中國儲能網(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亮20秒所需的電力，而更為復(fù)雜的任務(wù)，其能耗可能達到普通搜索的近百倍。
我們正步入一個能源需求越來越旺盛的世界。國際能源署（IEA）稱其為“電力新時代”：交通、建筑和工業(yè)的電氣化推動電力需求激增。除了電動汽車和工廠，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”計劃，將在美國各地建立五個新的數(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)于日本全國目前的用電規(guī)模。屆時，約十分之一的全球電力需求增長將來自數(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，僅谷歌AI部門幾年后的年耗電量就可能與愛爾蘭全國用電量（29.3TWh）相當(dāng)。而中國的三峽水電站年發(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會在多大程度上推高電力需求？我們?nèi)绾卧跐M足日益增長的數(shù)據(jù)與人工智能需求同時，實現(xiàn)能源的綠色供應(yīng)，避免加劇對氣候危機的影響？這些問題仍亟待我們?nèi)セ卮稹?/span>
美國電價上漲引發(fā)社會反彈
一個溫暖的周末早晨，佐治亞州梅肯市的羅莎·杰克遜社區(qū)中心早已熱鬧非凡。孩子們在體育館內(nèi)奔跑；家長們和其他成年人在當(dāng)?shù)丨h(huán)保組織設(shè)立的展臺前駐足，電臺DJ正為現(xiàn)場觀眾和聽眾進行直播。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，而是一場抽獎活動——300美元的獎金可用于抵扣水電費。
據(jù)《時代》周刊報道，今年以來，在佐治亞州乃至全美范圍內(nèi)，電費持續(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已增加超過40美元。美國能源信息署數(shù)據(jù)指出，自2022年以來，全國電價漲幅已達13%，超過通貨膨脹率。
推動居民電費增長的主要原因源于當(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用上漲，加之今年7月破紀錄的高溫天氣，部分用戶的電費賬單甚至翻倍或增至三倍。
近年來，美國電價漲幅持續(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，美國電力需求出現(xiàn)了持續(xù)增長，增長主要受三方面驅(qū)動：電氣化普及、制造業(yè)擴張以及為訓(xùn)練和運行AI模型而新建的高能耗數(shù)據(jù)中心。
中美兩國在人工智能領(lǐng)域已展開激烈競爭，AI技術(shù)高度依賴充足且廉價的電力。而美國電力供應(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)濟的電力供應(yīng)方式之一。然而，特朗普政府上臺后，不僅削弱了《通脹削減法案》的支持力度，還對可再生能源發(fā)展設(shè)限，這也成為近期美國電價上漲的原因之一。
預(yù)期中的電價大幅上漲可能改變民眾行為。1985年以來，電價漲幅長期低于通脹率。如今，美國人開始擔(dān)憂。安永公司去年調(diào)查顯示，僅30%的受訪者對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10%的漲幅。
上述報道指出，這種變化折射出全球氣候行動敘事的重要轉(zhuǎn)變：幾十年來，氣候倡導(dǎo)者一直在試圖讓民眾認識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)中心的快速擴張對能源成本的影響。能源可負擔(dān)性正成為新焦點。
電力將成為AI發(fā)展瓶頸
國際能源署預(yù)測，到2030年，全球數(shù)據(jù)中心的電力需求將翻倍，達到約945TWh，相當(dāng)于日本當(dāng)前的總用電量。在增長份額中，中國和美國將主導(dǎo)全球數(shù)據(jù)中心電力需求的上升，合計占比約80%。
長期研究AI能耗的荷蘭央行金融經(jīng)濟學(xué)家、獨立數(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，但對此相關(guān)的監(jiān)管與透明度嚴重不足。
“公眾常將數(shù)據(jù)中心用電與AI用電混為一談，因為AI服務(wù)器就在數(shù)據(jù)中心內(nèi)運行，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、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工作負載對內(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?！彼f。
隨著聊天機器人、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)模進行，導(dǎo)致AI總能耗被嚴重低估。
谷歌、微軟、OpenAI等科技巨頭對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)報告訓(xùn)練階段的能耗，而實際占大頭的使用階段的能耗卻不在強制披露范圍。缺乏強制報告機制使得AI的實際能耗難以追蹤。
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)能和單個芯片尺寸，就能計算出能生產(chǎn)的芯片總數(shù)，進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。”他將此過程類比為“已知紙張大小和名片尺寸，計算能印制多少張名片。”
根據(jù)今年5月德弗里斯在國際學(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的能耗增長遠快于此前預(yù)期。
