折射出全球氣候行動(dòng)敘事的重要轉(zhuǎn)變：幾十年來，氣候倡導(dǎo)者一直在試圖讓民眾認(rèn)識(shí)到全球變暖及其背后的化石燃料系統(tǒng)的作用，但成效有限。如今，許多美國(guó)人可能首次直接感受到這一系統(tǒng)的影響，人們?nèi)找鎿?dān)憂數(shù)據(jù)中心的快速擴(kuò)張對(duì)能源成本的影響。能源可負(fù)擔(dān)性正成為新焦點(diǎn)。
電力將成為AI發(fā)展瓶頸
國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2030年，全球數(shù)據(jù)中心的電力需求將翻倍，達(dá)到約945TWh，相當(dāng)于日本當(dāng)前的總用電量。在增長(zhǎng)份額中，中國(guó)和美國(guó)將主導(dǎo)全球數(shù)據(jù)中心電力需求的上升，合計(jì)占比約80%。
長(zhǎng)期研究AI能耗的荷蘭央行金融經(jīng)濟(jì)學(xué)家、獨(dú)立數(shù)據(jù)科學(xué)家亞歷克斯·德弗里斯（Alex de Vries）向澎湃新聞（www.thepaper.cn）指出，AI正成為數(shù)字世界中最大的能耗來源之一，但對(duì)此相關(guān)的監(jiān)管與透明度嚴(yán)重不足。
“公眾常將數(shù)據(jù)中心用電與AI用電混為一談，因?yàn)锳I服務(wù)器就在數(shù)據(jù)中心內(nèi)運(yùn)行，從外部無法區(qū)分。真正的區(qū)別在于內(nèi)部：AI服務(wù)器使用高度專業(yè)化的芯片（如英偉達(dá)、AMD等），這些芯片將內(nèi)存和處理單元集成在同一封裝內(nèi)，以提供極高的內(nèi)存帶寬，滿足AI工作負(fù)載對(duì)內(nèi)存的巨大需求。相比之下，傳統(tǒng)服務(wù)器（用于流媒體、云存儲(chǔ)等）使用不同的硬件，且其性能與能耗的關(guān)系與AI‘越大越好’的范式不同。”他說。
隨著聊天機(jī)器人、搜索引擎、翻譯工具等AI應(yīng)用正被越來越多企業(yè)和個(gè)人廣泛使用。支撐這些系統(tǒng)的是成千上萬的高性能芯片，它們提供巨大的算力，先用于訓(xùn)練模型，再用于日常推理。尤其是后者，每天都在大規(guī)模進(jìn)行，導(dǎo)致AI總能耗被嚴(yán)重低估。
谷歌、微軟、OpenAI等科技巨頭對(duì)AI能耗披露極少。谷歌僅在2022年透露AI占其總能耗的10%至15%，此后未更新數(shù)據(jù)?！稓W洲人工智能法案》僅要求企業(yè)報(bào)告訓(xùn)練階段的能耗，而實(shí)際占大頭的使用階段的能耗卻不在強(qiáng)制披露范圍。缺乏強(qiáng)制報(bào)告機(jī)制使得AI的實(shí)際能耗難以追蹤。
由于缺乏直接數(shù)據(jù)，德弗里斯只能通過分析AI芯片供應(yīng)鏈來估算能耗?！耙阎庋b總產(chǎn)能和單個(gè)芯片尺寸，就能計(jì)算出能生產(chǎn)的芯片總數(shù)，進(jìn)而推算出加速器模塊、服務(wù)器數(shù)量，再結(jié)合已知的服務(wù)器功耗數(shù)據(jù)，最終估算出全球AI系統(tǒng)的總能耗?！彼麑⒋诉^程類比為“已知紙張大小和名片尺寸，計(jì)算能印制多少張名片?！?/span>
根據(jù)今年5月德弗里斯在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《焦耳》上發(fā)表的研究，相較于其2023年的初步估算，過去兩年的全球芯片生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示AI的能耗增長(zhǎng)遠(yuǎn)快于此前預(yù)期。
“2023年底，AI的電力需求已達(dá)到我的祖國(guó)荷蘭全國(guó)的用電水平，占全球數(shù)據(jù)中心耗電量的20%。這一需求在2024年可能會(huì)翻番，屆時(shí)AI可能占全球數(shù)據(jù)中心耗電量的一半?！彼f?！凹词惯@個(gè)驚人的數(shù)字，可能仍是保守估計(jì)。因?yàn)槲覍?duì)數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)能效（PUE）可能過于樂觀（實(shí)際更耗電）；對(duì)AI服務(wù)器利用率（假設(shè)為65%）的估計(jì)可能偏低?！?/span>
德弗里斯認(rèn)為，短期內(nèi)（1-2年）AI總能耗仍將顯著增長(zhǎng)，因?yàn)檫^去幾年制約AI發(fā)展的主要瓶頸——芯片封裝產(chǎn)能正在迅速擴(kuò)張，例如臺(tái)積電的產(chǎn)能每年翻番，供應(yīng)正在追趕需求。
