耗电：为什么数据中心要开发自己的能源来推动 AI

快速阅读: 《忧思科学家联盟》消息，AI数据中心耗电巨大，推动科技公司寻求核电等能源。数据中心需大量电力，导致电网压力增大，引发建设新电厂和现场发电的尝试。监管需确保成本公平，避免消费者负担加重。

迈克·雅各布斯，高级能源分析师。像亚马逊和微软这样的大型科技公司，字面意义上说都是对电力需求极大的企业。为人工智能及其背后的数据中心提供动力所需的巨大电力需求，已经迫使这些公司采取极端措施，试图重启退役的核电站。毫无疑问，数据中心消耗大量电力。在人工智能相关数据中心出现之前，美国的电力需求在十年或更久的时间里增长非常缓慢。现在，弗吉尼亚州的数据中心数量超过了任何其他地方，2023年这些数据中心使用的电力占该州售电总量的25%以上。这种电力需求的突然激增——将远超供应的增长——带来了独特的挑战。数据中心行业认为他们正在与时间赛跑，以建立用于人工智能（AI）的计算机容量，而满足数据中心的用电需求是其增长的关键。获得足够的电力已成为制约数据中心发展的因素。因此，在绝望的情况下，人们采取了极端措施，比如微软将数据中心与核电站毗邻，或者Meta委托建设高污染的化石燃料发电厂来为数据中心供电。为了理解关于共址的讨论，这里有一些你需要了解的基本信息。

毫无疑问，数据中心消耗大量电力。在人工智能相关数据中心出现之前，美国的电力需求在十年或更久的时间里增长非常缓慢。现在，弗吉尼亚州的数据中心数量超过了任何其他地方，2023年这些数据中心使用的电力占该州售电总量的25%以上。为什么数据中心需要这么多能源？数据中心迅速成为我们电力需求的一部分有两个原因。一个是，我们所做的更多事情都需要访问共享数据，例如在线购物、流媒体视频和商务通信。但来自人工智能数据处理的增长是推动更多数据中心以及每个数据中心更多能源需求的主要因素。

为什么数据中心需要这么多能源？AI请求比典型的网络搜索甚至加密货币挖矿需要更多的数据分析，这又需要更多的能源——看看我同事最近的文章，就能了解具体有多大。在高耗能活动方面，下一步是生成式AI。电力需求如此关键，以至于数据中心的规模通常根据其所需的电力来描述。一个50兆瓦的数据中心的电力需求相当于一个小城市。但新的数据中心现在计划达到500兆瓦，分布在校园内，其电力需求超过核电站。

大多数数据中心的能源消耗由数据处理计算机芯片产生，但这项工作也会产生大量热量；处理器可以热到175华氏度（约79.4摄氏度），而用来防止它们过热的冷却设备约占设施总耗电量的20%。大多数数据中心使用传统的空调，但也有设计采用将处理设备浸入矿物油或其他类似液体中，这种方法本质上比用空气吸收和移动热量更高效。

数据中心如何获取它们使用的电力？如今，成千上万的数据中心连接到电力电网，就像其他建筑或设施一样。其能耗比大多数建筑更为密集（通常被描述为“高能耗”，如每机架或机柜的千瓦数），但直到最近，大多数数据中心还不至于大到使电网超载。这种情况现在已经不再成立。常用的AI处理芯片每机架使用6-10千瓦，这比我的快充电动汽车充电器所能提供的电力稍多一些。现在，使用30-60千瓦的芯片已被广泛使用。新的数据中心在一个大型建筑中填满了成排的此类机柜。

数据中心如何获取它们使用的电力？所有这些需求增长要求将为数据中心建设所需的电力供应作为AI增长的核心部分。与现有的核电站联手只是数据公司目前追求的众多激进方法之一。数据中心会选择清洁能源还是污染型化石燃料？

让我们更仔细地看一下，构建AI的竞赛现在变成了构建更多电力供应的竞赛。除了拥有39座美国核电站的五家公司（不包括垄断公用事业公司），新数据中心最大的机会是与新建发电设施结合。在美国，对于典型电力使用增长的常规做法是，新消费者只需打电话给当地公用事业公司，让其将新的电杆和电线带到新的商业或住宅场所。现在，由于数据中心使用的能源相当于城市，这种方法行不通了。满足数据中心新增需求的传统方法需要更多的输电线路，这可能需要5至9年的时间进行规划和建设，同时还需要完成新发电厂的建设，而这同样需要更多的输电线路。对于时间紧迫的数据中心开发商来说，选项要么是参与建设化石燃气发电厂，要么是参与建设清洁能源发电厂。协调供应和需求的调度和规划，能够在电力行业因数据中心而普遍混乱和拖延的情况下，为这些巨额投资明确需求和解决方案。

