人工智能大爆发!美国即将到来的电力危机,有多恐怖?

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光伏的机会,马上就要来了。美国欲对中国光伏不利?恐怕没有那么容易。

随着耗电的数据中心和清洁技术工厂在全国各地激增,美国大片地区正面临着电力短缺的风险!特别是该国脆弱的电网,已经不堪重负。

在佐治亚州,对工业电力的需求正在飙升至历史新高,预计未来十年的新增用电量,将是现在的17倍!弗吉尼亚州北部需要相当于几个大型核电站的设施,才能为所有计划和在建的新数据中心提供服务。德克萨斯州在炎热的夏季电力短缺已经成为常态,也面临着同样的困境。

在过去的一年里,美国电力公司对2028年所需额外电力的预测,几乎翻了一番!因为他们面临着数据中心数量意外激增、削减通胀法案推动的制造业突然复苏、以及数以百万计的电动汽车正在插入电源!

许多电力公司已经在努力维持电力供应,尤其是在极端天气期间,并表示电网的压力只会增加。

根据咨询公司Grid Strategies的分析,未来五年,美国全国夏季高峰需求预计将增长38,000兆瓦,这就像在电网中再增加一个加州。

“我们看到的数字非常疯狂,”非营利组织电力研究所综合电网和能源系统副总裁丹尼尔布鲁克斯说。

具有讽刺意味的是,不断膨胀电力的需求,甚至还包括了不断增长的电动汽车,也包括新建的众多太阳能电池工厂,以及为了实现清洁能源转型的很多项目。

自 2019 年以来,美国弗吉尼亚州至少新建了75个数据中心

01重回化石能源老路?

在加利福尼亚州,电动汽车很快将占峰值电力需求时的10%。

需求飙升背后的一个主要因素是人工智能的快速创新

人工智能正在推动大型计算基础设施仓库的建设。这些基础设施所需的电力,比传统数据中心多得多。人工智能也是云计算大规模扩展的一部分。亚马逊苹果谷歌Meta微软等科技公司正在全国范围内寻找新数据中心的地点,许多不太知名的公司也在寻找新的数据中心。

加密货币挖矿的激增,也推动了数据中心的增长。这一切都给负担过重的电网——在全国范围内输送电力的输电线路和发电站网络——带来了新的压力。瓶颈正在加剧,新能源(尤其是清洁能源)的发电商和大型消费者,都面临着越来越长的连接等待时间。

所以,最近美国电力行业反常的事情正在不断发生!

为了满足不断增长的需求,美国的乔治亚州、北卡罗来纳州、南卡罗来纳州、田纳西州和弗吉尼亚州等州的公用事业公司提议,在未来15年内建造数十座天然气发电厂。在堪萨斯州,一家公用事业公司推迟了一座燃煤电厂的退役,以帮助一家大型电动汽车电池厂提供电力。

燃烧更多的天然气和煤炭,完全违背了拜登政府的承诺——即到2035年将美国导致全球变暖的温室气体减少一半,并通过风能、太阳能和核能等无污染来源发电。

“我不记得上次对这个国家的能源轨迹如此震惊,是什么时候了,”前太阳能开发商、电力系统专家、现在杜克大学攻读博士学位的泰勒·H·诺里斯(Tyler H. Norris)说。他说,如果有一批新的燃煤发电厂获得州监管机构的批准,“拜登政府的2035年脱碳目标估计就要完蛋了。”

一些公用事业公司表示,他们需要额外的化石燃料产能,因为风能或太阳能等清洁替代能源的增长速度不够快,并且,可能因许可证延迟和供应链混乱而陷入困境。

美国的新能源,已经完全跟不上电力的需求。

举个例子,虽然美国的很多数据中心只需一年即可建成,但将可再生能源项目连接到电网,可能需要五年或更长时间,并且需要十年才能建造所需的一些长距离的输电网络。美国电网有多拉胯,我们以前曾多次介绍。

