2025年6月30日，蘭德公司發(fā)布研究報(bào)告《評(píng)估美國(guó)到2030年的新增人工智能電力容量》（Assessing the United States' Additional AI Power Capacity by 2030），系統(tǒng)性地評(píng)估了在人工智能需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的背景下，美國(guó)電力系統(tǒng)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)與潛在機(jī)遇。報(bào)告指出，盡管規(guī)劃中的發(fā)電項(xiàng)目眾多，但考慮到項(xiàng)目完成率、資源間歇性、電網(wǎng)損耗和計(jì)劃退役等多重因素，到2030年美國(guó)電網(wǎng)實(shí)際可增加的有效電力容量遠(yuǎn)低于預(yù)期，可能無(wú)法滿(mǎn)足人工智能數(shù)據(jù)中心爆炸性的電力需求。報(bào)告通過(guò)對(duì)前端電網(wǎng)（FTM）和用戶(hù)側(cè)（BTM）發(fā)電資源的深度剖析，提出了一個(gè)更為現(xiàn)實(shí)的電力容量評(píng)估框架，并為政策制定者、電網(wǎng)規(guī)劃者和行業(yè)參與者提供了一系列關(guān)鍵建議。啟元洞見(jiàn)編譯整理了報(bào)告的核心內(nèi)容，以供讀者參考。

PART1

問(wèn)題提出：

人工智能引發(fā)的“電荒”焦慮

當(dāng)前，人工智能發(fā)展的驚人速度和規(guī)模，正對(duì)美國(guó)的電力基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)成前所未有的壓力。先進(jìn)人工智能模型的訓(xùn)練和推理需要巨大的計(jì)算資源，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心的電力需求急劇攀升。現(xiàn)有電網(wǎng)已在努力應(yīng)對(duì)這一局面，而未來(lái)的挑戰(zhàn)將更為嚴(yán)峻。

關(guān)于到2030年美國(guó)數(shù)據(jù)中心的電力需求增長(zhǎng)，各方預(yù)測(cè)差異巨大，從新增34吉瓦（GW）到253吉瓦不等。這種差異源于對(duì)需求增長(zhǎng)速度、技術(shù)效率提升、數(shù)據(jù)中心擴(kuò)張計(jì)劃等方面的不同判斷。例如：

蘭德公司預(yù)測(cè)，到2030年，僅人工智能數(shù)據(jù)中心就可能為全球帶來(lái)327吉瓦的電力需求，其中美國(guó)的需求量預(yù)計(jì)在158吉瓦至253吉瓦之間；美國(guó)高盛公司（Goldman Sachs）預(yù)測(cè)，到2030年，包括人工智能和非人工智能用途在內(nèi)的數(shù)據(jù)中心將帶來(lái)47吉瓦的增量需求；勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LBNL）的預(yù)測(cè)則更為驚人，認(rèn)為到2028年美國(guó)數(shù)據(jù)中心總耗電量可能達(dá)到74到132吉瓦，意味著在當(dāng)前水平上增加34-92吉瓦。

除了總量的挑戰(zhàn)，單個(gè)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心的電力消耗也極為可觀，一個(gè)設(shè)施的耗電量到2030年可能高達(dá)5吉瓦，這相當(dāng)于美國(guó)愛(ài)達(dá)荷州（Idaho，5.4吉瓦）或緬因州（Maine，5.3吉瓦）等整個(gè)州在2023年的夏季凈發(fā)電能力。

盡管面臨挑戰(zhàn)，接入電網(wǎng)仍然是數(shù)據(jù)中心的首選，因?yàn)樗芴峁└叩目煽啃浴㈨g性和成本效益。因此，本報(bào)告的核心問(wèn)題是：考慮到當(dāng)前的擴(kuò)容計(jì)劃，到2030年，美國(guó)到底能增加多少可用于支持人工智能等新增負(fù)荷的電力容量？

為回答這一問(wèn)題，報(bào)告引入了一個(gè)新的評(píng)估指標(biāo)——可用容量（Available Capacity）。該指標(biāo)不僅考慮了發(fā)電設(shè)施的銘牌容量（Nameplate Capacity，即理論最大輸出），還綜合了項(xiàng)目完成的不確定性、可再生能源的間歇性（通過(guò)有效荷載能力“ELCC”或容量認(rèn)證因子“CAF”進(jìn)行折算）、輸配電損耗以及計(jì)劃中的發(fā)電機(jī)組退役等現(xiàn)實(shí)因素，從而提供一個(gè)能與數(shù)據(jù)中心等新增負(fù)荷進(jìn)行直接比較的、更為可靠的容量估算方式。

