电力设备：数据中心对电力需求的拉动有多大？

IEA预计全球数据中心用电量有望大幅提升 2024年以来，马斯克、黄仁勋、奥特曼等科技巨头均表达过AI算力的发展或将显著提高用电量的观点。据IEA，2022年全球数据中心、加密货币、AI等相关需求共消耗电力460TWh，占全球用电总量的2%；根据IEA的中性预期，预计2026年相关电力需求有望上升至800TWh，4年CAGR为14.8%； 较高预期中2026年相关电力需求有望上升至1050TWh，4年CAGR为22.9%。 虽然相关用电需求增长较迅速，但对于全球用电总量的影响较有限。 我们预计国内数据中心用电增长或进一步加速 2023Q3我国数据中心在用标准机架数量超过760万架，预计2025年有望增长至1400万架，2022-2025年CAGR有望达29.1%。我们预计虽然数据中心PUE仍有下降空间，单位算力所需的功耗亦有望随着技术迭代降低，但数据中心机架规模的旺盛需求、机架密度和GPU功耗的进一步提升，我国泛数据中心领域的用电量或将进一步加速增长，更贴近IEA预测中的较高预期；我们预计2026年此需求有望达到540TWh，2023-2026年CAGR为19%。 大型数据中心对局部电网影响较大 2020年以前我国算力资源集中在东南沿海发达地区；2020年以后逐步向西部地区迁移。根据我们上述测算，2024-2026年我国数据中心用电增量有望分别达到57/72/91TWh，而2022年贵州、甘肃、宁夏、青海等地全社会用电量分别为174/150/125/92TWh，数据中心用电量的增长对于西部地区的用电冲击或较明显。弗吉尼亚和佐治亚是美国数据中心建设较多的地区，其未来用电需求的预期已受数据中心快速建设的影响而明显升高。 数据中心用电有望对新能源装机起到较大拉动 亚马逊、谷歌、微软等头部科技企业已实现了较高的的可再生能源发电占比。2020年，我国数据中心可再生能源利用率为30%左右，随着国家对数据中心能耗管控趋严，打造100%可再生能源的零碳或低碳数据中心成为主流服务商的重要发展方向。若按照IEA对全球数据中心用电量2022-2026年增长约590TWh的较高预期预测，则年化增长148TWh，约占2022年全球可再生能源发电增量的27%，有望对未来新能源装机起到较大拉动。 投资建议：用电提升有望拉动运营商及电力设备企业业绩 1）随着数据中心拉动用电需求增长，以及国家对算力相关产业绿电比例要求提升，绿电运营环境价值有望凸显，推荐中国核电，三峡能源。2）数据中心本身对电能质量的要求较高，以及用电增长对相关配电网改造、新能源发电的拉动有望进一步提升电力设备需求。推荐数据中心变压器产品已广泛应用于百余个项目的金盘科技；数据中心及新能源业务协同快速发展，积极推进智算中心和AIGC相关业务拓展的科华数据。 风险提示：1）数据统计口径差异影响测算结果；2）行业竞争加剧；3）原材料价格大幅波动。 1.IEA预计全球数据中心用电量有望大幅提升 1.1预计中美欧数据中心用电量明显提升 IEA预计全球泛数据中心用电量有望大幅提升。据IEA在2024年1月发布的报告，2022年全球数据中心、加密货币、AI等相关需求共消耗电力460TWh，占全球用电总量的2%；根据IEA的中性预期，预计2026年相关电力需求有望上升至800TWh，4年CAGR为14.8%；较高预期中相关电力需求有望上升至1050TWh，4年CAGR为22.9%。 图表1：IEA对全球数据中心、加密货币、AI等需求用电量的预测 中美欧构成数据中心用电主要增长来源。在IEA的中性预期中，2026年欧洲及美国的泛数据中心用电量约占总用电需求的5%-6%，而中国2026年泛数据中心用电量约占整体用电需求的3%。比特币挖矿产生的用电消耗同样增长迅速，据CCAF统计，2023年全球比特币挖矿用电量已达121TWh，而2024年1-2月用电量的同比增速达到63%。 图表2：IEA对各地区数据中心用电量的中性预期 图表3：全球比特币挖矿电力消耗情况 1.2部分口径下对未来增速的预期偏保守 当前不同统计口径下的数据中心用电量差异较大，且我们认为对于未来增速的预测普遍保守。据国网能源研究院的统计，2022年国内数据中心用电量为270TWh，预计2030年提升至400TWh；而据中国通服数字基建产业研究院统计，2021年国内数据中心用电量为93.7TWh，至2025年有望增长至120TWh。我们认为数据的差异可能来自于，国网的统计结果基于实际的用电情况，而CDCC的统计结果或主要基于从数据中心机架规模自下而上的测算，而机架数的统计可能主要包括中大型数据中心，并且数据中心实际建设规模和批复规模之间或存在差异。 图表4：国网能源研究院统计口径下国内数据中心用电量情况 图表5：中国通服数字基建产业研究院统计口径下国内数据中心用电量情况 2.我们预计数据中心用电增长或进一步加速 2.1算力需求驱动数据中心规模大幅提升 全球算力需求增速有望大幅高于上述机构对数据中心用电量的增速预期。算力作为数字经济时代新的生产力，对推动科技进步、赋能行业数字化转型、促进经济社会发展发挥着日益重要的作用。据华为预测，2030年全球通用计算（FP32）总量有望达3.3ZFLOPS，同比2020年增长10倍；AI计算（FP16）总量有望达105ZFLOPS，同比2020年增长500倍，有望大幅提升对于数据中心的需求。 图表6：近年全球算力规模 图表7：华为预测2030年全球算力规模大幅增长 数据中心机架规模预计保持较高增长。