人工智能（AI）领域对能源消耗的影响日益增大。随着AI的发展，对发电和电网容量的需求也在增加。部署AI的关键要素包括低碳电力（理想情况下是核能提供的无碳电力）的稳定供应。国际能源署（IEA）的报告《能源与人工智能》对此进行了阐述。

能源与信息如何关联

在当前的技术范式中，机器信息处理与能源使用息息相关。例如，物理上，“1”或“0”代表能量的通过或不通过。机器学习的原理也与能量有关。例如，在因机器学习领域的基础性发现和发明而获得诺贝尔奖的霍普菲尔德系统中，基准值被编程以获得最低的能量状态 —— “能量谷”。系统在学习过程中会趋向这个状态。

迄今为止，技术突破、计算成本的降低以及海量数据的可获得性共同推动了AI的迅猛发展，使其从一项科学活动转变为一个影响生产流程、日常生活、政治、艺术乃至能源的产业。

报告指出，确定AI在数据中心总负载中所占的份额存在困难，因为数据中心（DC）不仅处理AI相关工作。另一方面，处理AI工作的不只是数据中心。尽管如此，报告中仍使用“数据中心”这一术语。

数据中心电力需求回顾

根据IEA的数据，2024年数据中心的耗电量约占全球总耗电量的1.5%，达到415太瓦时。在数据中心领域，美国占比最大（45%），中国其次（25%），欧洲第三（15%）。

数据中心平均电力消耗增长率从2005年至2015年间的年均3%加速到2015年至2024年间的年均10%。自2017年以来，全球数据中心电力消耗年均增长约12%。这比整体电力消耗增长速度快四倍以上。2015年至2024年间，中国数据中心的年均增长率为15%，美国为12%。

在发展中国家，各经济部门的能源消耗均在增长，数据中心贡献了总增长的约5%。在能源消耗长期保持基本稳定的国家，数据中心贡献了约20%的增长。

然而，需要指出的是，在全球范围内，数据中心并非电力消耗增长最快的领域。根据IEA的评估，该领域落后于重工业、其他工业、家用电器、空间制冷、空间和水加热以及电动交通等领域。然而，在地方层面，数据中心的接入可能会给发电容量的充足性和电网的输送能力带来挑战。

数据中心电力需求预测

IEA提出了到2030年数据中心能源消耗的四种预测情景。在基准情景下，电力消耗将比当前水平增加一倍以上，达到945太瓦时。报告指出，这略高于日本目前的能源消耗量。

在“飙升”情景下，到2030年电力消耗将超过1260太瓦时。在“高能效”情景下，得益于节能措施，到2030年电力消耗约为800太瓦时。在“逆风”情景下，约为670太瓦时。IEA专家还对2035年的情况进行了预测，但结果显示不确定性非常大，根据不同情景，预测值在700太瓦时到1720太瓦时之间波动。

应用人工智能带来的能源效率

各行业通过利用人工智能改进生产流程，从而降低自身能耗。报告称：“未来工业的数字化和自动化将持续增长；那些在将人工智能融入生产方面取得领先地位的国家和公司将脱颖而出。人工智能的应用可以加速产品开发、降低成本并提高产品质量。工业领域广泛采用人工智能优化流程，可能带来能源节约，其节约量超过墨西哥当前总能源消耗量。”指的是到2035年达到约8艾焦（EJ）的水平，即超过222太瓦时。

T因此，人工智能应用带来的电力节约可以减少电力需求的总体增长，但只能部分抵消。服务器和冷却设备能效的提高，也对数据中心的能耗产生一定的降低影响。

全球数据中心30%的电力需求由燃煤电厂满足。

数据中心的能耗水平与冶金厂相当，包括铝厂等高耗能工厂。此外，数据中心是电力消耗中一个快速增长且日益重要的部分。因此，问题是如何可靠地为其供电。数据中心选址的关键参数包括：可靠的电源、有竞争力的电价、充足的电网容量。

充足的发电容量是决定建设数据中心的关键因素。报告指出，全球数据中心30%的电力需求由燃煤电厂满足。其次是可再生能源发电（27%）、天然气（26%）和核能发电（15%）。2030年后，数据中心供电中燃煤发电的份额将略有下降，天然气发电将保持现有水平，而可再生能源和核能发电的份额将增加。