现在，由于数据中心使用的能源相当于城市，这种方法行不通了。满足数据中心新增需求的传统方法需要更多的输电线路，这可能需要5至9年的时间进行规划和建设，同时还需要完成新发电厂的建设，而这同样需要更多的输电线路。数据中心是否有独立发电的历史？数据中心和其他重要设施通常会配备一定量的现场发电，作为电网停电时的备用电源。过去，传统的方法是一种廉价但低效的内燃机发电机，不期望或允许其长时间运行。如今，随着开发商的雄心扩大，他们扩展了这一做法，希望避免输电扩展的延迟或输电成本，或者两者之一。这一进程已从将数据中心带往现有发电机发展到在有未开发能源资源的地方同时建设新的数据中心和发电设施。这意味着可以使用与数据中心一起建造的风能、太阳能或化石燃料发电机组。总体而言，其理念是拥有冗余发电，如太阳能加电池加电网连接，以提高可靠性，这比独自承担所能提供的更好。目前，尚无标准方法来应对现场供电的物理和法律挑战。进一步复杂的是，全球建造传统能源基础设施的能力，包括燃气发电机组，已接近极限。

数据中心和其他重要设施通常会配备一定量的现场发电，作为电网停电时的备用电源。过去，传统的方法是一种廉价但低效的内燃机发电机，不期望或允许其长时间运行。如今，随着开发商的雄心扩大，他们扩展了这一做法，希望避免输电扩展的延迟或输电成本，或者两者之一。已经有使用可再生能源来满足企业及公众目标的例子。最突出的例子是谷歌计划推出自己的清洁能源，“BYONCE”（不要与碧昂丝的歌曲“Energy”混淆）。

现场发电能否降低因数据中心增长而施加给消费者的成本？增加现场发电对消费者来说并不陌生。数百万美国人已经在屋顶上安装了太阳能。更早的一种安排是工业联合发电，它为大型能源消费者提供了更高的效率和成本节约。在这种情况下，当现场供应超过需求时，电力会流向电网，而当需要的电力超过生产时，电力则从电网流向客户。这些清洁高效的能源补充降低了整体能源成本，尤其是在整体供应紧张时。当可再生能源供应增加时，价格就会下降。

展望未来，数据中心在美国能源成本中的作用将变得非常重要。除非有大量采用BYONCE的用户，否则消费者的成本将上涨，这是由于发电能力短缺和数据中心增长所需的输电。如果直接使用化石燃料为数据中心供电，或用来替代原本用于数据中心的核能供应，健康影响和环境代价也将上升。

哪些监管机构可以保护消费者免受数据中心带来的成本影响？从发电厂向数据中心销售电力属于零售销售，由各州的公共事业委员会监管，作为对公用事业公司的监督一部分。各州应要求数据中心为其任何额外的发电、电网升级和运营成本付费，以保护消费者免受潜在的成本上涨。尽管开发商可能会声称现场发电让他们避开了这些成本，但这并非事实。

哪些监管机构可以保护消费者免受数据中心带来的成本影响？联邦能源监管委员会已就核电站现场的数据中心规则展开审查。一项决定应能澄清当前批发要求有限且少有的选项和改进机会。联邦法律将电力销售描述为“涉及公共利益”，主要由各州监管。一些州已经开始自行制定规则，形成了碎片化的局面。

为什么数据中心想要靠近核电站？在数据中心到来之前，核电站作为区域电网中最大的发电设施之一，为地区电网提供电力。核电站通常在其周围拥有大片土地作为安全和安保缓冲区，排除了客户的设施。现在，一些核电站业主已与数据中心达成协议，在现有核电站附近建设数据中心。这并不是适用于所有美国核电站的情况，因为94座反应堆中有一半已经超过40年，只有39座由独立公司拥有，这些公司可以与数据中心直接出售电力达成新协议。此外，UCS最近关于核电站安全性的更新提醒我们，老化的核电站可能不是未来的良好解决方案。

为什么数据中心想要靠近核电站？信息技术行业最近对核能产生了兴趣，因为一些科技公司有碳减排目标，他们担心如果没有核能就无法完全实现这些目标。多家科技公司已购买了大量的可再生能源，主要是风能和太阳能发电。一些科技领袖已投身于新核能公司的宏伟计划，这些公司承诺了不太可能实现的新设计和轻松获取未来数据中心所需电力的机会。然而，新建核电站不太可能轻易满足数据中心的需求，首先是因为建造传统新核电站存在延迟，新设计未经测试，成本高昂，以及缺乏解决核能问题的办法。

