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AI的需求-电力思考
人工智能（AI）的浪潮正在以前所未有的速度席卷全球，成为推动科技进步和经济增长的新引擎。然而，在这场技术革命的背后，一个被忽视的挑战正悄然逼近——紧张的电力供应。
“明年将没有足够的电力来运行所有的芯片。”埃隆·马斯克的预言不仅是对未来的警示，更是对当前电力需求激增的深刻洞察。
《纽约客》杂志报道指出，OpenAI的ChatGPT每天消耗的电力相当于1.7万个美国家庭的用电量。这一数字令人震惊，更揭示了AI对电力的巨大需求。
而在其最新研报中，美银美林描绘了一幅更加紧迫的图景：美国的AI电力使用量预计将在2023年至2028年间以25%~33%的年复合增长率增长。芯片设计公司Arm首席执行官更是直言，到2030年AI可能会用掉美国四分之一的电力。
面对这一挑战，美国的电力系统正遭受前所未有的压力。公共电网系统的改造迫在眉睫，却因种种障碍而进展缓慢。企业为了争夺有限的电网接入权限，已经将竞争延伸到了科技产业并不发达的地区，如俄亥俄、爱荷华等地。
在这样的背景下，探索新的电力供应方案变得至关重要。核聚变、燃料电池和地热能等清洁能源技术，正在被企业视为未来电力供应的潜在保障。
美国电力系统承压：ChatGPT一天“吃”掉1.7万个家庭的用电量
“我认为，明年将没有足够的电力来运行所有的芯片。”在今年3月的一场活动中，马斯克如此预言AI热潮背后的电力短缺风险。
AI大模型的训练和推理需要巨大的电力供应。据《纽约客》杂志报道，OpenAI的ChatGPT每天要响应大约2亿个请求，消耗的电力超过50万度，相当于1.7万个美国家庭的用电量。“算力的尽头是电力”，这虽然是句玩笑话，但却有其深刻之处。
作为AI产业发展的领头羊，美国已经感受到了AI需求对电网的挤压。技术创业者、前谷歌工程师凯尔·科比特（Kyle Corbitt）近日在社交媒体上透露，训练GPT-6的微软工程师们正忙着把分布在不同地区的GPU连接起来，这是一件很困难的事情，但他们别无选择，因为如果把10万块英伟达H100芯片集中放在一个区域，会导致电网崩溃。
当前，美国各大科技巨头都在积极部署AI，在全国各地部署数据中心等基础设施，电网的接入权限成为了重要的竞争资源。据《华盛顿邮报》报道，传统上与计算产业毫无关联的地区，如俄亥俄州的哥伦布市、爱荷华州的阿尔图纳市和印第安纳州的韦恩堡市都成为了数据中心开发商争夺土地和电网接入权限的地方。
“现在所有人都在追逐电力，他们愿意去任何地方。”房地产服务公司仲量联行数据中心市场董事总经理Andy Cvengros对《华盛顿邮报》表示。据Cvengros，电力公司普遍表示，面对突然涌入的电力需求，他们需要评估自己的系统承载能力后才知道能否应对。
最近，数据中心开发商Michael Halaburda和Arman Khalili正忙着将波特兰地区一家废弃的瓷砖工厂改造成数据中心。就在几个月前，他们还认为电力不是问题，然而最近电力公司却提醒他们，需要进行“线路和负载研究”，以评估是否能为这个数据中心项目提供60兆瓦的电力，这大约是4.5万户美国家庭的用电量。
公共电网升级难，企业各显神通“抢电”
在巨大的电力需求前景下，美国的电力基础设施亟需扩容和升级，以应对AI训练等事件带来的电力集中需求。美国的电网基础设施多建成于上世纪60至70年代，且多数输电线路和变压器运行超过25年，容易因极端天气影响而断电，2021年寒潮导致的得克萨斯州大停电便是证明。
在此背景下，美国联邦能源监管委员会（FERC）将于5月13日召开特别会议，讨论电力输送问题。据悉，会议将制定计划，加速远距离输电线项目的开发和清洁能源项目接入电网的事宜。
实际上，缓解电力瓶颈是拜登政府的优先事项之一，但是建设全国电网涉及跨州问题，联邦政府权力有限，此外这还涉及到大量的土地购买、环境评估和各州之间有关成本的讨价还价，终究是一个漫长和繁杂的过程。数据显示，在2013年，美国每年还能建造4000英里的输电线，而如今这一数字连1000英里都达不到。
