本文来自微信公众号“电子发烧友网”，【作者】梁浩斌。
电子发烧友网报道（文/梁浩斌）AI在逐步接替人类工作的同时，还在跟人类“抢电”？最近，美国最大的电网运营商PJM正在面临多重危机，PJM负责运营一个覆盖从芝加哥到新泽西州共13个州地区的、拥有6700万用户的电力输送系统。
但如今，由于AI数据中心的用电需求涌现，一方面居民用电价格不断升高，另一方面电网容量不足，导致基础的供电稳定性无法保证。PJM在炎热和极寒气候期间需要轮流停电，避免损坏电网基建。这些问题都指向电力基础设施正在成为AI数据中心扩张的关键。
AI数据中心涌现，扩容成本由居民买单？
根据data center map的资料，PJM运营范围内的弗吉尼亚州北部是全球最大的数据中心集群，这里有超过586个运营数据中心，占全球互联网流量的70%以上。科技巨头如Amazon、Microsoft在此投资数百亿美元，谷歌在去年也表示计划未来两年投资250亿美元在当地建设数据中心，这毫无疑问是PJM负荷增长的核心。
当地的公用事业公司Dominion Energy表示，已经收到来自数据中心开发商多达40GW的电力需求，这是什么水平？弗吉尼亚2024年底电网总容量也不过20GW，而40GW足以供应至少1000万户家庭。Dominion Energy还预计到2039年电力系统峰值需求还将翻倍。
图源：data center map
实际上，PJM这个组织并不直接发电，而是作为发电厂和拥有电力输送基建的公共事业公司之间的中介。PJM通过监测各地电力需求，来协调发电厂发电策略，平衡供需。
但AI数据中心的涌现，已经彻底打破了电力供需的平衡。可以说当地的电网基础设施，在过去的几十年中由于需求稳定，扩容的速度非常缓慢。甚至在2020年的时候，由于电力需求不足，PJM还关闭了服务区域的一些发电厂。直至今天，又再次受到环保政策的影响，一些火力发电厂包括煤炭和燃气发电机组被部分关闭，以降低碳排放。
同时再加上数据中心往往是以集群的形式出现，多个大型的数据中心设施会建在相近的地方，因此这对电网带来的冲击更大。
另一方面，由于数据中心的需求暴增，整体区域用电需求同步大幅增加，导致PJM容量拍卖价格飙升，对于当地居民来说带来的就是电费激增。
这里解释一下，容量拍卖是PJM用来确保未来几年有足够发电容量满足高峰用电需求的一种市场机制，容量拍卖价格就是最终通过拍卖确定的电力价格。当PJM通过拍卖买到电力容量，这也意味着在一年中，发电厂需要每天保证可以输出相应容量的电力。
简单来说，就是相当于买了一个“电网可靠性保险”，当需求越高，这个保险费用就越高，也就能够吸引发电设施建设。
而根据PJM的数据，自2024年起，容量拍卖价格屡屡创下历史新高，最近三次连续容量拍卖总成本高达472亿美元。然而，这部分费用也不只是科技公司承担，因为本质上这个“电网可靠性保险”是由全体用户买单的，在居民用电中，容量成本一般占到电费的20%到30%。
因此，数据中心的电力需求所带来的扩容成本，就转嫁至居民身上。据PJM数据，根据不同区域，居民电费近年上涨12%-30%不等，数据中心集群附近电价涨幅甚至高达267%。
当然，为了解决这些问题，也有一些地方开始要求科技公司承担更多的增量成本。纽约州Energize NY计划要求无就业益处的大型数据中心自付全额增量成本；2026年1月Microsoft宣布“社区优先”计划，自担全额电力及电网升级成本，拒绝地方税收优惠，并投资面向本地居民的AI培训项目。
未来美国的数据中心更多需要自己投资发电设施，比如自建燃气发电、核电站、储能等设施，来降低居民的电费负担。与此同时，这也将带来史无前例的电力设备需求。
数据中心自建发电设施，带来哪些需求？