本報(bào)告的分析涵蓋了兩種主要的電力資源。

1

前端電網(wǎng)（Front-of-the-Meter，F(xiàn)TM）資源：指與廣域電網(wǎng)整合的大型發(fā)電廠和儲(chǔ)能設(shè)施。

2

用戶(hù)側(cè)（Behind-the-Meter，BTM）資源：指位于用戶(hù)（如家庭、商業(yè)樓宇）一側(cè)的分布式發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)，如屋頂光伏和電池儲(chǔ)能。

PART2

前端電網(wǎng)（FTM）的前景：

從宏大規(guī)劃到骨感現(xiàn)實(shí)

報(bào)告對(duì)FTM新增容量的評(píng)估遵循一個(gè)四步法（見(jiàn)圖1），層層剝離理想化的規(guī)劃數(shù)據(jù)，最終得出凈可用容量的現(xiàn)實(shí)估算。

圖1 將規(guī)劃中的前端電網(wǎng)（FTM）項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為可滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心電力需求的可用容量的方法圖示

第一步：估算規(guī)劃中的總?cè)萘?/strong>

通過(guò)對(duì)美國(guó)七個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（ISO）的互聯(lián)請(qǐng)求隊(duì)列數(shù)據(jù)和美國(guó)能源信息署（EIA）的發(fā)電機(jī)清單進(jìn)行分析，報(bào)告識(shí)別出到2030年，計(jì)劃并網(wǎng)的FTM項(xiàng)目總銘牌容量高達(dá)1015吉瓦。其中，約49%是可再生能源（主要是太陽(yáng)能和風(fēng)能），44%是電池儲(chǔ)能。（見(jiàn)圖2）

圖2 美國(guó)規(guī)劃中的能源項(xiàng)目新增銘牌容量（按年份，2025-2030）

第二步：考慮項(xiàng)目完成率

歷史數(shù)據(jù)表明，進(jìn)入互聯(lián)隊(duì)列的項(xiàng)目最終只有一小部分能夠成功并網(wǎng)發(fā)電。報(bào)告估算了不同地區(qū)和不同資源類(lèi)型的平均完成率。例如，化石燃料項(xiàng)目的平均完成率約為27%，而可再生能源和儲(chǔ)能項(xiàng)目?jī)H為13%。其中，一些地區(qū)的儲(chǔ)能項(xiàng)目完成率甚至低于1%。

將這些完成率加入計(jì)算后，1015吉瓦的規(guī)劃容量急劇縮水。結(jié)果顯示，預(yù)計(jì)到2030年實(shí)際能夠完成并網(wǎng)的銘牌容量?jī)H為151吉瓦，相比規(guī)劃值減少了近七倍。（見(jiàn)圖3）

圖3 美國(guó)預(yù)計(jì)將建成的新增電力銘牌容量（按年份，2025-2030）

第三步：計(jì)算有效容量

對(duì)于可再生能源和儲(chǔ)能這類(lèi)間歇性或能量受限的資源，其銘牌容量并不能完全代表其在高峰負(fù)荷時(shí)段的可靠貢獻(xiàn)。報(bào)告采用了各ISO使用的容量認(rèn)證因子（CAF）或有效荷載能力（ELCC）對(duì)此進(jìn)行折算。

例如，核電和煤電的CAF通常在85%以上；太陽(yáng)能的CAF在許多地區(qū)僅為10%-20%，甚至更低；儲(chǔ)能的CAF相對(duì)較高，通常在70%以上，但其貢獻(xiàn)依賴(lài)于能否從電網(wǎng)獲得充足的電力進(jìn)行充電。

經(jīng)過(guò)CAF/ELCC折算并扣除約5%的輸配電損耗后，151吉瓦的預(yù)計(jì)建成容量進(jìn)一步減少。最終，新增項(xiàng)目的總“可用容量”僅為77吉瓦。