在公共电网短期内无法显著改善这一现实面前，企业界开始自己寻找解决办法，保障自家电力供应。
购买核能就是主要方向之一。2024年3月，亚马逊网络服务公司（AWS）签署了一项协议，将在宾夕法尼亚州的一个核电站旁购买一个数据中心，并有可能从该厂获得高达960兆瓦的专用电力。
此外，建立小型核反应堆来专门供电也是一条思路。
微软2023年开出招聘启事，希望寻找一名核技术专家，负责评估和整合小型模块化核反应堆和微反应堆，“为支持微软云和人工智能的数据中心提供动力”。而且，微软还在核聚变领域布局，2023年5月便与核聚变初创公司Helion签署了一项电力购买协议，计划于2028年从Helion购买电力。值得一提的是，OpenAI CEO山姆·阿尔特曼正是这家初创公司的早期重要投资者。
不过，目前，美国还没有一个小型模块化核反应堆，部分原因是联邦机构核管理委员会漫长的独立监管程序。而利用核聚变发电也仍是一个尚未实现的科学目标。
前述数据中心开发商Michael Halaburda和Arman Khalili则转向了燃料电池和地热等较为成熟的技术。他们在波特兰的数据中心项目将主要由天然气为燃料的燃料电池供电，电网的电力只起到补充作用。在得克萨斯州南部的另外一个新项目中，他们甚至选择不接入电网，而是直接挖掘数百米，以地热发电为数据中心供电。
中美23年用电量、发电量对比
中国发电量和用电量：
根据国家能源局的数据，2023年中国全社会用电量为92241亿千瓦时，同比增长6.7%。
规模以上工业发电量为89091亿千瓦时。
全国累计发电装机容量约29.2亿千瓦，同比增长13.9%。
其中，太阳能发电装机容量约6.1亿千瓦，同比增长55.2%；风电装机容量约4.4亿千瓦，同比增长20.7%。
主要发电企业电源工程完成投资9675亿元，电网工程完成投资5275亿元，分别同比增长30.1%和5.4%。
美国发电量和用电量：
2023年，美国全口径净发电量为41781.71亿千瓦时，同比下降1.2%。
美国全社会净用电量估计为39987.3亿千瓦时，同比下降1.7%。
美国全行业用电量（工业、商业和运输业零售电量+工商业自发电量）为25625亿千瓦时，同比下降0.5%。
美国居民用电量是14547亿千瓦时，同比下降3.6%。
历年中美发电量
此部分为转载【作者：北海居，链接：https://xueqiu.com/5296061618/248393215】
1902年，美国净发电量为59.69亿千瓦时，中国无数据。1907年，美国经发电量为141.21亿千瓦时，中国无数据。1912年，美国净发电量为247.52亿千瓦时，中国总发电量为0.46亿千瓦时，美国净发电量为中国总发电量的538.09倍。
1915年，中国总发电量突破1亿千瓦时，达到1.30亿千瓦时，1917年突破2亿千瓦时，达到2.04亿千瓦时，童年美国净发电量为434.29亿千瓦时，美国净发电量为中国总发电量的212.89倍。
1919年，中国总发电量突破3亿千瓦时，1920年达到3.61亿千瓦时，同年美国净发电量为565.59亿千瓦时，美国净发电量为中国总发电量的156.67倍。
1922年，中国总发电量达到5.19亿千瓦时，美国净发电量为612.04亿千瓦时，美国净发电量是中国中发电量的117.93倍。
1926年，中国总发电量突破10亿千瓦时，达到10.11亿千瓦时，同年美国净发电量为942.22亿千瓦时，美国净发电量是中国总发电量的93.20倍。
1930年和1933年，中国总发电量先后突破15亿千瓦时和20亿千瓦时，分别为15.46亿千瓦时和20.74亿千瓦时，美国这两年净发电量则分别为1146.37亿千瓦时和1026.55亿千瓦时，分别是中国总发电量的73.30倍和49.50倍。
1936年，中国总发电量达到30.75亿千瓦时，美国净发电量为1360.06亿千瓦时，美国净发电量为中国总发电量的44.23倍。太平洋战争爆发后，日本在东北加快了工业生产步伐，1942年中国总发电量突破50亿千瓦时，达到52.20亿千瓦时，同年美国净发电量为2331.46亿千瓦时，是中国总发电量的44.66倍。
