为美国数据中心的未来提供动力

内容：版权所有 © 2025 奥纬。保留所有权利。 维维克·奇达姆巴拉姆作者版权所有 © 2025 奥纬。保留所有权利。全球资源主管，埃森哲战略资深执行董事 斯科特·廷克勒高级副总裁全球公用事业部门负责人 美国公用事业主管，埃森哲战略 驱动美国数据中心未来 3主任总监资源负责人，埃森哲研究 迈克尔·希金斯首席总监，公用事业，埃森哲战略 版权所有 © 2025 奥纬。保留所有权利。数据中心电力需求预期激增可能导致基础设施瓶颈，阻碍增长和技术进步。为此，电力供应商必须重新思考其商业模式，拥抱新兴技术并应对复杂法规，以保障可靠、可扩展的能源供应，为未来的技术发展提供动力。在过去的十年中，数据中心市场经历了前所未有的增长，并有望进一步扩张。这种高强度的、空间集中的增长正在重塑能源格局，加剧了公用事业和非公用事业电力供应商在提供数据中心7x24小时运行所需的稳定、可靠电力方面的压力。除了现有服务之外，这种全天候的能源供应对于推动生成式AI的进步和新技术能力的提升至关重要。 我们的预测表明，受大型科技企业（即超大规模企业）青睐的可再生能源无法单独满足不断增长的能源需求。这使得超大规模企业必须调整其策略，并探索替代能源方案以补充可再生能源。未来，天然气发电和小型模块化反应堆提供的核能等能源将在能源结构中发挥关键作用。除了支持计算所需的大量电力需求之外，数据中心广泛的冷却需求进一步加剧了能源消耗，给本已受限的电力基础设施增加了另一层复杂性。这些障碍加上不断增长的能源需求，正推动客户探索传统数据中心电源的替代方案。这些方案包括现场和计量点后方法，它们各自都有独特的技术和监管挑战需要考虑。 电力供应商必须重新构想传统方法，并致力于一套新的推荐行动以实现短期、中期和长期的成功。这需要脱离常规业务的勇敢转变，并转向现代化电网、拥抱新兴技术以及与超大规模企业和监管机构建立更紧密的合作关系。在本报告中，我们讨论了美国数据中心市场快速增长带来的挑战，以及电力供应商可以采取的措施来解决迫在眉睫的瓶颈，为未来的技术发展提供动力。这将不仅满足不断增长的需求，也将推动他们自身的增长。然而，确保新旧电源与数据中心电网之间的无缝连接非常重要。同时，虽然发电传统上集中在美国的东海岸和西海岸的需求中心附近，但数据中心现在正聚集在提供价格实惠、可靠电力和其他战略优势的地区。 关于研究为了更好地理解对公用事业部门的影响，我们进行了一项区域化建模工作，该工作估算未来十年美国数据中心电力消耗。该模型预测了低增长、基准增长和高增长三种情景下的电力需求，并考虑了安装的GPU、服务器利用率和冷却需求等因素。它还包括运输和配送损耗、容量因子和区域发电组合。基于供需不平衡和能源来源的单位成本，评估了供应投资需求，使用了EIA、Gartner、IDC和金融机构的数据。 赋能美国数据中心未来 6 前所未有的增长和不可预见性的挑战 目前，美国有超过2.6太瓦（TW）的装机容量正在等待并网，由于平均项目周期延长至五年，电力公司为不断增长的数据中心行业提供电网接入正面临日益增长的延误。5然而，经济增长的提振伴随着巨大的能源成本。例如，星门人工智能计划旨在投资5000亿美元在美国建设大规模数据中心，以支持人工智能技术，这需要快速扩展能源基础设施。虽然可再生能源将在满足部分需求方面发挥关键作用，但核能和天然气预计将填补大部分缺口。最近的行政行动进一步强调了天然气在国家能源战略中的作用。与人工智能数据中心联合建设发电厂可能会变得更加普遍，这些地点使用化石燃料发电，从而减轻现有基础负荷资源的压力。42023年仅，美国数据中心消耗了176万亿瓦时（TWh）的电力，并且到2030年，这可能增加至413至509万亿瓦时（TWh）。6消费的增长主要由能够容纳先进人工智能的数据中心驱动，这些数据中心可能占整体需求激增的70%，而到2030年，生成式人工智能将贡献约40%。7 版权所有 © 2025 奥纬。保留所有权利。