公用事业公司还指出,数据中心和工厂需要每天24小时供电,而风能和太阳能无法单独做到这一点。

然而,许多受监管的公用事业公司更加感兴趣的是,建造新天然气工厂,也有相应的激励政策。因为它们可以从纳税人那里收回建造工厂、电网和其他设备的成本,并获得额外的利润回报。批评人士称,公用事业公司常常故意忽视甚至阻碍提高现有电力系统的效率,对于将更多可再生能源纳入电网这件事也并不真正积极。

根据负责监测美国国家电网健康状况的北美电力可靠性公司最近的一份报告,如果不能相对较快地提供更多电力,该国大部分地区可能面临停电风险。

电网战略公司副总裁约翰·威尔逊表示,“现在每个人都因电力需求的增长而措手不及”。

02 激增的需求,有多庞大?

在美国弗吉尼亚州,高耗电的数据中心正在以极快的速度获得批准。

在20世纪的大部分时间里,美国的用电量一直稳步增长,公用事业公司因此建造了大量的煤炭、天然气和核电站。但从2005年开始,电力需求趋于平缓。虽然经济和人口仍在不断增长,但工厂、灯泡甚至冰箱,都在变得更加节能。

然而现在,出于多种原因,美国的电力需求再次直线上升!

远程工作、视频流和在线购物的增长,都导致美国数据中心的疯狂扩张。人工智能的兴起,将加速这一趋势:据波士顿咨询集团称,到 2030 年,美国数据中心的电力需求可能会增加两倍,使用量相当于4000 万个家庭的用电量。

在美国最大的数据中心中心之一的北弗吉尼亚州,自 2019 年以来至少开设了 75 个设施。当地公用事业公司 Dominion Energy 表示,数据中心容量,未来五年还要翻一番。

在美国佐治亚州,大型新制造中心正在寻求接入电网。

此同时,在美国新的联邦税收减免政策(IRA)对于微芯片和清洁技术生产的推动下,美国制造业投资正创下近50 年来的历史新高。自2021年以来,各公司已宣布计划斥资至少5250亿美元建设半导体、电池、太阳能电池板等工厂

在美国佐治亚州,数十家电动汽车公司和供应商正在那里开设工厂。该州最大的公用事业公司预计,未来十年的电力需求增长,将是两年前的17倍!

在最近美国政府各种激励措施的刺激下,数百万美国人也在为自己的家庭购买插电式汽车和电动热泵。在加利福尼亚州,销售的新车中有五分之一是电动汽车。官员们估计,到2035年,电动汽车的耗电,将占高峰时段用电量的10%!

最重要的是,全球变暖导致创纪录的高温,刺激人们开空调,这直接导致美国亚利桑那州和德克萨斯州的夏季电力需求增长速度,超过预期和电网承载能力。

所以,几乎所有美国人都在担心他们老旧的电网,无法跟上需求。

PJM Interconnection负责监管从伊利诺伊州到新泽西州的全国最大区域电网,目前预计到2030 年,需求将增加10,000兆瓦,而去年的预测并未达到这一水平。这类似于在现有电网中增加另外一个纽约市!

“即使对于像我们这样大的系统,也要面对种种突发情况。”PJM 系统规划负责人肯·塞勒说道。

寻找足够的电力是一项艰巨的挑战,因为 PJM 将可再生能源项目并入电网的过程一直受到延误的影响。随着美国各州寻求摆脱化石燃料,PJM的公用事业公司一直准备在本十年内淘汰约40,000 兆瓦的发电厂,其中大部分是燃煤、天然气和石油发电厂。PJM已批准另外 40,000 兆瓦的发电量,其中大部分是风能、太阳能和电池作为部分替代品。但其中许多项目因当地反对、以及难以获得变压器等重要设备,而不得不陷入停滞。

“我们对此非常担忧,”塞勒先生说,“人们根本没怎么建设电网。”