第四步：扣除計(jì)劃退役容量

在增加新電源的同時(shí)，老舊的發(fā)電機(jī)組也在不斷退役。報(bào)告顯示，到2030年，美國(guó)計(jì)劃退役約55.6吉瓦的銘牌容量，其中70%是煤電，29%是油氣發(fā)電。這些退役機(jī)組大多是能夠提供穩(wěn)定出力的“可靠容量”，其折算后的可用容量損失約為44吉瓦。（見(jiàn)圖4）

圖4 規(guī)劃中的退役容量（按資源類(lèi)型和地區(qū)，2025-2030）

最終結(jié)論：FTM凈增容量?jī)H為33吉瓦

將新增的77吉瓦可用容量與損失的44吉瓦退役容量相抵，報(bào)告得出驚人結(jié)論：到2030年，美國(guó)前端電網(wǎng)的凈可用容量增量?jī)H為33吉瓦。（見(jiàn)圖5和圖6）

圖5 可用新增容量與計(jì)劃退役容量對(duì)比（按年份，GW）

圖6 美國(guó)前端電網(wǎng)（FTM）電力容量從規(guī)劃到預(yù)計(jì)凈增的變化對(duì)比（到2030年）

這一數(shù)字遠(yuǎn)低于大多數(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)人工智能電力需求的預(yù)測(cè)下限。此外，這種凈增容量在地區(qū)間分布極不均衡。美國(guó)德州電網(wǎng)（ERCOT）是唯一一個(gè)預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模凈增長(zhǎng)的地區(qū)，預(yù)計(jì)新增59吉瓦。而其他多個(gè)地區(qū)，如美國(guó)PJM電力市場(chǎng)、美國(guó)中部大陸?yīng)毩⑾到y(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（MISO）和美國(guó)加州輸電系統(tǒng)運(yùn)行商（CAISO），由于大量的機(jī)組退役，其凈可用容量實(shí)際上是負(fù)增長(zhǎng)的。（見(jiàn)表1）

表1 各地區(qū)活躍項(xiàng)目、預(yù)測(cè)新增、退役及最終凈估算的可用容量（2025-2030，單位：GW）

PART3

釋放FTM潛力的五大杠桿

面對(duì)嚴(yán)峻的前景，報(bào)告分析了五種可能在短期內(nèi)（到2030年）釋放更多FTM可用容量的潛在“杠桿”，并對(duì)它們的影響進(jìn)行了量化評(píng)估（見(jiàn)表2）。

杠桿一

優(yōu)先支持高容量因子（High-CAF）項(xiàng)目。優(yōu)先處理天然氣和儲(chǔ)能等高可靠性項(xiàng)目的并網(wǎng)請(qǐng)求。分析顯示，這類(lèi)項(xiàng)目的完成率每提高1個(gè)百分點(diǎn)，可帶來(lái)約4吉瓦的新增可用容量。如果所有規(guī)劃中的高CAF項(xiàng)目（主要是295吉瓦的儲(chǔ)能和35吉瓦的天然氣）都能100%完成，理論上可帶來(lái)330吉瓦的總可用容量，但實(shí)現(xiàn)難度極大。

杠桿二

延遲計(jì)劃退役。推遲現(xiàn)有44吉瓦可用容量的退役計(jì)劃。這是短期內(nèi)最直接有效的手段之一。如果一半的退役計(jì)劃被推遲，就可增加22吉瓦的可用容量。然而，這會(huì)帶來(lái)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)成本，因?yàn)檫@些老舊機(jī)組效率低下且污染嚴(yán)重。

杠桿三

為獨(dú)立可再生能源項(xiàng)目加裝儲(chǔ)能。將規(guī) 劃中的獨(dú)立太陽(yáng)能和風(fēng)能項(xiàng)目改造為“光伏+儲(chǔ)能”或“風(fēng)能+儲(chǔ)能”的混合項(xiàng)目。這能顯著提高可再生能源的有效容量。報(bào)告估算，如果所有規(guī)劃中的可再生能源項(xiàng)目都進(jìn)行混合化改造，最多可解鎖30吉瓦的額外可用容量。

杠桿四

優(yōu)先處理已進(jìn)入后期階段的項(xiàng)目。優(yōu)先推進(jìn)那些已經(jīng)完成了簽署施工服務(wù)協(xié)議（CSA）等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目成功并網(wǎng)的概率更高。如果能確保所有已進(jìn)入后期階段的項(xiàng)目（約63吉瓦）全部完成并網(wǎng)，將是一大助力。

