核能能解决人工智能数据中心的电力消耗吗？

能源

摘要:

核电将成为一系列新能源基础设施的重要组成部分，旨在满足人工智能推动的数据中心电力需求激增。但核电无法满足所有增加的数据中心电力需求。高盛研究部表示，天然气、可再生能源和电池技术也将发挥作用。

去年，几家寻求低碳、全天候能源的大型科技公司签署了新的核电合同，未来可能还会有更多此类交易。据 Brian Singer、Jim Schneider 和 Carly Davenport 领导的报告称，这些努力正值数据中心的用电量预计到 2030 年将增加一倍以上之际。

总体而言，该团队预测，到 2030 年（相对于 2023 年），需要新增 85-90 千兆瓦 (GW) 核电容量才能满足数据中心电力需求增长。但到 2030 年，全球可用核电容量将远远不足 10%。

高盛研究公司美国公用事业研究分析师达文波特表示，随着电力需求的增加，数据中心基础设施的效率提升开始放缓。她写道：“人工智能的增长、更广泛的数据需求以及电力效率提升的减速，导致数据中心的电力需求激增。”

AI功耗预计上升多少？

高盛研究部预测，到 2030 年，数据中心的电力需求将比 2023 年的水平增长 160% 以上。如果新增需求的 60% 由天然气等热能来源满足，则全球排放量预计将增加 2.15 亿至 2.2 亿吨，相当于全球能源排放量的 0.6%。

高盛研究部数字基础设施分析师施耐德解释说，虽然可再生能源有可能在一天中的某些时间满足数据中心大部分增加的电力需求，但它们发电的稳定性不足以成为数据中心的唯一能源。施耐德写道：“我们与可再生能源开发商的对话表明，如果与储能相结合，风能和太阳能可以满足数据中心大约 80% 的电力需求，但需要某种形式的基载发电来满足全天候需求。”他补充说，核能是基载电力的首选，但建造新核电站的难度意味着天然气和可再生能源是更现实的短期解决方案。

核能几乎不排放二氧化碳——尽管它会产生需要小心处理的核废料。但专业劳动力的稀缺、获得许可证的挑战以及获取足够铀的困难都对新核电站的发展构成了挑战。

然而，到 2030 年代，新的核能设施和人工智能的发展可能会开始降低人工智能数据中心的总体碳足迹。

与此同时，高盛研究部 GS SUSTAIN 全球主管辛格写道，试图为新数据中心提供能源的公司可能会专注于多种电力来源。“我们对电力需求增长的展望需要采取‘和’方法，而不是‘或’方法，因为我们看到各种来源都有充足的发电增长机会，”他写道。

核电将增加多少？

近期核能设施合同以及各国对核电需求增加的迹象表明，未来五年投资将大幅增加，2030 年代电力供应也将相应增加。

人工智能数据中心的激增增强了投资者对未来电力需求增长的信心，与此同时，大型科技公司也在寻求低碳可靠的能源。这导致最近退役的核发电机被停用，并考虑建造新的更大规模的反应堆。

仅在美国，大型科技公司去年就签署了超过 10 吉瓦的新核电装机容量合同，高盛研究部预计到 2030 年将有三座核电厂投入运营。

与此同时，各国政府也普遍更加支持核电。瑞士正在重新考虑使用核能发电机供电，而核电在美国得到了两党的支持，澳大利亚反对党也提出了引进核反应堆的计划。2023 年底举行的 COP28 会议（联合国为应对气候变化而召开的年度峰会）的与会者同意到 2050 年将全球核电容量提高三倍。

打造“绿色”数据中心

绿色能源也得到了人工智能提供商的大量投资。该团队预测，为满足数据中心日益增长的电力需求而新建的产能中，40% 将是可再生能源。

可再生能源的供应成本比天然气发电成本低，这还不包括传输成本以及在没有阳光和风力时填补空白的成本。高盛研究部的分析显示，从表面上看，美国数据中心所在地的陆上风电平均能源成本为每兆瓦时 25 美元，而太阳能成本为每兆瓦时 26 美元，联合循环天然气（燃料效率最高的燃气发电厂）成本为每兆瓦时 37 美元，这还不包括碳捕获成本。

但实际上，公用事业规模的太阳能发电厂平均每天仅运行约 6 小时，而风力发电厂平均每天运行 9 小时。这些能源的发电量每天都在波动，取决于太阳的辐射强度和风的强度。

传输成本也是数据中心运营商需要考虑的因素之一。由于可再生能源通常比天然气或核能占用更多的土地，因此它们更有可能位于远离大城市的地方，而它们产生的能源大部分都用在大城市。因此，它们产生的能源在使用之前可能需要运输更远的距离。

另一方面，热电厂（例如由核反应堆或联合循环天然气驱动的热电厂）可以全天运行，而不会出现每小时间歇性的问题。

出于这些原因，该团队预计科技公司将充分利用上述所有能源的组合。近几个月来，超大规模企业和云计算公司签署了多份合同，涉及更大规模的核能、小型模块化反应堆 (SMR)、可再生能源购电协议和碳去除。

天然气将继续占据能源结构中

目前，全天候供电解决方案若能有效减少排放，则需要支付额外费用。在美国，低碳方案的成本比基准天然气联合循环每兆瓦时高出 19-72 美元。

与欧盟不同，美国没有联邦碳定价机制。但一些美国公司选择在公司内部为碳排放定价。

增加每吨二氧化碳 100 美元的价格可有效抵消绿色可靠性溢价。根据高盛研究部的数据，根据历史报告的燃气发电排放强度，这将使天然气联合循环的成本降至 91 美元/兆瓦时，而包括场外太阳能或风能和电池储存在内的近 100% 可再生能源解决方案的成本为 87 美元/兆瓦时，大型场内核能发电机的成本为 77 美元。

为了提供全天候电力，数据中心正在寻求使用电池存储和电网提供的电力或现场天然气峰值容量（在高需求期间运行或填补间歇性发电缺口的发电厂）来增强太阳能和风能。我们的分析师估计，与基准联合循环天然气相比，太阳能、电池存储和天然气的综合解决方案将使排放量降低 67%。该团队认为，支付与这些技术相关的“绿色可靠性溢价”对大型超大规模企业的经济影响很小。

除了寻找更绿色的能源为数据中心供电外，技术提供商还可以通过提高效率来降低排放强度。2015-2019 年就是这种情况，当时数据中心的工作负载需求几乎增加了两倍，但由于能源效率的提高，其功耗保持平稳。

自 2020 年以来，效率提升有所放缓，但该团队预计未来将有更多的创新来帮助降低数据中心的功率强度。

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