美国东部近日遭遇罕见的电力紧缺危机,其根源并非仅仅是持续的高温天气,而是由近期疯狂扩张的人工智能(AI)数据中心所引发的巨大能源需求。美国能源部已正式宣布进入紧急状态,足以说明事态的严重性。
此次笼罩美国东部的热穹顶将气温推至近40摄氏度,高温预警覆盖了约4600万人,几乎囊括了美国东北部及中大西洋地区一半的人口。公众普遍将此次电网压力归咎于居民为应对酷暑而大量使用空调,但业内人士深知,高温虽然年年有,却并非此次电网危机的主要推手。真正让电网工程师夜不能寐的,是AI这一新兴变量。
自去年AI技术,特别是诸如gemini-2.5-flash-lite-ssvip等模型的突破性进展以来,全球范围内数据中心的建设呈现爆发式增长。仅在美国,由于这些数据中心的涌现,夏季高峰期用电需求便新增了约11吉瓦(GW)。11吉瓦的用电量,相当于一个中小型国家在用电高峰时的总负荷,如此巨大的增量无论放在哪个区域,都无疑是对电力供应系统的一项严峻考验。
当前,美国新增的电力供应主要依赖于光伏、储能以及天然气。然而,这些能源形式各自存在明显的局限性。光伏发电受制于日照条件,仅能在白天有效输出电力,恰恰在傍晚居民开启空调、用电量达到峰值时,其发电能力却随之衰减,存在固有的不稳定性。储能技术目前也只能提供数小时的电力支撑,难以应对持续高温下的长时间高峰负荷。至于天然气发电站,其审批和建设周期漫长,最快也需两到三年,根本无法跟上AI算力飞速扩张的步伐。
供需矛盾的加剧直接导致电价飙升。新英格兰地区批发电力现货价格一度上涨超过240%,纽约市电价翻倍,中西部地区涨幅也超过50%。
本以为可以依靠跨境水电缓解燃眉之急。加拿大魁北克地区水力资源丰富,一条新近铺设至纽约的输电线路于今年春季投入使用,原计划为纽约提供20%的电力供应。然而,在7月1日至2日期间,该线路因换流站维修的后续问题而被迫中断输电。更雪上加霜的是,魁北克自身也面临极端高温,水库水位偏低,自身电力供应已显紧张,无力为美国提供额外电力。
美国本土西部的情况同样不容乐观。今年冬季积雪量创历史新低,导致各大水库水位显著下降,原本成本低廉的水电发电量因此受到严重限制。在本地电力供应不足的情况下,电力公司不得不进入批发市场高价抢购电力以填补缺口,而由此产生的额外成本最终将转嫁给普通消费者,体现在夏季的电费账单上。
当前业内最为担忧的并非是总用电量是否会超出上限,而是AI数据中心独有的两大特性,这两大特性如同两颗定时炸弹,正悄然威胁着电网的稳定运行。
其一,被称为“瞬时脱网”的现象。许多人认为数据中心突然断电停止用电是件好事,能够为电网减负。然而,恰恰相反,业内人士担心的是它们在某一时刻集体停止用电。正常情况下,当输电线路出现故障导致电压下降时,数据中心会为了保护自身设备而启动备用柴油发电机,并停止从电网取电。这种大规模、瞬间的负荷骤减(几百兆瓦甚至几个吉瓦),会严重破坏电网供需平衡,可能引发发电机组连锁停机,导致大范围停电,甚至损坏电网核心设备。北美电力可靠性公司(NERC)的CEO曾明确表示,最令人担忧的正是数据中心突然停止吸纳电力的可能性。这一看似违背常理的逻辑,实则构成了电网当前最大的潜在风险。
其二,是“剧烈波动”的问题。有传感器已监测到,大型AI数据中心在短短几分钟内的负荷波动幅度可超过50兆瓦。50兆瓦的功率,大致相当于50家沃尔玛同时开启和关闭照明设备的用电量变化。如此剧烈的负荷波动,已远超电网现有调频设备的处理能力,备用调节设备也难以承受连续的剧烈变化。坦白地说,AI数据中心对电网而言,已不再是传统意义上稳定的负荷,而是如同随时可能引爆的动态炸弹。此次极端高温天气,不过是提前引爆了这一潜在矛盾。
目前,各地已开始调整规则并推行应对措施。得克萨斯州已要求新建数据中心必须具备低电压穿越能力,即在电网电压下降时,不能随意切换至备用电源,而需强制维持运行一段时间,以稳定电网。此次能源部要求大西洋中部最大的电网运营商PJM,在必要时强制数据中心启用备用电源,其初衷与此类似,宁愿消耗柴油发电,也不愿导致整个电网崩溃。
然而,新的问题接踵而至。专家们担心,大规模启用柴油和天然气备用机组,将直接加剧居民区的空气污染。这些小型备用机组产生的氮氧化物和颗粒物排放量,远高于大型正规电厂。这相当于将电网的危机,转嫁为普通民众的公共健康风险,进退两难。
在此背景下,纽约市长已在社交平台上呼吁市民将空调设定在25.5摄氏度,随手关灯,并将洗碗机和洗衣机的使用时间调整至用电低谷期。休斯顿大学副校长直言,整个系统已逼近极限,剩余的缓冲空间所剩无几。
在全球竞逐AI算力、争相建设数据中心的浪潮中,人们更多关注的是AI带来的经济效益,却鲜少提及背后高昂的电力成本。此次美国东部的电力危机,无异于为全球进行了一次免费的压力测试,揭示了AI算力扩张背后真实的电力成本。这个问题已无国界之分,只要大规模建设数据中心、扩展算力,电网就必须承受相应的压力,无人能够幸免。
算力并非凭空产生,每一次AI生成的画面,每一次与AI的对话,背后都有一根电网的线路在默默承受着巨大的负荷。随着全球AI算力扩张速度的持续攀升,下一个面临电网不堪重负的地区,又会是哪里呢?