杠桿五

全面改進(jìn)電網(wǎng)互聯(lián)流程。這是最根本但也最長(zhǎng)期的解決方案，美國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)隊(duì)列的嚴(yán)重積壓是限制新增供應(yīng)的最大瓶頸。分析表明，所有項(xiàng)目的完成率普遍提高1個(gè)百分點(diǎn)，就能帶來(lái)5吉瓦的可用容量。

表2 解鎖額外容量的潛在杠桿總結(jié)

PART4

用戶(hù)側(cè)（BTM）的崛起：

不可忽視的新興力量

除了FTM，用戶(hù)側(cè)的分布式能源（BTM）特別是屋頂光伏和電池儲(chǔ)能，正在成為電力供應(yīng)體系中越來(lái)越重要的組成部分。BTM資源雖然不能完全替代電網(wǎng)為數(shù)據(jù)中心供電，但它們可以有效降低高峰時(shí)段的電網(wǎng)負(fù)荷，從而間接釋放出更多容量給其他用戶(hù)。

報(bào)告基于美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的“標(biāo)準(zhǔn)情景”數(shù)據(jù)，并結(jié)合了各ISO的最新數(shù)據(jù)，對(duì)BTM容量的增長(zhǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

（一）基準(zhǔn)情景預(yù)測(cè)

1.銘牌容量增長(zhǎng)：預(yù)計(jì)到2030年，美國(guó)BTM光伏銘牌容量將從2024年的約51吉瓦增長(zhǎng)到106.5吉瓦；BTM儲(chǔ)能將從5.9吉瓦增長(zhǎng)到41.5吉瓦。（見(jiàn)表3和表4）

2.有效容量增長(zhǎng)：將這些銘牌容量同樣通過(guò)ELCC/CAF進(jìn)行折算后，報(bào)告預(yù)測(cè)，到2030年，BTM資源將能提供49吉瓦的新增有效容量來(lái)幫助削減電網(wǎng)峰值負(fù)荷。（見(jiàn)表5）

BTM新增有效容量的區(qū)域分布也呈現(xiàn)出一定特點(diǎn)（見(jiàn)圖7），其中德州（ERCOT）、中西部（MISO）和一些非ISO地區(qū)增長(zhǎng)潛力最大。

表3 各地區(qū)用戶(hù)側(cè)（BTM）太陽(yáng)能光伏銘牌容量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)（至2030年，單位：GW）

表4 各地區(qū)用戶(hù)側(cè)（BTM）儲(chǔ)能銘牌容量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)（至2030年，單位：GW）

表5 各地區(qū)用戶(hù)側(cè)（BTM）總有效容量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)（至2030年，單位：MW）

圖7 各地區(qū)/電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商（ISO/RTO）用戶(hù)側(cè)（BTM）可用容量新增量（到2030年，單位：GW）

（二）不確定性與敏感性分析

BTM的預(yù)測(cè)比FTM更具不確定性，因?yàn)樗蕾?lài)于經(jīng)濟(jì)模型而非具體的項(xiàng)目隊(duì)列。為此，報(bào)告進(jìn)行了兩種敏感性分析：

1.積極情景：假設(shè)未來(lái)所有新增的BTM光伏都與儲(chǔ)能捆綁（即“光伏+儲(chǔ)能”混合系統(tǒng)）。由于混合系統(tǒng)的ELCC遠(yuǎn)高于單獨(dú)的光伏系統(tǒng)，在這種情景下，到2030年BTM可貢獻(xiàn)的有效容量將飆升至83吉瓦，比基準(zhǔn)情景高出70%。這凸顯了儲(chǔ)能對(duì)于提升分布式能源價(jià)值的決定性作用。

2.消極情景：假設(shè)由于供應(yīng)鏈問(wèn)題或政策變化，可再生能源的成本高于預(yù)期，導(dǎo)致BTM光伏和儲(chǔ)能的部署速度放緩。在這種情景下，到2030年BTM貢獻(xiàn)的有效容量將降至38吉瓦，比基準(zhǔn)情景低23%。

