AIDC下全球电力设备大周期
创始人
2025-11-23 18:00:13
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(来源:老司机驾新车)

1、全球及美国AIDC电力需求增长

·全球电力消费增长概况:全球电力消费过去以新兴国家拉动为主,年均增速约3%。2024年起,AI数据中心用电需求逐步提升,成为下游主要电力需求方,同时电力需求呈现结构性矛盾,体现在时间、地域和技术的三重错配,如美国出现过AIDC用不上电的情况。预测到2030年前,全球电力消费较2024年增长23%,数据中心用电翻倍。美国数据中心电力消费年均增速22%。全球数据中心增量占全部电力消费增量的8%,其中欧洲占数据中心增量电力消费的18%,美国占比超40%。

2、美国AIDC缺电的结构性矛盾

·区域集中与用电紧平衡:美国AI数据中心(AIDC)缺电并非全国性总量不足,而是结构性错配。数据中心建设集中,AI与历史云计算数据中心均集中于弗吉尼亚州等区域。美国全社会用电量过去10年年均增速仅约0.1%,整体增长平缓,相关区域因数据中心占地及用电量高,长期处于紧平衡,过去曾因极端天气缺电。当前AI需求提升了这些区域用电需求,加剧局部缺电,但AI用电量仅占美国总用电量约0.5%,未对全国用电总量构成显著影响。

·电网限制与周期错配:用电需求与发电增量对比,2024年数据中心新增用电量需求已与美国风光新增发电量接近;按(更多实时纪要加微信:aileesir)2025年资本开支预测,数据中心用电量需求大概率超出发电增量。电网并网瓶颈显著:美国待并网容量约为现有装机量2倍,但实际并网率仅约10%(欧洲约30%)。电网扩展受多重因素制约,2022年起变压器供应紧张,2025年特高压及配电变压器需求仍是主要限制环节;美国审批及土地征用流程长,延滞电网建设周期。需求侧,AI算力扩展周期12-18个月,电网并网周期5-10年,时间错配加剧缺电矛盾。

·发电与需求区域不匹配:美国算力需求与发电侧地理分布不同:算力需求集中于东部及南部(如德州),发电侧集中于中部及西南部。实现发电与算力用电匹配需依赖电网投资建设,但受变压器等零部件短缺及制度障碍(如审批、土地征用效率低)限制,电网扩展速度滞后于需求增长,缺电问题可能长期存在。欧洲情况类似,但当前缺电主因并非AIDC驱动,而是审批及跨国协调效率问题。

3、AIDC供电架构演变趋势

·传统400伏交流架构特点:传统数据中心配电采用“UPS+400伏交流电”架构,以市电为主、柴发备用,包括中压ATS开关、配电柜、变压器、低压配电柜及UPS不间断电源,已运行近10年,方案成熟。但随着AI发展,其局限性显现,无法适配单机功率大幅提升(AI时代英伟达GPU机柜单机功率达120千瓦,传统CPU仅10-12千瓦)、AI用电场景普适化(数据中心专为AI打造)及功率大幅波动(训练/推理时功率快速上行,生成回答时快速下行)的需求。

·800伏HVDC架构优势:800伏HVDC架构相比传统400伏交流架构显著优化,取消了UPS逆变环节,减少IT侧交直流变换,提升系统效率,降低线缆用铜量并优化空间。英伟达白皮书显示,直流耦合效率比传统交流耦合高3%-5%。落地进度上,英伟达提出三步走趋势,当前最快落地800伏加UPS方案,后期可能不用UPS,靠setcar实现相关功能。渗透率方面,2025年800伏HVDC在北美渗透率不足1%,预计2025年可提升至3%左右。

·SST固态变压器架构前景:SST固态变压器架构集成度高,可将低压配电柜、UPS及整流功能集成于单一零部件,提升模块化与集成化水平。技术上,传统变压器以磁性材料为底层原理,SST以电力电子架构为核心。目前行业无统一标准和方案,处于试点和研发阶段,预计2026年开始试点。竞争格局上,由海外厂商主导,如为英伟达供货的维谛、施耐德、伊顿等,他们正进行HVDC方案及SST相关研发。未来切换SST架构,将替代现有电力供应体系中的UPS、配电柜、列头柜及传统变压器等环节。

4、替代电源SOFC应用与前景

·SOFC特点与市场现状:SOFC作为替代电源,具有效率高、工期相比燃气轮机更快的特点,当前在北美开始广泛使用。其结构与传统燃料电池类似,主要由阴极、阳极和电解质构成,但更注重联供供热效率,且电池堆叠工艺更为复杂,相关工艺目前集中在北美厂商手中。市场现状方面,2024年美国SOFC出货量约600兆瓦;国内参与产业链的环节主要是零部件厂,以三环为主的企业为美国核心企业BlueEnergy供应电池。BlueEnergy计划2026年扩产至约2GW。

·经济性与需求潜力:从经济性看,美国SOFC售价约为3500-5000美元/千瓦,其中电池堆成本占比超过50%。尽管存在补贴,但相比燃气轮机仍有一倍以上的溢价,长期需产业内部降本以实现全面替代。当前燃气轮机涨价较快,叠加SOFC工期短的优势,数据中心急于通电的情况将推动SOFC需求增长。长期来看,美国为满足数据中心供电需求,存在约30-40吉瓦的供电缺口,但仅靠SOFC目前无法完全解决缺电问题。

5、问答与行业展望

·中国企业北美市场机会:针对中国电力设备企业进入北美市场的提问,回应指出国内企业过去无法以自主品牌参与美国主网变压器市场,目前主要通过贴牌形式拓展,参与企业有西电、特变、金盘、华鹏等。美国联邦政府有明确的电网建设需求,但受供应链紧张(传统变压器核心原材料硅钢仅一家供应)、审批流程周期长于国内等因素限制。数据中心相关需求方面,虽有缺电讨论,但仅两家数据中心明确受接电问题影响;下游客户若急于使用数据中心,可能优先选择自建发电或微电网。

·行业长期趋势总结:AIDC供电架构演变是长周期事件,当前行业切换新架构仍处于早期阶段。随着新能源装机增加,需平抑风光波动,供电架构演变的趋势确定,将持续关注行业发展。

Q:西门子能源昨日发布财报并召开交流会提及电网相关内容,对中国企业进入北美市场有何影响?能触达北美市场的中国电力设备企业中哪些未来有较大增长潜力?当前估值水平下更推荐哪家公司?

A:未听清西门子提及的具体领域,电领域国内企业过去一直参与北美市场,主要包括西电、特变、金盘、华鹏等公司。目前美国开放主网变压器环节给国内企业,过去国内企业无法以自主品牌参与该环节,当前需通过贴牌形式拓展市场;数据中心引发的架构变化对出口美国的影响目前尚远。

Q:未来AIDC用电量增长背景下,美国跨区域或大型电网投资增速是否相对更慢?

A:美国联邦政府有明确的电网建设意愿,但传统变压器核心原材料硅钢仅一家供应,供应链产能紧张,且跨区域电网投资的审批流程与周期远长于国内,因此增速较慢;AI数据中心虽有缺电情况(更多实时纪要加微信:aileesir),但实际未明确具体接不上电的数据中心,下游客户为确保数据中心正常使用,优先选择自建发电及微电网。

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