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4月10日，國際能源署（IEA）發(fā)布《能源與人工智能》報告，深入探討了人工智能（AI）與能源之間的關(guān)系。報告指出，迄今為止，政策制定者和其他利益相關(guān)方往往因缺乏全面數(shù)據(jù)，難以對AI對能源的需求及其對能源行業(yè)的潛在變革進(jìn)行分析。因此，該報告旨在通過新的全球與區(qū)域建模和數(shù)據(jù)集，以及各國政府與監(jiān)管機(jī)構(gòu)、科技行業(yè)、能源產(chǎn)業(yè)及國際專家的廣泛交流，來填補(bǔ)這一空白。該報告的內(nèi)容主要涉及未來十年內(nèi)AI可能消耗的電力預(yù)測，以及滿足此類需求所需的能源來源；同時分析了AI的廣泛應(yīng)用對能源安全、排放、創(chuàng)新和可負(fù)擔(dān)性等方面的潛在影響。報告的主要要點如下：

1. AI的變革潛力取決于能源

在計算成本下降、數(shù)據(jù)可用性激增和技術(shù)突破的推動下，AI的功能發(fā)生了翻天覆地的變化。在過去的幾年里，AI已經(jīng)從學(xué)術(shù)追求變成了一個市值和風(fēng)險投資規(guī)模達(dá)數(shù)萬億美元的行業(yè)。然而，沒有能源就沒有AI；與此同時，AI有可能改變能源行業(yè)。負(fù)擔(dān)得起、可靠和可持續(xù)的電力供應(yīng)將是AI發(fā)展的關(guān)鍵決定因素，能夠快速、大規(guī)模地提供所需能源的國家將最有可能受益。AI模型的訓(xùn)練和部署在大型且耗電的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行。一個典型的以AI為中心的數(shù)據(jù)中心消耗的電力相當(dāng)于10萬戶家庭的用電量，但目前在建的最大數(shù)據(jù)中心將消耗20倍于此的電力。因此，能源行業(yè)正處于當(dāng)今最重要的技術(shù)革命之一的核心位置。

2. 數(shù)據(jù)中心目前在全球電力消耗中所占比例較小，但它們對當(dāng)?shù)氐挠绊憛s更加顯著

自2022年以來，全球?qū)?shù)據(jù)中心的投資幾乎翻了一番，2024年總額已達(dá)到5000億美元。這種投資熱潮導(dǎo)致人們對電力需求飆升的擔(dān)憂日益增加。2024年，數(shù)據(jù)中心約占全球電力消耗的1.5%，即415太瓦時（TWh）。2024年，美國占據(jù)全球數(shù)據(jù)中心用電量的最大份額（45%），其次是中國（25%）和歐洲（15%）。自2017年以來，全球數(shù)據(jù)中心的電力消耗年均增長約12%，是全球總電力消耗增長率的四倍多。專注于AI的數(shù)據(jù)中心消耗的電力可與鋁冶煉廠等電力密集型工廠相當(dāng)，但它們在地理上更為集中。在美國，近一半的數(shù)據(jù)中心容量集中在五個區(qū)域集群中。該行業(yè)在當(dāng)?shù)仉娏κ袌鲋姓紦?jù)了相當(dāng)大的用電份額。

3. 到2030年，數(shù)據(jù)中心的電力需求將增加一倍以上

到2030年，數(shù)據(jù)中心的電力消耗預(yù)計將增加一倍以上，達(dá)到約945 TWh。這比日本目前的總電力消耗略高。AI是這一增長的最重要驅(qū)動因素，同時其他數(shù)字服務(wù)的需求攀升也起到助推作用。美國將占據(jù)預(yù)計增量的最大份額，中國緊隨其后。在美國，數(shù)據(jù)中心用電量將占到2030年前電力需求增量的近一半。到本世紀(jì)30年代末，美國數(shù)據(jù)中心的用電量預(yù)計將超過鋁、鋼、水泥、化工等所有其他高耗能產(chǎn)業(yè)的總和。2030年后的預(yù)測不確定性進(jìn)一步增大，但根據(jù)我們的基準(zhǔn)情景預(yù)測，全球數(shù)據(jù)中心用電量到2035年將攀升至約1200 TWh 左右。