2023年,美国全国范围内仅完成了251英里的高压输电线路的建设,而且这一数字近十年来一直在下降。

没有对比就没有伤害。在此,我们看一下中国的特高压新建情况。

到目前为止,德克萨斯州是满足爆炸性需求的州之一。该州的用电量在过去十年中增长了 29%,部分原因是比特币挖矿、液化天然气码头和油田电气化等。德克萨斯州简化的许可程序使得风能、太阳能和电池项目的建设和连接速度几乎比其他任何地方都快。该州去年超越加利福尼亚州,在大规模太阳能发电方面领先于美国全国。

R Street 研究所能源与环境政策主任德文·哈特曼 (Devin Hartman) 表示:“德克萨斯州仍然存在问题,但该州如何让清洁能源建设变得更容易,有很多值得学习的地方。”

03 减排的挑战

弗吉尼亚州阿什本 CloudHQ 数据中心附近的变电站。

飙升的需求引发了有关天然气未来的重大争论。

在北卡罗来纳州,监管机构已命令该州最大的公用事业公司——杜克能源公司到 2030 年将导致地球变暖的二氧化碳排放量削减 70%。

但今年1 月,杜克能源警告称,根据一项新计划,到 2033 年还要建造多达5 座大型燃气发电厂和5 座小型发电厂。

尽管杜克能源正计划大规模扩张太阳能和海上风电,但该公司表示,由于工业客户的需求增长速度快于预期,因此需要更多的天然气发电厂。

“我们看到的增长在规模和速度上都是历史性的,”杜克能源公司北卡罗来纳州业务总裁肯德尔鲍曼说,“但在实现前所未有的增长的同时,减少碳排放也将是一个挑战,特别是在短期内。”

类似的调整计划,也在美国其他地方发生。在弗吉尼亚州,Dominion Energy提议,通过一项可能增加其总体排放量的计划,通过可再生能源和天然气发电的组合,来满足数据中心不断增长的需求。

佐治亚电力公司已请求批准建造三座新的燃气和燃油涡轮机,并正在评估是否推迟两座旧燃煤电厂的退役计划。

南方环境法中心的高级律师格雷格·布珀特(Greg Buppert)表示,“这与我们应对气候变化所需采取的行动完全不一致”。该中心已确定东南部地区的公用事业公司正在提议建设价值至少 33,000 兆瓦的天然气项目。

佐治亚州道尔顿的太阳能电池板工厂。

公用事业公司高管在接受采访时表示,风能和太阳能发电需要天然气来调峰,因为风能和太阳能发电并不是一直运行的。天然气发电厂有时比可再生能源发电厂更容易建造,因为它们可能不需要新的长距离输电线路。

佐治亚电力公司规划和定价副总裁米切尔先生指出,佐治亚电力公司计划在未来十年内大规模扩建太阳能和电池,并将鼓励企业在电网紧张时期减少用电。

批评者表示,受监管的公用事业公司经常默认要建造天然气发电厂,因为这是一项熟悉的技术,其实主要还是为了赚钱。

“大型公用事业公司通常最喜欢一种做事方式:建造那些大型传统发电厂,”代表低碳技术公司的贸易集团——先进能源联合公司总裁希瑟·奥尼尔说。

04 拜登如何优先解决电网问题?

大型科技公司正在探索人工智能如何帮助电网更高效地运行。

谷歌表示,他们正在开发平台,在电力需求高峰期间“可以将计算任务及其相关的能源消耗转移到电网上提供无碳能源的时间和地点”。但随着数据中心能源需求的增长,实现零排放承诺和人工智能创新雄心,变得越来越复杂。

“这些问题不会消失,”美国公司 Layer 9 Data Centers 的首席执行官迈克尔·奥尔蒂斯 (Michael Ortiz) 表示,该公司希望通过在墨西哥建设数据中心来避免这里的拥堵。“数据中心必须变得更加高效,我们需要使用更清洁的高效能源,例如核能。”