数据中心通过促进跨各行业合作与项目，使经济受益。此外，数据中心促进本地企业发展，推动房地产发展，增加税收收入并改善基础设施建设。主要科技公司——如最近承诺向弗吉尼亚州和印第安纳州的新设施投资30亿美元——的投资凸显了该市场的价值。3而且市场的增长强有力地得益于政府的激励措施，例如税收优惠和人才培养。为了将这次功率增长置于历史背景中，美国的每人每年能源使用量从 1900 年初的150 吉焦增长到 1970 年代末的近 380 吉焦。1,2这一增长是由快速工业化、广泛电气化和经济扩张驱动的。数据中心能耗预计将产生类似的影响，尽管时间线被压缩，这标志着该国能源格局的重大转变。在这种情况下，数据中心能源需求的上升可能与20世纪中叶的工业繁荣相呼应，标志着美国未来几十年电力消费方式的转变。人工智能和云的快速采用、消费者数据服务的增加以及计算技术的演进是推动需求激增的一些关键驱动力。所有这一切加上联邦和州的激励措施，正在驱动科技公司在这一领域进行大规模投资和创造就业机会。根据我们的研究，到2028年，数据中心能耗可能激增至占美国总电力的7%以上，并增加到2033年的16-23%。与2024年的5%能耗相比，这些预测代表显著增长。 人工智能对能源的需求不断增加为了支持人工智能数据中心的蓬勃发展及可持续运营，先进的冷却系统正迅速成为必需品。传统的空气冷却技术仍然普遍存在，但诸如液体浸没等新兴解决方案正日益普及——液体冷却可将电源使用效率（PUE）降低23%。8这些系统也有助于减少冷却数据中心所需的水需求，从而减轻对供水系统的压力。然而，虽然液体冷却技术的进步显著降低了数据中心的水需求，使其在选择场址时不再是主要问题，但水资源可用性仍然是一个相关的考虑因素，尤其是在炎热气候下。确保可靠和可持续的供水对于这些地区数据中心的运营和环境可持续性仍然至关重要。 赋能美国数据中心未来 9 版权所有 © 2025 奥纬。保留所有权利。这些地点通常能获得可靠、低成本的能源，并且位于有利于降温的有利气候中。它们通常还提供强大的连接性、健全的监管框架，并且靠近主要市场和科技中心，与较不发达地区相比，更容易发展数据中心。数据中心已出现在能提供综合优势的地点。从经济激励到土地可用性、可靠的公用事业互联和强大的光纤连接，数据中心运营商在选址时倾向于尽可能多地寻求有利条件。在弗吉尼亚州和堪萨斯城等具备必要的基础设施准备和资源的地方，已经形成了集群，将焦点从传统的沿海枢纽转移。 赋能美国数据中心未来 10超大规模企业要求干净、可靠且经济的电源供应领先的科技公司正推动数据中心可再生能源的采用。像 Meta、Google 和微软这样的公司正在投资可再生能源解决方案。Meta 计划拨款 100 亿美元在路易斯安那州建设一个人工智能设施。Google 与 IntersectPower 合作共建清洁能源公园，而微软签署了一份 10.5 吉瓦的可再生电力购买协议。这些举措正在改变数据中心的能源结构，使可持续性成为运营的组成部分。9然而，也应该注意的是，许多超大规模企业正在投资核能解决方案，以实现其能源需求，因为仅靠可再生能源无法满足需求。它们希望将核能供应与数据中心共同建设，并完全绕过电网。超大规模企业还倾向于选择靠近可靠且经济实惠的电源的地点，专注于拥有可用能源和可扩展电网基础设施的地区。 在淘金热之前：平衡瓶颈和商业 日益增长的能源需求正给输配电（T&D）基础设施带来巨大压力。区域内部增加128%到2035年，传输能力将增加10412%区域间增加数据中心选址的地理分布变化进一步加剧了电网的压力，电力供应商在将经济实惠、可靠且清洁的能源输送到最需要的地方面临着日益增长的挑战。由于现有多年电网互联延误——即连接相邻电网以提高可靠性、效率和稳定供电的系统——数据中心能源需求的激增正在影响电力供应商快速满足需求的能力。 记住气候风险在为数据中心选择场地和位置时，必须考虑气候风险——例如加利福尼亚野火——这些风险可能影响运营和可靠性。