4. 滿足數(shù)據(jù)中心的電力需求將需要多種能源協(xié)同發(fā)揮作用

可再生能源和天然氣在滿足數(shù)據(jù)中心電力需求方面處于領(lǐng)先地位，但多種能源將共同發(fā)揮作用。全球一半的數(shù)據(jù)中心需求增長由可再生能源提供支持，并得到儲能和更廣泛的電力網(wǎng)絡(luò)支持。預(yù)計到2035年，可再生能源的發(fā)電量將增長超過450太瓦時以滿足數(shù)據(jù)中心需求，這得益于其建設(shè)周期短、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢及科技企業(yè)的戰(zhàn)略性采購。具備靈活調(diào)度能力的天然氣發(fā)電占據(jù)重要地位，其裝機(jī)規(guī)模將擴(kuò)大175太瓦時，尤以美國需求最為顯著。核能發(fā)電將貢獻(xiàn)相當(dāng)規(guī)模的增量，特別是在中國、日本和美國。首批小型模塊化反應(yīng)堆預(yù)計將在2030年左右投入使用。

5. 數(shù)據(jù)中心是電力時代加速電力需求增長的驅(qū)動因素之一

到 2030 年，數(shù)據(jù)中心將約占全球電力需求增長的十分之一，低于工業(yè)電機(jī)、家庭和辦公室空調(diào)或電動汽車的份額。然而，數(shù)據(jù)中心在推動電力需求方面的重要性因國家而異。新興和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體已經(jīng)經(jīng)歷了快速的電力需求增長。在這些國家/地區(qū)，數(shù)據(jù)中心占到2030 年電力需求增長的5%左右。另一方面，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體的電力需求幾十年來基本上停滯不前。在這些國家，到2030年，數(shù)據(jù)中心占需求增長的 20% 以上，這提醒人們有必要讓電力行業(yè)再次走上增長軌道。

6. 在將數(shù)據(jù)中心整合入電力網(wǎng)絡(luò)時，智能化意味著更高效

許多地區(qū)電網(wǎng)已承壓嚴(yán)重。據(jù)估算，若風(fēng)險未緩解，約20%的規(guī)劃數(shù)據(jù)中心項目可能延遲。電網(wǎng)接入隊列（包括數(shù)據(jù)中心）冗長復(fù)雜，發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體新建輸電線路需4~8年，變壓器、電纜等關(guān)鍵設(shè)備等待時間在過去三年內(nèi)已經(jīng)翻倍。發(fā)電設(shè)備的需求量也很大。新燃?xì)廨啓C(jī)交付周期長達(dá)數(shù)年，這可能導(dǎo)致其投入使用時間推遲到2030年以后。如果電力部門不加大力度，那么滿足數(shù)據(jù)中心負(fù)荷增長的要求就有可能與電氣化、制造業(yè)增長或經(jīng)濟(jì)承受能力等其他目標(biāo)相沖突。降低這些風(fēng)險的主要選擇包括將新數(shù)據(jù)中心設(shè)在電力和電網(wǎng)可用性高的地區(qū)，以及更靈活地運(yùn)行數(shù)據(jù)中心服務(wù)器或其現(xiàn)場發(fā)電和存儲資產(chǎn)。這些策略仍然未得到充分探索。以AI為核心的數(shù)據(jù)中心的資本密集度是鋁冶煉廠的10倍，這意味著通過削減其運(yùn)營來為電網(wǎng)提供靈活性的成本極為高昂。但許多數(shù)據(jù)中心在運(yùn)營時都有備用服務(wù)器容量。監(jiān)管機(jī)構(gòu)可以探索采取措施，激勵數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商更靈活地使用備用服務(wù)器容量或其備用發(fā)電或存儲資產(chǎn)。電網(wǎng)運(yùn)營商也可以研究激勵措施，將數(shù)據(jù)中心設(shè)在電網(wǎng)限制較少的地區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)，美國正在開發(fā)的數(shù)據(jù)中心中有 50%位于已有的大型集群中，這可能會增加本地瓶頸的風(fēng)險。