AI数据中心的扩散比以往任何东西都更大、更多且增长更快，对电力公司来说是一个挑战。这种可能性导致供应短缺和消费者成本上升是显而易见的，但现有的规则却出现了漏洞。大型数据中心公司、一些公用事业公司和一些监管机构之间的对话不会立即解决问题。这需要时间和努力。投资者、当选官员和普通消费者需要持续提问。

传输扩建的延误或传输成本，或两者兼具。发展已从将数据中心连接到现有发电机，转向在具备未开发能源资源的地方同时建设新的数据中心和发电设施。这可能意味着在数据中心内或附近建设风能、太阳能或化石燃料发电机。总体来说，其理念是建立冗余发电系统，如太阳能加电池加电网连接，以提升可靠性，超越“单打独斗”所能达到的水平。目前，尚无统一的标准方法来应对现场供电在物理和法律方面的挑战。此外，全球建造传统能源基础设施（包括燃气发电机组）的能力已因满足新需求而接近极限。

已有利用可再生能源与数据中心结合以实现企业及公共目标的案例。最突出的例子是谷歌计划推出自己的清洁能源项目“BYONCE”（不要与碧昂丝的歌曲“Energy”混淆）。

现场发电是否能降低因数据中心扩张而增加的消费者成本？如今，客户安装现场发电设备已较为常见。数百万美国人屋顶上安装了太阳能。更早的一种方式是工业热电联产，为大型能源用户带来更高的效率和成本节约。在这种情况下，当现场供应大于需求时，电力会流向电网；当需要多于生产的电力时，电力会从电网流向客户。这些清洁高效的能源补充有助于降低所有人的能源成本，特别是在整体供应紧张时。当可再生能源供应增加时，价格就会下降。

展望未来，数据中心将在美国能源成本中扮演重要角色。除非有大量用户采用BYONCE，否则消费者的成本将因发电机短缺和数据中心增长所需的传输而上升。如果直接使用化石燃料为数据中心供电，或用来替代原本专供数据中心使用的核能，健康和环境成本也将上升。

哪些监管机构可以保护消费者免受数据中心带来的成本影响？从发电厂向数据中心销售电力属于零售交易，由各州公共事业委员会监管，作为对公用事业公司监督的一部分。各州应要求数据中心为其任何额外的发电、电网升级和运营成本付费，以保护消费者免受潜在成本上涨的影响。尽管开发商可能会声称现场发电可以让他们避免这些成本，但这并不属实。

哪些监管机构可以保护消费者免受数据中心带来的成本影响？联邦能源监管委员会已就位于核电站的数据中心规则展开调查。一个决定应该明确当前批发要求下的改进选项和机会，而目前的批发要求有限且很少。联邦法律将电力销售视为“涉及公共利益”，主要由各州监管。一些州正按自己的节奏制定规则，导致了监管体系的碎片化。

在数据中心出现之前，核电站作为区域电网的主要发电设施。核电站通常在其周围设有较大范围的安全和安保缓冲区，以排除客户设施。目前，一些核电站业主已与数据中心达成协议，在现有核电站附近建设数据中心。并非所有美国核电站都适合这样做，因为94个反应堆中有一半已运行超过40年，仅有39个由独立公司拥有，这些公司可与数据中心签订直接售电协议。此外，UCS近期发布的核电站安全报告提醒我们，老旧核电站可能不适合未来的发展。

近年来，信息技术行业开始关注核能，因为一些科技公司设定了碳减排目标，担忧若无核能将难以实现。多家科技公司已购入大量可再生能源，主要来自风能和太阳能。一些科技领袖已参与新核能公司的宏大计划，这些公司承诺推出创新设计并提供便捷的电力供应，以满足未来数据中心的需求。

然而，新建核电站很难满足数据中心的需求，原因包括建设传统核电站的延迟、新型设计尚未经过验证、高昂的成本以及缺乏解决核能问题的有效方案。

AI数据中心的扩张规模、数量和增长速度均远超以往任何对电力系统的影响。这种可能导致供应短缺和消费者成本上升的风险显而易见，但当前规则仍存在漏洞。大型数据公司、部分公用事业公司和监管机构之间的沟通无法立即解决问题。这需要一些时间和努力。投资者、当选官员和普通消费者需要持续提出问题。

(以上内容均由Ai生成)