PART5

綜合結(jié)論與政策建議

將FTM和BTM的預(yù)測(cè)結(jié)果匯總，報(bào)告綜合得出最終結(jié)論：到2030年，美國(guó)電網(wǎng)預(yù)計(jì)將新增總計(jì)82吉瓦的凈可用電力容量，其中包括來(lái)自前端電網(wǎng)（FTM）的33吉瓦和來(lái)自用戶(hù)側(cè)（BTM）的49吉瓦。（見(jiàn)表6）

盡管82吉瓦是一個(gè)不小的數(shù)字，但它僅僅處于對(duì)人工智能電力需求預(yù)測(cè)范圍（34-253吉瓦）的中下區(qū)間。這意味著，如果人工智能的發(fā)展和電力需求遵循較為激進(jìn)的預(yù)測(cè)路徑，那么美國(guó)電力系統(tǒng)將面臨嚴(yán)重的供應(yīng)短缺。

表6 各地區(qū)前端電網(wǎng)（FTM）和用戶(hù)側(cè)（BTM）可用容量新增匯總（2025–2030, 單位：GW）

基于以上分析，報(bào)告向政策制定者、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商和行業(yè)參與者提出了一系列深刻的建議。

（一）

針對(duì)前端電網(wǎng)（FTM）的建議

1.關(guān)注點(diǎn)應(yīng)從“銘牌容量”轉(zhuǎn)向“凈有效容量”。政策和激勵(lì)措施應(yīng)優(yōu)先支持那些能提供穩(wěn)定、靈活力量的資源，如天然氣、儲(chǔ)能和核能，而非僅僅追求可再生能源裝機(jī)容量的數(shù)字。

2.果斷采取短期干預(yù)措施。面對(duì)迫在眉睫的短缺風(fēng)險(xiǎn)，必須考慮一些“一事一議”的解決方案，如戰(zhàn)略性地延長(zhǎng)部分高價(jià)值化石燃料機(jī)組的服役年限，并為改造機(jī)組提供支持。

3.大力簡(jiǎn)化和加速電網(wǎng)互聯(lián)流程。改革互聯(lián)隊(duì)列的研究和審批流程是重中之重。可以考慮為已滿(mǎn)足特定條件（如完成選址、獲得主要許可）的“準(zhǔn)備就緒”（shovel-ready）項(xiàng)目開(kāi)辟快速通道。

4.重新審視核能的價(jià)值和時(shí)間表。盡管報(bào)告的基準(zhǔn)分析未包含新增核電，但決策者應(yīng)重點(diǎn)考慮重啟已退役核電站和建設(shè)新核電站（包括小型模塊化反應(yīng)堆SMR）的可能性，并將其納入長(zhǎng)期規(guī)劃。

（二）

針對(duì)用戶(hù)側(cè)（BTM）的建議

1.大力鼓勵(lì)BTM資源的部署，尤其是儲(chǔ)能。BTM是平衡供需、提高電網(wǎng)韌性的重要工具。政策應(yīng)特別鼓勵(lì)BTM儲(chǔ)能的安裝，因?yàn)槠鋵?duì)降低峰值負(fù)荷的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于光伏。

2.加強(qiáng)對(duì)BTM資源的監(jiān)測(cè)和整合。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商需要更準(zhǔn)確地掌握BTM資源的規(guī)模和運(yùn)行狀態(tài)，將其作為一種可調(diào)度的“資源”而非簡(jiǎn)單的“負(fù)荷削減”來(lái)管理。

3.確保BTM用戶(hù)公平分?jǐn)傠娋W(wǎng)成本。隨著B(niǎo)TM滲透率提高，需要設(shè)計(jì)合理的電價(jià)機(jī)制，確保BTM用戶(hù)為其使用的電網(wǎng)備用和維護(hù)服務(wù)支付公平的費(fèi)用，避免“電網(wǎng)死亡螺旋”（即成本不斷轉(zhuǎn)移給剩余的非BTM用戶(hù)）。

總之，蘭德公司的這份報(bào)告為我們描繪了一幅復(fù)雜而充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的未來(lái)圖景。人工智能的浪潮既是技術(shù)革命的推動(dòng)力，也是對(duì)能源基礎(chǔ)設(shè)施的一次極限壓力測(cè)試。若要確保這場(chǎng)技術(shù)革命能夠平穩(wěn)、可持續(xù)地進(jìn)行，以美國(guó)為典型代表的大國(guó)必須立即行動(dòng)起來(lái)，對(duì)電力系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)模式進(jìn)行一場(chǎng)深刻的變革。

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