在经济持续电气化的大背景下，人工智能数据中心的快速扩张突然成为欧洲能源规划的核心议题。 CSA集团 全球技术业务经理 Omri Tayyara 指出，电池储能能够很好地满足人工智能数据中心的能源与功率需求，并应对电动汽车不断增长的用电需求。 本文摘自最初刊载于《PV Tech Power》第46卷的专题文章。该刊是 Solar Media 面向太阳能与储能行业出版的季刊。每期均设有“储能与智能电力”专栏，由 Energy-Storage.news 团队供稿。 人工智能（AI）工作负载和大型数据中心的扩张，正在从实质上改变全球电力需求。与此同时，交通运输和工业流程也日益电气化。 2024年，全球电力需求增长4.3%，超过此前十年平均年增长率的两倍。国际能源署（IEA）预计，到2030年，全球电力需求将保持4.1%的年均增长率。为了满足不断增长的需求，发电能力必须大幅提升。然而，电网本身已经成为制约因素。 大规模部署人工智能虽然相对较新，但高性能计算（HPC）基础设施已经存在了几十年。自21世纪初以来，以CPU集群为基础的数据中心已广泛应用于高校、国家实验室和工业领域，用于科学模拟、金融建模和大规模数据处理等工作负载。传统HPC数据中心受限于风冷方式和以CPU为中心的设计，机架功率相对较低，设施可以逐步扩容。即使在今天，大多数数据中心机架的平均功率仍低于8kW，许多机架仅为4–6kW，超过30kW的极少。 相比之下，人工智能数据中心采用GPU/加速器机架，单台服务器及单个机架的功率需求显著更高，通常需要液冷系统和全新的配电架构。近期行业分析显示，AI训练部署的单机架功率可能约为100–200kW，远超传统“主流”数据中心的功率范围。从设施规模来看，旗舰级HPC站点长期以来一直以数十兆瓦级运行。 人工智能带来的不同之处在于，新建的“AI就绪型”设施和园区正在按单体数百兆瓦的规模进行规划。即将建设的数据中心中，高达55%的项目电力容量超过200MW。 全球电力需求上升的另一大驱动因素来自交通运输行业的电气化。2014年，全球电动汽车销量仅为50万辆。十年后的2024年，销量已超过1,700万辆，十年间复合年增长率达到42%。这一增长速度更接近互联网或智能手机的普及，而非传统汽车行业的发展轨迹。全球电动汽车保有量已接近6,000万辆，约占乘用车总量的4%。 老化的欧洲电网 欧洲当前大量输配电（T&D）基础设施建于20世纪下半叶，其设计可能并未考虑地理分散的可再生能源发电、高度波动的数字化负载，或数千万个新增电动汽车充电点。 2024年，欧盟电力需求增长约1.5%，这逆转了自2003年以来接近零增长的长期趋势。随着工业脱碳、数据中心投资和电动汽车普及在本十年剩余时间内相互叠加，预计电力需求增速还将继续加快。 全球电力需求预计到2030年将增长约25%，到2050年将增长近80%，这将是战后电气化时代以来最大规模的扩张。 相关影响已在欧洲显现。全球并网队列中等待接入的太阳能和风能项目总规模已超过1,650GW，其中相当大一部分集中在欧盟成员国和英国。 在欧洲监管环境下，新建输电基础设施从规划、审批到施工通常需要5至15年。相比之下，人工智能数据中心、可再生能源项目和分布式电动汽车充电网络可在数月内部署，并迅速形成显著用电需求。负载增长的速度已经超过电网线路建设的速度。 即使投资不断增加，供应链仍然承压。欧洲变压器价格较疫情前已上涨一倍以上，高压电缆和电力电子设备的交付周期显著延长，熟练劳动力和专业安装设备短缺也在持续拖慢电网扩建。 对于数据中心行业而言，电网可用性已成为欧洲各地选址面临的主要风险。对于可再生能源开发商而言，德国和英国拥堵区域的限电问题已经侵蚀项目回报。清洁能源转型的投资逻辑取决于能否解决这一制约，而且不能等到本世纪30年代，而是必须现在就采取行动。 电池为何正成为切实可行的电网容量工具 欧洲正越来越多地部署电池储能系统（BESS），以弥合快速增长的电力负载与建设缓慢的电网基础设施之间的结构性时间差。