全球最大的数据中心公司之一Equinix的官员表示,他们一直在尝试使用燃料电池作为备用电源,但他们仍然希望能够继续将电网作为新项目的主要电力来源。

这种僵局已经迫使负责监督美国一些最大机场清洁能源转型的官员将目光投向电网之外。

仅为电动租赁车和地面维护卡车充电,就需要巨大的能源。一项分析显示,到 2030 年,丹佛和明尼阿波利斯机场的电力需求将翻一番。根据汽车租赁巨头 Enterprise、Xcel Energy 和咨询公司 Jacobs 委托进行的这项研究,到 2040 年,他们所需的电力将是目前使用量的三倍以上。

微软和亚马逊的数据中心就位于住宅区之外,坐落在弗吉尼亚州北部曾经的农田上。

设计和运营清洁能源项目的AlphaStruxure交通副总裁 Christine Weydig 表示:“公用事业公司将无法迅速采取行动来提供所有这些容量。” “基础设施不存在。需要不同的解决方案。”她说,机场正在考虑大幅扩大可在现场建造的清洁能源“微电网”的使用。

拜登政府已将缓解电网瓶颈作为优先事项,但这是一个政治上充满争议的过程,而且联邦政府权力有限。建设所需的输电线路和转运站涉及大量土地征用、详尽的环境审查以及确定谁应该支付费用的谈判。

该过程贯穿美国各州监管机构,各州之间则相互扯皮,争论不休。自 2013 年增加 4,000 英里以来,美国新安装的输电线路数量急剧下降。现在,美国每年即使要增加 1,000 英里的输电里程,都要非常努力。

美国各州对于解决电网问题意见并不统一。虽然数据中心的激增给各州批准新传输线带来了更大的压力,但也使任务变得复杂。例如,马里兰州的官员正在抗议一项耗资 52 亿美元的基础设施计划——该计划将向弗吉尼亚州劳登县的大型数据中心传输电力。马里兰州人民法律顾问办公室是一个为纳税人辩护的政府机构,称电网运营商 PJM 的计划“从根本上说不公平”,认为这可能会让马里兰州公用事业客户为数据中心的电力传输付费。在弗吉尼亚州,则积极争取数据中心,并利用这些数据中心获得意外的税收收入。

随着供应变得越来越稀缺,关于谁从电网获得电力、以及如何获得电力的紧张关系,只会加剧。

在德克萨斯州,用于加密货币挖矿的数据中心的急剧增加,引发了一场争论,即它们是否会对负担过重的电网造成昂贵的消耗。咨询公司 Wood Mackenzie 的一项分析发现,旨在连接到电网的加密货币操作所需的能源,将相当于该州高峰需求时用电量的四分之一。

谷歌Meta 等大型科技公司运营的数据中心不同,加密货币矿工通常并不会建设可再生能源项目来解决自身需求。

Wood Mackenzie 分析的作者 Ben Hertz-Shargel 表示,其结果是,加密货币对电网的消耗可能会抑制德克萨斯州为其他高耗能业务提供电力的能力,而这些业务可能会推动创新和经济增长,例如生产工厂零排放绿色氢燃料或工业充电站,可实现卡车和公共汽车车队的电气化。现在,美国有一些州竟然已经通过了法律来保护加密货币挖矿获得大量电力。

总之,美国的电力需求想要解决,一言难尽。挑战很大,反制很多,但需求就在那时在。这恐怕是中国光伏、储能以及特高压企业的机会。

END

全部讨论

04-07 17:48

“光伏的机会,马上就要来了。美国欲对中国光伏不利?恐怕没有那么容易。
随着耗电的数据中心和清洁技术工厂在全国各地激增,美国大片地区正面临着电力短缺的风险!特别是该国脆弱的电网,已经不堪重负。
$琏升科技(SZ300051)$ $东方日升(SZ300118)$ $泉为科技(SZ300716)$

04-07 22:26

哈哈哈,利好光伏。怪不得都在说礼拜一光伏要涨。你抄底了吗

04-07 23:10

我没记错的话,这个感叹号之前还在唱衰光伏……

电力设备

04-07 13:02

现在光伏的预期没有风电强啦。