第一財經(jīng) 作者：朱穎
人工智能(AI)是電老虎，每天在吞噬巨大的電能。據(jù)報道，OpenAI的ChatGPT每天消耗超過50萬千瓦時的電力，以響應2億個用戶的請求，而美國一個家庭平均每天的用電量約為29千瓦時。
AI耗電迅猛，科技巨頭因此發(fā)出缺電警告。特斯拉CEO馬斯克強調(diào)說，人工智能的快速發(fā)展和自動駕駛汽車的開發(fā)進展可能導致電力短缺。對芯片的需求“比以往任何一次的淘金熱都要大”，從長遠來看，按照目前AI每6個月翻一番計算增長速度是不可持續(xù)的。美國有可能到2025年面臨沒有足夠的電力為所有計算機芯片供電。
AI電力消耗巨大
根據(jù)全球數(shù)據(jù)中心標準組織之一的“國際正常運行時間協(xié)會”預測，到2025年，AI業(yè)務在全球數(shù)據(jù)中心用電量中的占比，將從2%猛增到10%。而荷蘭國家銀行數(shù)據(jù)科學家亞歷克斯·德弗里斯在一篇論文中估計，到2027年，AI的用電量可能占全球總用電量的0.5%。據(jù)他推算，如果谷歌將生成式AI技術整合到每次搜索中，每年將消耗約290億千瓦時的電量。這比肯尼亞、危地馬拉和克羅地亞等國一年的用電量還要多。
目前還不清楚全球數(shù)據(jù)中心的指數(shù)級增長究竟需要多少電力。但大多數(shù)人都認為，推動AI發(fā)展所需的數(shù)據(jù)中心將需要大量電力，這可能會給電網(wǎng)帶來壓力，并阻礙向清潔能源的過渡。亞馬遜網(wǎng)絡服務工程副總裁比爾·瓦斯說，全球每3天就會增加一個新的數(shù)據(jù)中心。微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨表示，電力是決定數(shù)據(jù)中心能否盈利的關鍵因素，而AI消耗的電力是驚人的。在標普全球舉辦的名為劍橋能源周(CERAWeek)的會議上，人們對AI需要大量電力沒有任何爭議。
機器學習消耗了大量能量。所有這些為電子郵件摘要、聊天機器人和霍默·辛普森演唱會視頻提供動力的AI模型都在以兆瓦/小時為單位的巨額服務器提供電力。但似乎沒有人，甚至是這些技術公司能夠確切地說出到底消耗了多少電力。目前只能按照估計來計算，這些數(shù)字是部分的和偶然的，只能提供AI總能源消耗量的一部分。這是因為機器學習模型具有難以置信的可變性，能夠以顯著方式改變其功耗。Meta、微軟和OpenAI等公司不愿意分享相關信息。
人工智能研究專家薩沙·盧西奧尼表示，做出最新估計的挑戰(zhàn)在于，隨著人工智能的盈利，公司變得更加隱秘。回到幾年前，像OpenAI這樣的公司會公布它們的培訓制度的細節(jié)，比如，什么樣的硬件以及培訓持續(xù)多久。但最新的模型，如ChatGPT和GPT-4，根本不存在相同的信息。盧西奧尼撰寫了幾篇研究人工智能能源使用的論文，稱這種保密性部分是由于公司之間的競爭，但也是為了轉(zhuǎn)移批評。
美國電力供應趨于緊張
美國在二次世界大戰(zhàn)后的經(jīng)濟發(fā)展與電力消耗密切聯(lián)系。1950年美國消耗了3000億千瓦時的電力。1970年和1990年分別達到1.39萬億和2.83萬億千瓦時。進入21世紀，美國的電力需求平均年增長率僅為1%。這一事實定義了此后的政策制定、監(jiān)管和投資模式。在這種環(huán)境下，長期戰(zhàn)略投資很難證明是合理的。相反，該行業(yè)的組織方式是以最大的成本效益運行，最大限度地減少過剩的電網(wǎng)和發(fā)電能力，并以較低的費率將收益轉(zhuǎn)移給消費者。
這種電力運行模式遇到了AI迅猛發(fā)展，美國將面臨電力短缺的困境。三種趨同的經(jīng)濟趨勢正在推動從幾十年的電力需求近乎零增長突然轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌母煸鲩L軌跡。首先，AI的繁榮釋放了對數(shù)據(jù)中心的巨大新投資。其次，聯(lián)邦工業(yè)政策的新時代正在吸引許多工業(yè)和制造業(yè)部門的新投資。最后，大規(guī)模電氣化的加速效應，最顯著的是在交通領域，也在住宅和商業(yè)供暖以及工業(yè)供暖應用領域。
今年初，美國能源分析機構預測，今年的電力零售總額將創(chuàng)下歷史新高。北美電力可靠性公司大幅提高了對未來十年峰值電力需求的預測，未來10年的預計需求增長幾乎是5年前的2倍。
美國電力研究所稱，拜登任期的一半時間內(nèi)，美國新建或擴建了150多家工廠。這是自上世紀90年代初以來，美國工廠建設從未有過的現(xiàn)象。英特爾、臺積電、三星和美光這四家最大的制造商正在美國建造新半導體工廠，一旦投入運營，其用電量可能是西雅圖市的2倍多。僅這些超級工廠中的每一家就要使用一個中等城鎮(zhèn)的電力。
尋求核聚變發(fā)電