1944年以后，由于日本战争潜力已尽，日本在东北的电力生产开始下降，1945年中国总发电量降至48.76亿千瓦时，美国净发电量为2712.25亿千瓦时，其净发电量是中国总发电量的55.62倍。（注：1932年至1945年，中国总发电量包括日占区发电量）
1946年至1949年，由于国共内战，经济和工业生产遭到极大破坏，中国总发电量连年下降。1946年为36.25亿千瓦时，1947年为46.71亿千瓦时，1948年为44.98亿千瓦时，1949年为43.08亿千瓦时；同期，美国净发电量分别为：1946年2693.41亿千瓦时，1947年3073.10亿千瓦时，1948年3368.08亿千瓦时，1949年2961.24亿千瓦时，1949年，美国总发电量为中国总发电量的73.32倍，美国净发电量是中国净发电量的73.65倍。
1951年，中国总发电量超过民国历史最高产量，达到57亿千瓦时，同年美国总发电量为4003.32亿千瓦时，是中国总发电量的70.23倍；中国净发电量为53.2亿千瓦时，美国净发电量是3752.98亿千瓦时，是中国的70.55倍。1954年，中国总发电量突破100亿千瓦时大关，达到110.01亿千瓦时；美国总发电量为5080.25亿千瓦时，是中国总发电量的46.18倍；中国净发电量为103.63亿千瓦时，美国净发电量为4762.58亿千瓦时，是中国的45.96倍。
1960年，中国总发电量首次突破500亿千瓦时，达到594亿千瓦时；美国总发电量为8097.93亿千瓦时，是中国总发电量的13.63倍；中国净发电量为547.25亿千瓦时，美国净发电量为7591.56亿千瓦时，是中国的13.87倍。1970年，中国总发电量突破1000亿千瓦时关口，达到1159亿千瓦时，美国总发电量为16375.07亿千瓦时，是中国的14.13倍；中国净发电量为1083.20亿千瓦时，美国净发电量为15351.11亿千瓦时，是中国的14.17倍。
1976年，中国总发电量突破2000亿千瓦时，达到2031亿千瓦时，美国总发电量为21770.47亿千瓦时，是中国的10.72倍。1976年，中国净发电量为1902.23亿千瓦时，美国净发电量为20409.14亿千瓦时，是中国的10.73倍。
1985年，中国总发电量达到4107亿千瓦时，美国总发电量为26571.50亿千瓦时，是中国的6.47倍；中国净发电量为3843.24亿千瓦时，美国净发电量为24730.02亿千瓦时，是中国的6.43倍。
1995年，中国总发电量突破1万亿千瓦时，达到10070.30亿千瓦时，美国总发电量为35673.31亿千瓦时，是中国的3.54倍；中国净发电量为9387.53亿千瓦时，美国净发电量为33534.87亿千瓦时，是中国的3.57倍。
2004年，中国总发电量突破2万亿千瓦时达到22033.09亿千瓦时，美国总发电量为42316.83亿千瓦时，是中国的192倍；中国净发电量为20722.12亿千瓦时，美国净发电量为39705.55亿千瓦时，是中国的1.92倍。
2007年，中国总发电量突破3万亿千瓦时达到32815.53亿千瓦时，美国总发电量为44318.37亿千瓦时，是中国的1.35倍；中国净发电量为30902.38亿千瓦时，美国净发电量为41567.45亿千瓦时，是中国的1.35倍。
2010年，中国发电厂总发电量突破4万亿千瓦时达到42071.60亿千瓦时，美国总发电量为43942.51亿千瓦时，是中国的1.04倍；中国净发电量为39785.21亿千瓦时，美国净发电量为41250.60亿千瓦时，是中国的1.04倍。
2011年，中国发电厂总发电量达到47130.19亿千瓦时，美国总发电量为43633.77亿千瓦时，是中国的92.6%；中国净发电量为44591.04亿千瓦时，美国净发电量为41001.41亿千瓦时，是中国的91.9%。中国总发电量和净发电量正式全面超越美国，这是自电力发明以来美国发电量首次跌下全球第一宝座。