然而，下一個(gè)瓶頸將是電力供應(yīng)本身。AI的耗電量已經(jīng)變得如此巨大，以至于尋找能夠支撐這些龐大數(shù)據(jù)中心的充足電力變得非常困難。
IEA指出，盡管全球范圍內(nèi)數(shù)據(jù)中心對(duì)總電力需求的推動(dòng)相對(duì)有限，但由于數(shù)據(jù)中心分布高度集中，因此在某些國(guó)家影響更為顯著。目前近一半的數(shù)據(jù)中心電力消耗發(fā)生在美國(guó)，25%在中國(guó)，15%在歐洲。
美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室分析顯示，2023年美國(guó)數(shù)據(jù)中心用電占全國(guó)4%，到2028年可能升至7%至12%。在愛爾蘭，數(shù)據(jù)中心用電量已占全國(guó)21%，IEA預(yù)計(jì)到2026年這一比例將達(dá)32%。在弗吉尼亞州和都柏林等地區(qū)，數(shù)據(jù)中心用電占比甚至分別達(dá)到26%和79%。
德弗里斯警告，AI的快速發(fā)展可能與氣候減排目標(biāo)相沖突，他呼吁企業(yè)提高透明度，以便政府制定政策，協(xié)調(diào)AI發(fā)展與可持續(xù)目標(biāo)。否則，AI可能成為隱形的，不受控制的能耗與排放源。
綠色和平氣候與能源項(xiàng)目主任呂歆表示，2020年9月之后，中國(guó)數(shù)據(jù)中心企業(yè)對(duì)可再生能源的態(tài)度出現(xiàn)了明顯的進(jìn)展，先行企業(yè)開展ESG工作，參與綠電消費(fèi)；2022年，多家頭部企業(yè)承諾在2030年及以前實(shí)現(xiàn)100%可再生能源和運(yùn)營(yíng)范圍碳中和。目前AI算力需求激增，企業(yè)綠電消費(fèi)能否走出更加陡峭的增長(zhǎng)曲線，如期實(shí)現(xiàn)2030年目標(biāo)值得關(guān)注。
電力需求何解？
9月25日，在紐約舉行的聯(lián)合國(guó)氣候周上，包括微軟、谷歌等全球企業(yè)巨頭都同意，為飛速增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中心和人工智能提供能源將是一項(xiàng)共同的挑戰(zhàn)。
微軟和谷歌的高管承認(rèn)，他們建設(shè)數(shù)據(jù)中心的計(jì)劃可能會(huì)導(dǎo)致增加使用化石燃料發(fā)電，盡管企業(yè)將嘗試通過從其他地方購買可再生能源來減輕這種消耗的影響。
在IEA報(bào)告中，到2035年，全球數(shù)據(jù)中心電力結(jié)構(gòu)將從目前約60%化石燃料轉(zhuǎn)變?yōu)?0%清潔能源。這一轉(zhuǎn)變主要依賴全球可再生能源擴(kuò)張，部分可再生能源由數(shù)據(jù)中心企業(yè)直接資助。
不過，IEA也指出，為滿足數(shù)據(jù)中心需求，可能仍需擴(kuò)大天然氣和煤炭發(fā)電。目前，全球尚無完整的數(shù)據(jù)中心能耗或排放數(shù)據(jù)集，也缺乏政府強(qiáng)制報(bào)告，所有數(shù)字均為估算。
眼下煤炭仍是全球數(shù)據(jù)中心最大的電力來源，尤其在中國(guó)。同時(shí)，中國(guó)的數(shù)據(jù)中心用電量增速預(yù)計(jì)將遠(yuǎn)高于全社會(huì)用電量。北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策研究中心今年1月發(fā)布的《2025年中國(guó)能源經(jīng)濟(jì)指數(shù)研究及展望》指出，2024至2030年，全國(guó)數(shù)據(jù)中心用電量年均增速將達(dá)20%，遠(yuǎn)超全社會(huì)用電量增速。
新增的電力供應(yīng)從何而來？綠色創(chuàng)新發(fā)展研究院（IGDP）能源轉(zhuǎn)型項(xiàng)目主任、高級(jí)分析師李鑫迪解釋說，中國(guó)數(shù)據(jù)中心多數(shù)依賴電網(wǎng)供電，其綠電比例取決于電網(wǎng)整體脫碳進(jìn)度。企業(yè)可通過購買綠證或選擇在可再生能源豐富地區(qū)（如云南）建立數(shù)據(jù)中心來提高綠電使用率。