7. AI相關(guān)的電力需求前景存在很大不確定性

AI的普及速度、能力和生產(chǎn)力、效率提高的速度以及能源行業(yè)的瓶頸能否得到解決，都存在不確定性。該報告分析了“起飛情景”、“逆風(fēng)情景”和“高效情景”三種情景下的情形^[1]。到2035年，各情景下數(shù)據(jù)中心用電量跨度為700~1700太瓦時，燃?xì)獍l(fā)電增量在起飛與逆風(fēng)情景中相差四倍，核電增量差異更甚。在“高效情景”下，數(shù)據(jù)中心的電力需求到2035年將比基準(zhǔn)情景低20%。

8. AI可為能源行業(yè)帶來巨大的效率和運(yùn)營收益

能源公司已經(jīng)在部署AI以轉(zhuǎn)型和優(yōu)化能源及礦產(chǎn)供應(yīng)、電力生產(chǎn)和傳輸以及能源消耗等。石油和天然氣行業(yè)是AI的早期采用者，利用AI來優(yōu)化勘探、生產(chǎn)、維護(hù)和安全。AI還可以幫助平衡日益復(fù)雜、分散和數(shù)字化的電網(wǎng)。未來的產(chǎn)業(yè)將越來越數(shù)字化和自動化，率先將 AI 集成到制造業(yè)中的國家和公司將領(lǐng)先一步。AI在交通領(lǐng)域的應(yīng)用可以提高效率并節(jié)省成本，但也可能增加個人出行的需求。AI在建筑行業(yè)主導(dǎo)的優(yōu)化具有巨大的潛力，可以提高供暖和制冷系統(tǒng)的效率，以及用電靈活性。

9. 加速創(chuàng)新可能是AI對能源行業(yè)最重要的長期效應(yīng)之一

AI 正在成為一種強(qiáng)大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)工具，幫助研究人員更快地發(fā)現(xiàn)、測試和商業(yè)化創(chuàng)新。新能源技術(shù)的創(chuàng)新周期通常長達(dá)幾十年，縮短這一周期將是實現(xiàn)能源行業(yè)目標(biāo)（如可持續(xù)性和競爭力）的關(guān)鍵。然而，能源初創(chuàng)公司籌集的資金中，只有2%流向了具有與AI相關(guān)價值主張的公司。能源創(chuàng)新面臨的問題正是AI擅長解決的那類問題。例如，只有 0.01% 的下一代太陽能光伏材料是實驗生產(chǎn)的，還有大量可能的材料有待探索。AI可以幫助科學(xué)家大幅加速尋找和測試有前途的材料、電池化學(xué)和碳捕集分子的過程。需要制定政策來支持AI主導(dǎo)的發(fā)明，同時加快商業(yè)化進(jìn)程，因為商業(yè)化往往比發(fā)現(xiàn)階段對新產(chǎn)品的阻礙更大。

10. 能源部門尚未充分利用AI

能源是當(dāng)今世界最復(fù)雜和最關(guān)鍵的行業(yè)之一，但它完全有能力并且應(yīng)該做更多工作以充分利用AI的潛在優(yōu)勢。能源行業(yè)在實現(xiàn)廣泛采用AI方面面臨著各種障礙，包括數(shù)據(jù)和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施及技能的缺失或不足，以及持續(xù)存在的數(shù)字和物理安全問題，這些問題往往壓倒了潛在的效率收益。與其他行業(yè)相比，能源行業(yè)AI相關(guān)技能的普及率要低得多。要使能源部門能夠抓住AI的好處，就需要對政策和監(jiān)管進(jìn)行改革。