报告指出，电网对许多地区来说是个问题：“无论是发电企业还是包括数据中心在内的用户，接入电网都需要很长时间，并伴随着一些复杂问题。在发达国家，建设新的输电线路可能需要四到八年时间，而变压器和电缆等关键电网组件的交付等待时间在过去三年中增加了一倍。”

为了确保最可靠的电力供应并能够对其进行管理，这促使科技公司与能源公司之间开展合作。例如，在美国，几家大型数据中心运营商宣布与发电和配电公司建立合作伙伴关系，这些公司正在建设新的天然气发电设施。

美国大型科技公司在2024年与核电站签订了类似协议。例如，甲骨文公司（Oracle）在9月份宣布，计划使用三座小型模块化反应堆（SMR）为一个功率为1吉瓦（GW）的数据中心供电。10月中旬，亚马逊（Amazon）与西北能源公司（Energy Northwest）达成协议，在美国华盛顿州建设四座功率为320兆瓦（MW）的先进机组，并可扩展至960兆瓦。技术供应商是X-energy公司，亚马逊也对其进行了投资。投产时间为21世纪30年代初。此外，亚马逊正与道明尼能源公司（Dominion Energy）探讨建设一个300兆瓦机组的项目。谷歌（Google）同期与凯罗斯电力公司（Kairos Power）签订了购买其未来小型模块化反应堆电力的协议。到2035年，凯罗斯计划建设一个总功率为500兆瓦的反应堆园区。该公司正在田纳西州橡树岭建造赫尔墨斯（Hermes）熔盐反应堆示范堆，计划于2027年启动。下一步是建设一个双机组核电站。报告称：“迄今宣布的为数据中心供电而建设小型核电机组的计划，涉及在全球范围内建设总功率高达25吉瓦的设施，但几乎所有这些项目都在美国，尽管它们处于不同的规划和确定阶段。预计首批项目最早也要到本十年末才能实现。”

真正的环境友好性

报告指出，许多科技公司和大型数据中心运营商致力于减少排放和使用清洁能源，因此购买可再生能源电力。通常这些是金融协议。这意味着，为了满足实际的电力需求，现实中使用了其他能源 —— 天然气或煤炭。然而，一些科技公司确实致力于真正减少排放。例如，谷歌和微软正在签署从低碳能源获取电力的协议，包括水电站、核电站、地热发电装置以及配备二氧化碳捕集技术的天然气发电厂。例如，2024年9月，微软与星座能源公司（Constellation Energy）签订了一份为期20年的合同，计划重启三哩岛（Three Mile Island）核电站1号机组。

对任何核电能力的兴趣

在评估核电站为数据中心供电的前景时，国际能源署报告的作者们重点关注了小型核电站。然而，不仅应提及三哩岛机组的重启，还应提及亚马逊网络服务公司（AWS）与塔伦能源公司（Talen Energy）签订的合同，由萨斯奎哈纳（Susquehanna）核电站（该核电站由两台单机容量为1257兆瓦的机组组成）提供960兆瓦电力。此外，今年5月，由于人工智能项目能耗急剧上升，谷歌宣布与Elementl Power公司就三个核能项目进行合作。 谷歌将为这些项目提供资金。预计每个项目的功率将达到600兆瓦，根据国际原子能机构的分类，这属于中型反应堆项目。这些例子表明，在美国为人工智能数据中心供电（更不用说其他国家），可以使用不同功率的核电站。

在俄罗斯，“数据中心-核电站”的组合早已成熟：2019年9月，位于加里宁（Kalinin）核电站附近的“加里宁斯基”（Kalininsky）数据中心投入运营，该核电站为其供电。此后，俄罗斯国家原子能集团公司（Rosatom）一直在发展其自有的地理分布式数据中心网络，目前，按接入功率计算，该网络在俄罗斯排名前三。该国家集团还与俄罗斯发展人工智能的组织合作。

同时，俄罗斯国家原子能集团公司设计、建造并调整适用于任何项目的小型、中型和大型核电站，所有这些都可以用于为数据中心供电。凭借积累的经验，俄罗斯核工业专家可以为俄罗斯及国外的潜在客户提供利用不同功率核电站创建数据中心并为其供电的综合解决方案。

在俄罗斯，“数据中心-核电站”的组合早已成熟：自2019年起，位于加里宁核电站附近的“加里宁斯基”数据中心已投入运营。