為應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心的電力需求挑戰(zhàn)，中國(guó)正通過“東數(shù)西算”工程、提升“綠電”比例（力爭(zhēng)2025年國(guó)家樞紐節(jié)點(diǎn)新建數(shù)據(jù)中心綠電占比達(dá)80%），以及嚴(yán)格能效標(biāo)準(zhǔn)（PUE降至1.5以下）等措施，推動(dòng)數(shù)據(jù)中心綠色轉(zhuǎn)型。
呂歆指出，中國(guó)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)大規(guī)模綠電消費(fèi)正聚焦三大關(guān)鍵：穩(wěn)定的市場(chǎng)價(jià)格與預(yù)期、成熟的多年期綠電交易模式和暢通的跨區(qū)跨省綠電交易渠道。近年來，得益于政策引導(dǎo)與機(jī)制創(chuàng)新，已經(jīng)取得了積極進(jìn)展。
針對(duì)“以綠電滿足AI需求”的觀點(diǎn)，德弗里斯認(rèn)為有其局限：數(shù)據(jù)中心需全天候24小時(shí)穩(wěn)定供電，而風(fēng)電、光伏具有間歇性。AI數(shù)據(jù)中心同樣面臨備份電力依賴化石能源的問題。
他強(qiáng)調(diào)，當(dāng)前全球尚無足夠可再生能源實(shí)現(xiàn)100%綠電供應(yīng)。AI電力需求的激增，在中短期內(nèi)反而可能增加對(duì)化石燃料的依賴。
對(duì)此，呂歆認(rèn)為，在新能源裝機(jī)總?cè)萘枯^低時(shí)，企業(yè)通過參與綠電交易等方式，能夠從需求側(cè)有效促進(jìn)新能源供給。伴隨著更高比例的新能源接入電網(wǎng)，若缺乏儲(chǔ)能等靈活性資源，新能源的消納和利用可能成為挑戰(zhàn)。因此，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，持續(xù)完善市場(chǎng)的自調(diào)節(jié)能力、推動(dòng)儲(chǔ)能及需求側(cè)響應(yīng)等靈活性資源參與，能夠助力新能源穩(wěn)定供應(yīng)和進(jìn)一步發(fā)展。
而對(duì)于“AI可通過優(yōu)化其他行業(yè)節(jié)能以抵消自身能耗”的觀點(diǎn)，德弗里斯也持懷疑態(tài)度。他指出，目前科技公司用電需求因AI能耗大幅上升，但節(jié)能效益尚未顯現(xiàn)，IEA2024年報(bào)告也認(rèn)為這些效益目前“可忽略不計(jì)”。
德弗里斯提到“回彈效應(yīng)”：即能效提升可能激發(fā)更大需求，導(dǎo)致總能耗不降反升。“AI本身就是典型案例：硬件與算法進(jìn)步被用于構(gòu)建更強(qiáng)大模型，推動(dòng)總能耗上升?！彼f。
不過，AI普及速度、能效提升等仍存在不確定性。盡管生成式AI熱度高，其商業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)前景可能弱于預(yù)期，而更優(yōu)芯片、高效算法和大型數(shù)據(jù)中心可能提升能效，抑制電力需求。
關(guān)于未來AI用電的增長(zhǎng)趨勢(shì)，李鑫迪則認(rèn)為，盡管AI屬于突變型技術(shù)，可能呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，但目前尚未有明確預(yù)測(cè)顯示其會(huì)在新增電力需求中占主導(dǎo)地位。
總之，國(guó)際能源署表示，電力需求增長(zhǎng)為“發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體”敲響了“警鐘”，要求電力行業(yè)投資基礎(chǔ)設(shè)施，否則“滿足數(shù)據(jù)中心負(fù)荷增長(zhǎng)可能需要與電氣化等其他目標(biāo)進(jìn)行權(quán)衡”。
德弗里斯舉了在歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家中凸顯電力分配機(jī)會(huì)成本的兩個(gè)案例：在荷蘭某地，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)容量飽和時(shí)，電力被優(yōu)先分配給一個(gè)數(shù)據(jù)中心而非大學(xué)；在瑞典，政府對(duì)當(dāng)?shù)財(cái)?shù)據(jù)中心的電力補(bǔ)貼多年后取消，轉(zhuǎn)而用于鋼鐵制造，因?yàn)楫?dāng)?shù)卣J(rèn)為數(shù)據(jù)中心創(chuàng)造的就業(yè)有限。
“當(dāng)電網(wǎng)容量飽和時(shí)，社會(huì)將不得不思考電力資源的優(yōu)先分配問題?！彼f。