据工信部，2023Q3我国数据中心在用标准机架数量超过760万架，智能算力规模同比增长45%；随着“东数西算”工程的进一步深入，预计2025年我国数据中心机架规模有望增长至1400万架。数据中心机架2017-2022年CAGR为31.4%，2022-2025年CAGR有望达29.1%。 图表8：国内数据中心机架规模预测 图表9：国家算力网络枢纽节点机架建设规划（万架） 2.2单个机架功耗提升仍是主要趋势 数据中心能耗要求趋严，但PUE持续下降空间有限。工信部《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》提出到2023年底，新建大型及以上数据中心PUE（Power Usage Effectiveness）降低到1.3以下，严寒和寒冷地区力争降低到1.25以下。政策要求与数据中心实际运行PUE仍有差距，需要采用更加高效节能的技术及设备，降低数据中心能耗。但近年数据中心PUE持续下降空间已明显缩窄，对于整体用电量的节约幅度或明显弱于2007-2014年期间的水平。 图表10：2022年我国大型数据中心PUE情况 图表11：数据中心PUE持续下降空间有限 更高的功率密度和更高的GPU能耗仍是主要发展方向。据JLL Research，数据中心单个机架的功率密度或将进一步提升。英伟达近年来新品GPU的最大热设计功耗亦不断提升。 图表12：数据中心单个机架功率密度有望提升 图表13：英伟达GPU最大热设计功耗（TDP）不断提升 2.3预计2026年我国数据中心用电量有望达540TWh 我们预计未来3年我国泛数据中心领域用电量CAGR有望达19%。综合上述分析，我们预计虽然数据中心PUE仍有下降空间，单位算力所需的功耗亦有望随着技术迭代持续降低，但对于数据中心机架规模的旺盛需求、机架密度和GPU功耗的进一步提升，我国泛数据中心领域的用电量有望进一步加速增长；我们预计2026年有望达到540TWh，2023-2026年CAGR为19%。 图表14：国内泛数据中心领域用电量预测 3.局部电网改造和新能源需求受到较大拉动 3.1大型数据中心对局部电网影响较大 数据中心用电攀升或将主要体现在对于局部电网的影响。2020年以前我国算力资源集中在北上广深、江浙等发达地区；2020年以后逐步向新疆、青海、内蒙、贵州等地迁移。根据我们上述测算，2024-2026年我国数据中心用电增量有望分别达到57/72/91TWh， 而2022年贵州、 甘肃 、宁夏、青海等地全社会用电量分别为174/150/125/92TWh，数据中心用电量的增长对于西部地区的用电冲击或较明显。 图表15：2020年中国部分省份算力规模（EFlops） 图表16：2022年中国部分省份全社会用电量 美国弗吉尼亚和佐治亚用电需求受数据中心驱动明显提升。弗吉尼亚和佐治亚是美国数据中心建设较多的地区，当地对于未来用电需求的预期受到近期数据中心的快速建设影响而明显拉高。佐治亚电力公司表示受数据中心用电激增影响，其电力预测与实际需求产生较大差距；佐治亚州政府考虑暂停对数据中心建设给予的税收优惠政策。 图表17：弗吉尼亚用电需求受数据中心驱动大幅增长 图表18：佐治亚州电网受数据中心建设冲击 3.2数据中心用电或主要由新能源提供 亚马逊、谷歌、微软等头部科技企业通过购买绿证或实际生产等方式实现了较高的可再生能源发电占比。亚马逊计划2025年实现100%可再生能源，谷歌和微软计划2030年真正实现24/7的零碳电力供应（即不依赖绿证）。2020年，我国数据中心可再生能源利用率为30%左右，随着国家对数据中心能耗管控趋严，以及PUE优化、源网荷储一体化技术发展，打造100%可再生能源的“零碳数据中心”或“低碳数据中心”成为主流服务商的重要发展方向。 图表20：数据中心用电增量对可再生能源需求有望带来较高提升（TWh） 图表19：头部科技企业运营用电可再生能源占比高 2022年全球可再生能源发电量增加540TWh，若按照IEA对数据中心用电量2022-2026年增长约590TWh的乐观预期预测，则年化增长148TWh，约占2022年可再生能源发电增量的27%。 4.投资建议：用电提升有望拉动运营商及电力设备企业业绩 变压器及开关柜等电力设备在数据中心大量应用。数据中心对电力可靠性要求较高，供电系统从变电站、高低压配电系统普遍采用2N架构，同时根据机房等级配置2N或N+1的不间断电源、柴油发电系统等进行安全保障，以确保各类突发情况下的数据中心安全可靠运行。 图表21：变压器及开关柜等设备在数据中心大量应用 图表22：数据中心普遍采用冗余架构配置多套设备 建议关注两条主线： 1）随着数据中心拉动用电需求增长，以及国家对算力相关产业绿电比例要求提升，绿电运营环境价值有望凸显，推荐中国核电，三峡能源。 2）数据中心本身对电能质量的要求较高，以及用电增长对相关配电网改造、新能源发电的拉动有望进一步提升电力设备需求。推荐海外市场开拓成效显著，数据中心变压器产品已广泛应用于百余个项目的金盘科技；数据中心及新能源业务协同快速发展，积极推进智算中心和AIGC相关业务拓展的科华数据。 5.风险提示 1）数据统计口径差异影响测算结果：不同统计口径下对于数据中心耗电量、数据中心机架规模等数据的差异较大，可能影响我们的测算结果。 2）行业竞争加剧：行业需求增速的上升可能导致更多厂商的进入和扩产，影响行业的供需格局。 3）原材料价格大幅波动：电力设备企业成本受上游钢材、铜材等影响较大，需求快速释放可能带来原材料价格的大幅波动，影响厂商盈利能力。