“2023年底，AI的電力需求已達到我的祖國荷蘭全國的用電水平，占全球數(shù)據(jù)中心耗電量的20%。這一需求在2024年可能會翻番，屆時AI可能占全球數(shù)據(jù)中心耗電量的一半?！彼f。“即使這個驚人的數(shù)字，可能仍是保守估計。因為我對數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)能效（PUE）可能過于樂觀（實際更耗電）；對AI服務(wù)器利用率（假設(shè)為65%）的估計可能偏低。”
德弗里斯認為，短期內(nèi)（1-2年）AI總能耗仍將顯著增長，因為過去幾年制約AI發(fā)展的主要瓶頸——芯片封裝產(chǎn)能正在迅速擴張，例如臺積電的產(chǎn)能每年翻番，供應(yīng)正在追趕需求。
然而，下一個瓶頸將是電力供應(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)中心對總電力需求的推動相對有限，但由于數(shù)據(jù)中心分布高度集中，因此在某些國家影響更為顯著。目前近一半的數(shù)據(jù)中心電力消耗發(fā)生在美國，25%在中國，15%在歐洲。
美國勞倫斯伯克利國家實驗室分析顯示，2023年美國數(shù)據(jù)中心用電占全國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21%，IEA預(yù)計到2026年這一比例將達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目主任呂歆表示，2020年9月之后，中國數(shù)據(jù)中心企業(yè)對可再生能源的態(tài)度出現(xiàn)了明顯的進展，先行企業(yè)開展ESG工作，參與綠電消費；2022年，多家頭部企業(yè)承諾在2030年及以前實現(xiàn)100%可再生能源和運營范圍碳中和。目前AI算力需求激增，企業(yè)綠電消費能否走出更加陡峭的增長曲線，如期實現(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，為飛速增長的數(shù)據(jù)中心和人工智能提供能源將是一項共同的挑戰(zhàn)。
微軟和谷歌的高管承認，他們建設(shè)數(shù)據(jù)中心的計劃可能會導(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，也缺乏政府強制報告，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。同時，中國的數(shù)據(jù)中心用電量增速預(yù)計將遠高于全社會用電量。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年中國能源經(jīng)濟指數(shù)研究及展望》指出，2024至2030年，全國數(shù)據(jù)中心用電量年均增速將達20%，遠超全社會用電量增速。
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)型項目主任、高級分析師李鑫迪解釋說，中國數(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)對數(shù)據(jù)中心的電力需求挑戰(zhàn)，中國正通過“東數(shù)西算”工程、提升“綠電”比例（力爭2025年國家樞紐節(jié)點新建數(shù)據(jù)中心綠電占比達80%），以及嚴格能效標(biāo)準（PUE降至1.5以下）等措施，推動數(shù)據(jù)中心綠色轉(zhuǎn)型。
呂歆指出，中國數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)大規(guī)模綠電消費正聚焦三大關(guān)鍵：穩(wěn)定的市場價格與預(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)與機制創(chuàng)新，已經(jīng)取得了積極進展。
針對“以綠電滿足AI需求”的觀點，德弗里斯認為有其局限：數(shù)據(jù)中心需全天候24小時穩(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。
他強調(diào)，當(dāng)前全球尚無足夠可再生能源實現(xiàn)100%綠電供應(yīng)。AI電力需求的激增，在中短期內(nèi)反而可能增加對化石燃料的依賴。
對此，呂歆認為，在新能源裝機總?cè)萘枯^低時，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)完善市場的自調(diào)節(jié)能力、推動儲能及需求側(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)和進一步發(fā)展。
而對于“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，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年報告也認為這些效益目前“可忽略不計”。
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?！癆I本身就是典型案例：硬件與算法進步被用于構(gòu)建更強大模型，推動總能耗上升?！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用電的增長趨勢，李鑫迪則認為，盡管AI屬于突變型技術(shù)，可能呈爆發(fā)式增長，但目前尚未有明確預(yù)測顯示其會在新增電力需求中占主導(dǎo)地位。
總之，國際能源署表示，電力需求增長為“發(fā)達經(jīng)濟體”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)中心負荷增長可能需要與電氣化等其他目標(biāo)進行權(quán)衡”。
德弗里斯舉了在歐洲發(fā)達國家中凸顯電力分配機會成本的兩個案例：在荷蘭某地，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)容量飽和時，電力被優(yōu)先分配給一個數(shù)據(jù)中心而非大學(xué)；在瑞典，政府對當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)中心的電力補貼多年后取消，轉(zhuǎn)而用于鋼鐵制造，因為當(dāng)?shù)卣J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，社會將不得不思考電力資源的優(yōu)先分配問題?！彼f。