2022年，中国发电厂总发电量达到88487.10亿千瓦时，美国总发电量为45510.30亿千瓦时，是中国的51.4%；中国净发电量为84416.69亿千瓦时，美国净发电量为42431.36亿千瓦时，是中国的50.3%。
从发电能力来看，1949年，中国发电设备装机容量为185万千瓦，美国发电设备装机容量为6340万千瓦，是中国的34.30倍。
1952年，随着中国国民经济得到恢复，中国发电设备装机容量达到196万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到8320万千瓦，是中国的42.36倍。
1957年，经过一五计划的建设完成，中国发电设备装机容量增长到464万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到13110万千瓦，美国领先中国的优势缩小到28.25倍。
1962年，中国发电设备装机容量增长到1304万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到19210万千瓦，美国领先中国的优势缩小到14.73倍。
1970年，中国发电设备装机容量增长到2377万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到33640万千瓦，美国领先中国的优势缩小到14.15倍。
1975年，中国发电设备装机容量增长到4341万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到49130万千瓦，美国领先中国的优势缩小到11.32倍。
1978年，中国发电设备装机容量增长到5712万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到55210万千瓦，美国领先中国的优势缩小到9.67倍。
1987年，中国发电设备装机容量突破1亿千瓦达到10290万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到67213万千瓦，美国领先中国的优势缩小到6.53倍。
1995年，中国发电设备装机容量突破2亿千瓦达到21722万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到75361万千瓦，美国领先中国的优势缩小到3.47倍。
2000年，中国发电设备装机容量突破3亿千瓦达到31932万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到81172万千瓦，美国领先中国的优势缩小到2.54倍。
2004年，中国发电设备装机容量突破4亿千瓦达到44239万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到104962万千瓦，美国领先中国的优势缩小到2.37倍。
2005年、2006年和2007年，中国发电设备装机容量连续突破5亿千瓦、6亿千瓦和7亿千瓦三个关口后，2009年、2010年、2011年和2012年又接连突破8亿千瓦、9亿千瓦、10亿千瓦时和11亿千瓦，并在2013年突破12亿千瓦大关达到125768万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到116402万千瓦，美国一百多年以来的全球第一大发电设备装机容量大国地位被中国超越。
2022年，中国发电设备装机容量突破25亿千瓦达到256405万千瓦，同年美国发电设备装机容量增长到125709万千瓦，美国发电设备装机容量仅为中国的49.03%，跌破50%大关。
总结：
虽说美国在科技方面远超中国，但是涉及到落地以及正真的普及远不如中国。
吐槽国内的创新能力是真的差，大模型也好、AI也好、过一段时间我要说的机器人也好、脑机也好为什么都在创新上远超我们，任重而道远那些大公司也只是抄抄抄，各种技术乱抄。