这些风险包括龙卷风和洪水等极端天气事件的可能性，这些事件可能导致物理损坏、中断电力供应并减少关键资源的可用性。为确保数据中心运营的弹性，特别是在易受这些气候事件影响的地区，电力供应商和规划者应进行彻底的气候风险评估，并实施先进的措施，例如提高建筑物设计、冗余电源和冷却系统以及应急响应计划。与政府机构合作对于制定全面战略也至关重要。少数关键地区的数据中心集中带来了对电力供应商的重大挑战。截至2023年，全国80%的数据中心电力消耗集中在15个州，弗吉尼亚州、德克萨斯州和加利福尼亚州位居前列。仅弗吉尼亚州，数据中心就占到了总电力消耗近四分之一。11区域输电组织PJM（包括弗吉尼亚州）占2023年美国数据中心总电力消耗的31%，我们的模型估计，到2030年，数据中心可能消耗PJM整体电力需求的20%。12这种地理不平衡导致部分地区供过于求，而另一些地区则未被充分利用。电力供应商必须采取定制化策略，包括局部电网升级，以满足区域需求激增，同时确保全国范围内的能源公平分配。 1025.41623.9538115.87113.510812.26010.9全球数据中心能源需求正在增长数据中心潜在的位置优势（精选示例）# 数据数量中心每百万人冰岛卢森堡美国爱尔兰瑞士挪威来源：埃森哲研究分析，数据来自datacentermap.com和IMF。展示仅选定的潜在区位优势，同时承认几个进一步的重复优势，例如绿色能源。随着该国能源基础设施达到极限，它在保持增长的同时，如何确保其他行业获得公平的电力供应面临着挑战。同样的问题也适用于美国和欧洲各国，这些地方的数据中心枢纽长期以来一直集中，在凉爽的气候、可靠的电网和成熟的可再生能源生态系统中蓬勃发展。与美国一样，某些国家和地区的优势与其他地区不同，选择地点时必须考虑到这一点。不只是美国正经历由数据中心驱动的史无前例的能源需求。全球数据中心产业也正以惊人的速度扩张，预计到2027年，工作负载能力将每年增长40%以上，凸显其对于现代生活的核心重要性。13然而，这种增长自然意味着能源消耗的显著增加，而能源消耗本已因排放问题受到审视。它考验着能源系统的极限，影响着全球联盟的重塑，因为它威胁要超过传统枢纽中电网和可再生能源系统的容量。例如，爱尔兰现在将其20%的全国电力消耗用于数据中心，突显了它们作为经济和技术关键节点的日益增长的作用。 赋能美国数据中心未来 13潜在的位置优势绿色电力组合，低温，高速连接营商环境改善，电力进口强劲靠近科技中心和消费者美国/欧洲距离，绿色电力进口营商环境、绿色能源和温度低成本水力发电，低温 赋能美国数据中心未来 14从经济角度来看，数据中心选址是一个敏感的商业案例——考虑年化资本成本（例如一次性建设成本、GPU/设备更换成本）和年运营成本（劳动力、维护和能源）。主要成本组成部分包括重复的GPU更换、维护和能源——最高地区差异体现在新设备的当地销售税（免税）决策和能源成本上。虽然电力仅占运营成本不到25%，但我们的分析表明，选定州电力成本的意外快速下降可能会改变当今最具吸引力的数据中心选址的当前经济排名。然而，其他多个非经济因素将影响选址决策，包括电网互联、劳动力可用性和与政府、供应商和其他合作伙伴的当地生态系统关系。14, 15 41%23%4%4%28%图 3：来源：埃森哲研究建模东南SPPMISO西其他人按区域划分的理论数据中心供电百分比，基于LCOE选址（2024-2030年新增容量）关于未来数据中心将位于何处，存在几个额外的不确定性因素。如果新建数据中心容量纯粹基于平准化电力成本（LCOE）来建设，那么工业电力成本最低的地区，特别是在美国东南部，将出现对新电源的不成比例的巨大需求。[图3] 更智能的电网可以提升容量和可靠性平衡净零承诺与不断增长的需求虽然风能和太阳能等可再生能源对于长期可持续性目标至关重要，但它们是间歇性的，并且需要先进能源存储来充分支持数据中心等高需求运营。天然气和核能，以及地热能和生物能源等其他选择，