多年來，科技公司和硅谷億萬富翁們一直在向核聚變投資，將核聚變視為可持續(xù)能源，并能實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型。Oklo是由OpenAI首席執(zhí)行官奧特曼支持的核初創(chuàng)公司之一，他將人工智能和廉價的綠色能源描述為實現(xiàn)未來“富足”相輔相成的要素。2021年奧特曼向核聚變初創(chuàng)公司Helion Energy投資3.75億美元時表示：“從根本上講，在當今世界，你隨處可見的兩種限制性商品是智能和能源�！�
去年5月微軟與Helion Energy簽訂購電協(xié)議，Helion計劃在2028年前讓首座核融合電廠開始運轉(zhuǎn)，目標發(fā)電量達50兆瓦(MW)。目前Helion Energy已獲得超過5.7億美元的資金。目前預計Helion Energy第七代機器“北極星”(Polaris)有可能在今年上線發(fā)電，將用高功率電磁脈沖、氦-3燃料來實現(xiàn)聚變。
在美國，資金正在流入開發(fā)核聚變技術的初創(chuàng)企業(yè)。美國核聚變工業(yè)協(xié)會預測，截至2022年，從事核聚變技術開發(fā)業(yè)務的超過30家企業(yè)的融資總額至少達到48億美元。2021年10月至2022年7月各公司的融資總額達到28億美元。核聚變能源一直被視為有望在2050年前后實現(xiàn)商用化的“理想技術”，希望通過技術革新早日實現(xiàn)商用化的投資急劇增加。麻省理工學院創(chuàng)辦的Commonwealth Fusion Systems于2021年成功獲得行業(yè)史上最大規(guī)模的18億美元融資。該公司的目標是在2030年代建成核聚變發(fā)電機組。
美國是世界上最大的核能生產(chǎn)國，約占全球核能發(fā)電量的30%。2022年，美國核反應堆的發(fā)電量為772太瓦時(TWh)，占總發(fā)電量的18%。美國39%的電力來自天然氣發(fā)電。《通脹削減法案》于2022年8月簽署成為法律。該法案通過對現(xiàn)有大型核電站和更新的先進反應堆的投資和稅收優(yōu)惠，以及高含量低濃縮鈾(HALEU)和氫氣生產(chǎn)，為現(xiàn)有和新的核開發(fā)提供支持。
暫緩化石燃料退出
馬斯克強調(diào)需要清潔能源發(fā)電來解決這一問題，并提議從化石燃料過渡到可再生能源。根據(jù)馬斯克的計算，新方案將涉及30兆瓦的風能和太陽能園區(qū)以及240太瓦時的存儲容量。但遠水不解近渴�？稍偕茉慈匀恢徽济绹娏Y構的20%左右。在這個背景下，不斷飆升的電力消耗已經(jīng)推遲了堪薩斯州、內(nèi)布拉斯加州、威斯康星州和南卡羅來納州的煤電廠關閉。根據(jù)美國能源信息署(EIA)的估計，2024年燃煤發(fā)電廠機組的退役數(shù)預計在6至8人之間，這低于2023年關閉的22個機組。
去年3月美國總統(tǒng)拜登批準了大規(guī)模的“柳樹”(Willow)計劃，將在石油資源豐富的阿拉斯加州北坡進行開采。拜登批準原油生產(chǎn)商康菲公司(ConocoPhillips)的“柳樹”項目，將允許該公司在三處地點開采，最多可達199口油井。不過拜登拒絕批準在其他兩處地點開采，而康菲公司則同意放棄目前在阿拉斯加州擁有的大約2700公頃的土地租約�！傲鴺洹表椖坑锌赡苌a(chǎn)每天最多達18萬桶石油。
投資者押注電力股
美國那些逐浪AI熱潮的投資者已將目光轉(zhuǎn)向了擁有并運營發(fā)電廠的企業(yè)。今年迄今為止，擁有最具競爭力核能發(fā)電能力的美國最大核電站所有者Constellation Energy的股價今年已累計上升60%，同期的NRG Energy漲了32%。在此之際，Wolfe Research股票分析師Steve Fleishman指出，美國電力市場已連續(xù)7年處于緊張狀態(tài)。與此同時，由于電網(wǎng)運營商面臨長期積壓，新發(fā)電能力從規(guī)劃階段到商業(yè)運營所需的時間只會越來越長。
Talen Energy與亞馬遜公司今年3月宣布了一項核電購買協(xié)議，這明確顯示出隨時可用的清潔電力可收取高價。據(jù)Reaves Asset Management分析師Rodney Rebello估計，基于已公布的條款，與其核電廠在當今電力市場上所能獲得的價格相比，Talen Energy似乎至少得到了50%的溢價�，F(xiàn)場燃料電池供電的供應商Bloom Energy是另一個潛在受益者。幫助建設輸電線路的Quanta Services年初至今已上漲了18%。
AI和電力已成為未來大國競爭的制高點，生成式AI的應用前景不可想象，支撐AI發(fā)展的電力成為名副其實的支柱產(chǎn)業(yè)。電力系統(tǒng)正變得更加復雜。過去電網(wǎng)將能源從中央發(fā)電站輸送出去，現(xiàn)在電力系統(tǒng)越來越需要支持分布式發(fā)電機、電網(wǎng)和用戶之間的多向電力流動。生成式AI不僅在促進，而且在幫助電力產(chǎn)業(yè)發(fā)生變化。美國正在發(fā)生的AI和電力的故事可以給中國經(jīng)濟的發(fā)展提供一個參考。
(作者系上海師范大學天華學院商學院經(jīng)濟學教授)