2023年，电池储能是商业化部署增长最快的能源技术，全球新增容量超过42GW。其中约三分之二为公用事业规模项目，年末全球累计装机规模超过190GWh。 对于项目开发商和公用事业单位而言，储能应用主要受部署速度、模块化系统设计和成本下降所驱动。过去15年，锂离子电池成本下降超过90%，从每千瓦时约750欧元（882.69美元）降至每千瓦时130欧元以下。与此同时，全球制造能力迅速扩张，为大规模部署提供了支持。 欧盟监管环境也日益有利于储能发展：修订后的《可再生能源指令》（RED III）和《净零工业法案》均将储能列为战略性清洁能源技术。多个成员国还针对与可再生能源共址的储能项目推出简化审批程序，认可储能能够降低对拥堵电网的净影响。 对于面临多年并网排队的欧洲数据中心开发商、可再生能源项目业主和电网规划机构而言，电池系统的最大优势在于部署速度和可扩展性。在欧洲监管环境下，新建输电项目可能需要十年甚至更长时间，而公用事业规模电池系统通常可在6至18个月内部署。安装于用户侧（BTM）的集装箱式系统往往可以更快投入运行，尤其是在已开发过的场地。 现代电池系统的模块化架构带来了速度和可扩展性。容量可以逐步扩充，而无需对场地基础设施进行重大改造。这与输电投资的风险特征有本质不同：输电项目必须在前期作出完整项目承诺，并经历多年审批，之后才能实现哪怕一千瓦时的储能。从项目开发角度看，储能可以与新的数字化或可再生能源基础设施同步部署，并随着需求增长逐步扩容。 利用储能延缓电网需求，而非替代发电 对于数据中心而言，电池系统越来越多地被用作快速增长的现场用电需求与有限电网容量之间的缓冲。 当部署在用户侧时，电池系统可以利用现有电网连接缓慢充电，并在高需求时段放电。在受限区域，这种负荷转移能力可以降低本地配电网络的峰值需求，并推迟近期基础设施升级。电池系统还可以参与分时电价（ToU）和基于容量的定价机制；在部分司法辖区，当电网需求较高时，还可向电网反向输送电能。 从电网规划角度看，这一区别十分重要。电池储能不能替代发电能力，也不能消除长期扩建电网的必要性。相反，在输配电投资推进期间，储能提供了一种可部署的机制，用于延缓需求压力并管理电网拥堵。 欧洲近期电网转型的部署工具 在欧洲，数字基础设施开发、可再生能源建设和交通运输电气化的速度，已经超过电网扩建的速度。对于数据中心开发商、可再生能源项目业主和工业客户而言，并网延误已经成为首要开发风险，而不再是次要工程问题；这一挑战也并非局限于某一个市场或成员国。 在这种环境下，电池储能是少数能够以接近新建数字化和可再生能源基础设施的速度完成部署的技术之一，而且其成本已经快速、大幅下降。储能系统可用于管理峰值需求、缓解局部拥堵、释放受限的可再生能源容量，并在长期输电投资推进期间推迟基础设施升级。 受欧洲电网建设进度限制最严重的资产——包括排队等待并网的太阳能和风能项目、等待网络升级的电动汽车充电枢纽，以及正在寻求电气化路径的数据中心和工业设施——都可以通过配套储能而立即具备可行性。 对于欧洲各地的电网规划机构、监管部门和政策制定者而言，当前的制约已不再是发电能力是否充足，而是能否在商业上可行的时间内，向新增负载提供稳定容量。电池储能并不能替代欧洲迫切需要的电网扩建，但它可能成为重要的近期部署工具，使清洁能源转型能够在电网线路逐步跟上的过程中持续推进。面对一个并非为当今电气化、AI驱动型经济的发展速度而设计的系统，这种能力不是补充，而是桥梁。 关于作者 Omri Tayyara 博士现任 CSA集团储能、能源与电力业务经理。CSA集团 是一家从事产品认证和标准制定的机构。Tayyara 先生具有工程师背景，负责领导并支持电池安全、储能系统、大规模火灾测试和电气化技术等领域的相关工作。他的工作包括制定定制化研发测试项目、加强与制造商及开发商的合作伙伴关系，以及构建支持循证决策的分析框架。Omri Tayyara 获得多伦多大学机械工程博士学位。 |