11. AI可能會加劇一些能源安全問題，但有助于解決其他問題

AI加劇了一些能源安全風(fēng)險，但也在網(wǎng)絡(luò)和物理領(lǐng)域提供了解決方案。隨著AI能力的提高，其被各種行為者利用和濫用的能力也在提高。在過去四年里，針對能源公用事業(yè)的網(wǎng)絡(luò)攻擊增加了兩倍，而且由于AI的存在，攻擊變得更加復(fù)雜。與此同時，AI正成為抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的重要工具。在物理領(lǐng)域，配備了AI的衛(wèi)星和傳感器能夠以高空間分辨率探測關(guān)鍵能源基礎(chǔ)設(shè)施中發(fā)生的事件，其速度比傳統(tǒng)的地面方法快 500 倍。隨著能源安全性質(zhì)的演變，國際能源署將繼續(xù)監(jiān)測這一關(guān)鍵問題。

12. 新興和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體可跨越式發(fā)展AI解決方案

除中國外，新興和發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體的互聯(lián)網(wǎng)用戶占全球的 50%，但其數(shù)據(jù)中心容量卻不到全球的 10%。擁有可靠、可負(fù)擔(dān)得起的電力供應(yīng)記錄的國家將處于最有利的位置，能夠釋放數(shù)據(jù)中心的增長潛力，將對本土AI發(fā)展至關(guān)重要的計算能力本地化，并在更大范圍內(nèi)刺激信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。數(shù)據(jù)中心還可以成為新的低排放電力項目的錨點。然而，在經(jīng)常停電或存在電能質(zhì)量問題的地區(qū)，維護(hù)數(shù)據(jù)中心可能會面臨風(fēng)險或成本高昂，因此海外托管對企業(yè)來說更具吸引力。在發(fā)展中經(jīng)濟(jì)體，AI的應(yīng)用案例也很有前景，有助于釋放新的效率和優(yōu)化流程。克服數(shù)字化的障礙可以幫助這些經(jīng)濟(jì)體躍升為AI解決方案提供商，從而節(jié)省成本和時間。

13. 對AI可能加劇氣候變化的擔(dān)憂似乎被夸大了，同樣，僅靠AI解決這一問題的期望也過于樂觀

到 2035 年，數(shù)據(jù)中心用電產(chǎn)生的排放量將從現(xiàn)在的1.8億噸增長到基礎(chǔ)案例中的3億噸，而在起飛情景中將達(dá)到5億噸。雖然在此期間這些排放量仍低于能源行業(yè)總排放量的1.5%，但數(shù)據(jù)中心是增長最快的排放源之一。廣泛采用現(xiàn)有的AI應(yīng)用可帶來遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)中心排放的減排量，但也遠(yuǎn)小于應(yīng)對氣候變化所需的減排量。我們估計，廣泛應(yīng)用現(xiàn)有AI主導(dǎo)的解決方案所帶來的減排量相當(dāng)于2035年能源相關(guān)排放的5%左右。要釋放這些收益，需要克服采用AI的各種障礙。AI可以成為減排的工具，但它不是靈丹妙藥，無法替代前瞻性政策干預(yù)的必要性。

14. 能源與科技齊頭并進(jìn)，合作是關(guān)鍵

科技行業(yè)和能源行業(yè)比以往任何時候都更加緊密地交織在一起。前進(jìn)的道路上存在著巨大的不確定性，但這些不應(yīng)該妨礙我們采取協(xié)調(diào)一致的行動。要為AI提供能源，并抓住AI為能源帶來的好處，就需要科技界與能源行業(yè)之間進(jìn)行更深入的對話與合作。在此過程中，將有風(fēng)險需要管理。國際能源署將繼續(xù)提供數(shù)據(jù)和可靠的分析，為決策提供依據(jù)，并幫助能源和技術(shù)部門在采用AI的過程中做好更充分的準(zhǔn)備。