吞電巨獸AI正在全面重構美國能源格局｜獨家

“我們在創造歷史?！?/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目 “獵戶座太陽能帶” 的開幕式時，發出了這樣的感嘆。

這個由日本軟銀旗下SB Energy建設的超級光伏電站，合計能產出875MW的清潔能源，幾乎相當于一個典型核電設施的規模。而其中85%的電力將輸送給谷歌在達拉斯地區的數據中心。

隨著AI爆發，大模型的參數量、數據中心的規模都呈現幾何式增長，這背后，需要龐大的電力來驅動計算、存儲以及冷卻系統。

電力，日益演變為制約AI發展的達摩克里斯之劍。

美國能源信息署(EIA)數據顯示，在數據中心集中的弗吉尼亞州與得克薩斯州，停電時長分別達962.1分鐘和1614.3分鐘，同比增幅高達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過擔憂。一時間，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，地熱、核電、風能等受制于地域限制、建設周期長等因素，“光伏+儲能” 極有可能成為解決AI電力問題的最佳方案。

狂飆的吞電巨獸

AI的盡頭是電力。

向ChatGPT發起提問，當手指在鍵盤上敲下Enter鍵，就如同開啟了一個龐大的多米諾骨牌，其背后調動的資源數以億計。

有統計顯示，ChatGPT每次響應請求所消耗的電力幾乎是傳統谷歌搜索的10倍，平均耗電2.9瓦時，可以讓一個60瓦的燈泡點亮三分鐘。而ChatGPT每天大約要處理2億個訪問，消耗超過50萬度電力。

要知道，電解鋁是人類工業時代不折不扣的 “耗電大戶”，我國每年幾乎要拿出7%的電量來進行電解鋁生產，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37噸電解鋁。

在新的科技時代，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、訓練推理環節、數據中心運轉、溫控系統都需要龐大的電力來支撐。

例如，一塊英偉達A100的功耗為400瓦，GPT-3訓練用到了1024塊A100芯片，GPT-4大幅攀升至25000塊，根據馬斯克的說法，GPT-5需要可能需要30000-50000個更先進的H100，其每塊功耗的峰值為700瓦?。

從ChatGPT-3到GPT-5，參數量持續暴增，GPT-3的參數量約為1750億個，GPT-4幾乎是上一代的10倍，達到1.8萬億個。而三星高管曾劇透，GPT-5約擁有3-5萬億個參數。

參數量、訓練芯片數量和性能的激增，都導致能耗的顯著增加。據測算，GPT-3一次訓練的耗電量就達1287兆瓦時，能支撐3000輛特斯拉汽車共同啟動并再跑20萬英里；GPT-4一次訓練所需的電能全部轉化為熱能后，可將大約1000個奧運會標準游泳池的水加熱到沸騰。

與此同時，隨著大模型迭代升級，高性能的硬件被武裝進各地的大數據中心，加上用戶端高頻率的使用，復雜需求的增多，AI深度學習模型需要執行大量的矩陣運算和浮點運算任務，進一步推高能源消耗。

市場調研公司 “協同研究集團” 的數據顯示，截至今年第二季度末，美國擁有約522個超大規模數據中心，占全球總算力的55%左右。預計在2028年底之前，美國還將有約280個這樣的數據中心投入運營。這種擴張速度使得AI相關電力需求呈現指數級增長態勢。

據東吳證券測算，按照2030年底美國累計AI算力153GW，當年新增40GW測算，預計2026年-2030年美國電力需求年復合增長4-5%。其中AI算力2030年需用電約1269TWh（假設滿負荷運行），占總體用電量22%。

但是，美國電力電網設備陳舊不堪，不僅難以抵抗突如其來的災害，更無法匹配AI的爆發式噴涌。美國土木工程師協會(ASCE)評估顯示，美國電網整體評級僅為C+，70%的變壓器已超過25年設計壽命，輸電線平均使用年限達40年，過去十年投資主要用于維護替換，新增輸電能力嚴重滯后。據北美電力可靠公司(NERC)評估，美國電網負荷備用率僅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，與傳統工業的平穩負荷不同，模型訓練時電力需求瞬間飆升，導致電網電壓劇烈波動。這種獨特的用電模式對電網穩定性構成巨大挑戰。

德勤于2025年4月對120家美國電力公司和數據中心高管進行的調查顯示，電網壓力是數據中心發展面臨的主要挑戰。這就是美國政府和企業人工智能愿景與電網供電能力之間的矛盾所在：目前，一些數據中心接入電網，需等待長達7年的時間。市場研究公司Gartner分析師約翰遜認為，美國電力行業還沒有能力跟上這一發展趨勢。

PJM等電網運營商就多次發布容量預警，部分地區出現諧波失真、負荷釋放、甚至局部停電的風險信號。美國能源信息署(EIA)《年度電力報告》顯示，2024年美國單位用戶平均停電時長達662.6分鐘（約11小時），同比上升80.74%。在數據中心集中的弗吉尼亞州與得克薩斯州，停電時長分別達962.1分鐘和1614.3分鐘，同比增幅高達228.59%和176.85%。

另據德勤2025年調查，79%的北美電力及數據中心企業高管認為AI將顯著推升2035年前的用電需求，到2035年有望達123GW，較24年增長超30倍。而美國能源部預測到2030年美國電網需新增約101GW負荷，其中AIDC貢獻近一半，但同期基荷電源僅規劃新增22GW，供需缺口超過70%。