尽管从目前国内的电力基建以及西部新能源设施的布局情况来看，数据中心的电力需求是完全可以满足的。但北美当前的数据中心电力需求与电力基建存在非常大的断层，因此未来很大可能会形成数据中心专用的发电厂专供数据中心集群，或是数据中心运营商自建发电设施的模式。
数据中心自建发电设施，将直接催生发电设备、储能配套、系统集成、运维服务、合规认证等多维度的市场需求，同时推动能源技术与数据中心场景的深度融合。当然，投资规模也非常庞大，自建发电往往需数十亿美元投资，单个GW级设施可能需10亿—50亿美元，预计到2030年，美国数据中心自建电源投资将高达500亿美元。
首先，数据中心对电力的核心要求是7×24小时不间断供应，优先保障供电可靠性，且需符合全球碳中和趋势。
燃气轮机具有启停速度快、调峰能力强、排放低的特点，能快速响应数据中心的负荷波动，同时可搭配热电联产（CHP）系统，将发电余热回收用于数据中心制冷，大幅提升能源利用率。这类单机容量通常在10MW-100MW的中小型燃气轮机，需求会显著增长，尤其适合高密度数据中心集群。同时优势是18-24个月即可上线，部署周期远快于核电或大规模可再生能源，是数据中心电力部署的首选。
目前燃气轮机出口上，国内杰瑞股份、潍柴动力、东方电气、上海电气等均已经进入北美市场，其中杰瑞股份全资子公司GenSystems Power Solutions LLC近期两次与美国某客户签署燃气轮机发电机组销售合同，合同累计金额达2.12亿美元。
由于零碳排放，核能发电是科技巨头大力投资的方向之一，小型模块化核反应堆燃料成本低、寿命长达40到60年，输出稳定，非常适合数据中心。但成本高、存在安全隐患、部署周期长等问题，短期内可能不会使核能发电成为数据中心的首选。
光伏、风电则由于发电不稳定，且效率较低，需要较大的占地面积，尽管投资成本相对较低，但难以满足数据中心需求。
近年来，固体氧化物燃料电池（SOFC）成为数据中心供电的核心技术之一。SOFC发电效率可达55%-60%，搭配热电联产系统后综合能源效率超85%，远高于传统燃气轮机，能最大化利用燃料，降低数据中心的能源成本；同时可直接使用天然气、沼气、生物质气，也可适配绿氢，无需复杂重整装置，尤其适合有天然气管网覆盖的区域；运行过程中碳排放远低于燃气轮机，且无氮氧化物等污染物排放，契合数据中心绿色认证需求；同时SOFC使用寿命可达4-6万小时，运维频率低。
目前SOFC市场核心供应商由Bloom Energy、Ceres Power、Mitsubishi Power、Elcogen主导，其中Bloom Energy与American Electric Power签署2.65-2.7亿美元协议，部署1GW燃料电池用于数据中心，并直接供应给Oracle数据中心。
对于上述发电模式，往往还需要搭配锂电池储能、飞轮储能等，用于应对SOFC、燃气轮机启停间隙或负荷突增，保障数据中心零中断运行，拉动储能电池、BMS电池管理系统、PCS（储能变流器）的需求；针对SOFC的特性，还会催生短时高功率储能模块的需求，弥补其调峰速度短板。
而针对新能源+SOFC的混合发电系统，抽水蓄能、压缩空气储能、氢能储能等长时储能技术的需求会上升，解决发电高峰与用电高峰错配问题。
另外，作为电力设施的核心，变压器也是需求增长的核心方向之一。目前国内有多家企业已大规模出口电网变压器产品，包括中国西电、特变电工、思源电气、江苏华鹏等。
小结
显然，AI数据中心的爆发式扩张与电力基础设施升级滞后的矛盾，已经逼迫北美数据中心厂商自建发电设施，这一趋势直接激活了发电设备、储能配套、变压器等全链条电力设备需求，同时也为国内相关产业链带来了广阔的市场增量。