微軟CEO納德拉在一檔播客節目中承認，公司正面臨一個前所未有的窘境，“手上有成堆的GPU，卻因為缺電、缺空間，只能閑置”。

科技逐鹿未來的當下，許多國家已將 “AI奉為國力”。 如今，制約AI發展的關鍵因素已非 “算力短缺”，而是 “電力短缺”。OpenAI創始人山姆·奧特曼指出，未來AI的用電需求不可能回落，只會持續增長。

美國總統特朗普曾指出，他將利用 “能源緊急狀態” 批準加快AI發電廠的建設。“這些電廠可以使用任何形式的燃料為其供電，政府不會對AI行業設定任何氣候目標?！?/p>

走過城鎮化和工業化，如今在AI時代，美國電力供給和基礎設施的建設被重新提上日程。

新能源電力

邁入史詩級發展周期

為解決區域性電價上漲和穩定電源緊缺兩大問題，目前主流方案主要有：核電、地熱、光伏、燃氣和燃油。考慮到科技型企業均有ESG要求，只有光伏、核電、地熱符合要求。

有分析認為，地熱地域限制大+建設周期長，短期看環保意義大于實際意義，長期看是數據中心供電的較好選擇。美國的地熱能資源主要集中在加州、內華達州和猶他州，地域性較強；同時，由于數據中心電力需求較大，大型地熱發電項目從資源識別到商業化運營大約需要7年以上，僅建設運營也需要數年，短期內可行性不強，因此目前美國科技巨頭中僅有Meta和谷歌選擇了地熱能為數據中心供電。

而核電由于 “新增機組少+建設周期長”，未來十年內美國新增大型核電機組可能性較低。美國目前在運核電站96.95GW/94座，提供全美18%的發電量。核電機組的建設高峰為1970s，自1979年三哩島核事故后新機組審批凍結超30年。由于核電同時具備高發電能力、輸出功率穩定和高度清潔的特點，短期內存在部分AI數據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組需要4-6年審批+6-8年建設周期，未來十年內美國新增大型核電機組可能性較低。同時，核電建設長期存在較多不確定性，自蘇聯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度一直較為保守。

根據Lazard的2025年6月能源度電成本分析報告，基于過去1年分析，在不考慮補貼情況下，光伏發電度電成本最低為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），相對于煤炭發電、核電、氣電，光儲發電方式具備經濟性優勢。

若是考慮ITC補貼，美國光儲度電成本最低為0.033美元/kWh（0.23元/kWh），相較無補貼最低0.05美元/kWh下降34%，基本為成本最低發電方式。

所以中長期來看，光伏加儲能是數據中心最理想的選擇光伏電站的建設周期相對較短，一旦完成審批，通常在幾個月到一年內就能完工。此外，光伏不受地理位置的限制，只要有陽光就能發電。

正是在這樣共識下，美國儲能發展進入快車道，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配儲時長，對應在建及待建規模233GWh。

另據東吳證券測算，2025年美國新能源儲能裝機需求約53GWh，數據中心相關（綠電直聯配儲+電能管理）合計9GWh，2026年預計裝機80GWh，同比增51%，數據中心相關貢獻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年數據中心零碳排放目標，所以對數據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。

根據聯邦能源管理委員會(FERC)大負荷并網提案，主要內容：

1）制定統一技術標準，對于超過20MW的大負荷（用于AIDC，半導體和電動車等高端制造工廠）直接接入高壓輸電網絡；

2）大負荷和發電機組直連，減少電網升級；

3）加速大負荷用電并網流程審批，最快60天；

4）與大負荷用電配套的發電機組應負責根據峰值需求提供輔助服務，并獲得對應補償；電網升級成本由互聯負荷承擔。FERC將于26年4月30日前進行細則制定。該法案落地，將加速負荷端自建發電機組，有利于風光儲發電落地。

根據東吳證券測算，若是按照50%的綠電供應（為簡單測算，綠電為光伏，實際情況多為光伏+風電+儲能耦合），光伏年發電1800h，50%功率配比，4h配儲時長，對應1GW算力對應儲能6GWh，若80%綠電供應，對應10GWh。2030年美國新增算力40GW，按照50%綠電配比，對應新增儲能需求約240GWh。若按照30%綠電配比，對應約150GWh需求。

特斯拉創始人馬斯克一直有個夢想，“希望特斯拉的儲能板塊可以發展到與汽車業務不分伯仲，甚至超越汽車業務。” 他曾預測，到2030年，特斯拉儲能業務的規模將達到汽車業務的規模。

根據馬斯克闡述的特斯拉 “秘密宏圖” 第三篇章，即下一階段的發展方向——全面轉向可持續能源，目標在2050年前實現能源100%可持續。特斯拉的愿景是 “加速世界向可持續能源轉變”，特斯拉提出：如果要徹底實現能源的可持續，全球將需要240TWh儲能、30TW可再生電力、10萬億美元的制造投資。

在1831年，法拉第發現電磁感應現象，為發電機和變壓器的研制奠定了理論基礎，引發了第二次工業革命，使人類從蒸汽時代跨入電氣時代，此后經歷的互聯網時代、移動互聯時代再到未來的AGI時代，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，很可能將進入新一輪史詩級爆發周期。

責任編輯 | 陳斌