#能源革命
從 AC 到 DC:AI 資料中心正在經歷的下一場能源革命
在過去一百多年裡,整個世界的電力系統基本都建立在交流電(AC)之上。不管是家庭插座、工廠裝置,還是資料中心的空調、水泵、伺服器,幾乎都依賴 AC 供電。但隨著 AI 的迅速崛起,GPU 訓練叢集功率飆升,單櫃從過去的 5kW、20kW,一路邁向 60kW、100kW,甚至未來的兆瓦級。傳統 AC 架構複雜、損耗高、效率天花板明顯,開始難以支撐 AI 時代的超高功率需求。於是,一個被忽視了百年的問題重新回到舞台中心——資料中心的核心供電方式,正在從 AC 轉向 DC(直流)。這並不是簡單的技術切換,而是資料中心能源體系的一次根本性變革。一、AI 推動供電架構升級:傳統 AC 模式逐漸面臨瓶頸傳統 AC 架構之所以面臨挑戰,原因主要來自三個方面:第一,能效損耗不斷放大。AC 架構從高壓到機櫃,會經過多級變壓、整流、逆變,再進入伺服器後還要再次轉換為 DC。每一級都會造成 1%–3% 的損耗,累計損失可達 7%–12%。在 AI 超大規模叢集中,這是一筆極為可觀的能耗。第二,裝置鏈路複雜、佔地大、可靠性受影響。UPS、柴油發電機、多個變壓器和開關櫃構成了 AC 架構的基礎設施。這些裝置既佔空間、成本高,也增加了潛在故障點。第三,AI 負載波動快,對響應速度要求更高。GPU 訓練任務會出現毫秒級的用電波動,傳統 UPS 不擅長處理這類頻繁的“突髮型”功率需求。這些問題促使行業重新思考供電體系的底層結構。二、DC 供電的優勢逐漸凸顯當資料中心的基礎能源體系以 DC 為主時,整體效率、可靠性和成本結構都將發生顯著改善。全 DC 架構的效果主要體現在以下幾點:能效提升 7%–10%:由於減少了 AC↔DC 的多次轉換,DC 供電鏈路更短、損耗更低。建設成本可降低約 35%:大量 UPS、PDU、變壓器和開關櫃可以被移除或減少,使建設投資明顯下降。系統可用性提升:DC 架構更簡單、裝置更少,配合超級電容可實現更快速的負載響應,整體可用性可提升到遠超傳統 AC 的水平。與新能源的適配性更高:燃料電池、太陽能、電池儲能本身輸出就是 DC,使得資料中心可直接接入多種 onsite 電源。因此,DC 架構不僅是提高能效的手段,也與全球“雙碳”背景和大規模可再生能源接入需求高度匹配。三、現場發電 + DC 供電:資料中心出現新的“能源形態”燃料電池能直接輸出 ±400V 或 800V 的 DC 電,與伺服器本身的 DC 需求天然匹配。結合超級電容系統,它形成了適合 AI 資料中心的“穩態 + 瞬態”供電模式:燃料電池 提供穩定持續的基礎功率,超級電容 負責應對瞬時功率波動,配合 DC 配電母線,就能構成一個響應速度快、架構精簡的全新供電體系。值得注意的是,這種 onsite DC 發電結構能夠支援“孤島運行”,即使電網故障也能維持正常供電。這對於電力供應緊張的地區(如北美部分區域)非常具有現實意義,也讓資料中心擺脫“電網限電”和“等待供電接入”的建設瓶頸。四、±400 V 與 800 V:DC 架構的兩條技術路線±400 V(雙極性)安全性更高行業應用更成熟EMI 噪聲較低成本相對更低適合現階段多數 DC 資料中心落地。800 V(單端)效率最高功率密度最大對絕緣與電磁干擾要求更高多用於未來超高密度 AI 伺服器場景。結合行業發展情況來看,中短期以 ±400V 為主流,長期高密度場景會逐步轉向 800V,兩者並不是替代關係,而是互補的選擇。五、DC 架構對資料中心基礎設施帶來的結構性改變未來 DC 資料中心可以減少的裝置比例:去除100% UPS 系統,去除100% 柴油發電機,去除90% 的變壓器,去除65% 的開關櫃,去除50% 的 PDU,這是 DC 架構的最大變化:供電鏈路從“層層堆疊”變為更輕量、更直接、更高效的結構。這樣的簡化帶來三個直接影響:減少佔地,讓更多空間用於 IT 部署,降低故障機率,提高可用性,建設周期縮短,部署靈活度更高,對於大規模擴容的 AI 資料中心來說,這些因素都具有非常高的實際價值。六、與零碳資料中心的發展高度一致DC 架構與碳捕捉、餘熱利用、吸收式製冷等技術的整合更加自然,這主要源於:新能源裝置本身輸出 DC,可直接與高壓直流母線連接,去掉柴油機後可避免大量碳排放。隨著國際大型科技公司紛紛提出 2030–2040 年零碳資料中心建設目標,DC 供電體系可能成為未來政策與行業趨勢中被重點採用的技術路線之一。AI 叢集規模正在急速擴大,傳統 AC 架構的能效、響應速度和成本模型都在逐漸難以適應這一趨勢。隨著現場發電、超級電容和 DC 配電技術成熟,資料中心的供電方式正在經歷一次自下而上的結構性調整。短期內,AC 依然會大量存在;但從高密度 AI 叢集、現場能源系統和零碳資料中心的發展趨勢來看,DC 會在越來越多的場景中成為核心供電方式。對於行業而言,AC→DC 不是概念變化,而是一次面向 AI 時代的底層基礎設施升級。(零氪1+1)
當電力遇上區塊鏈:這場能源革命將如何改變14億人的生活
開篇:電力系統的"數字革命"正在悄悄發生2023年夏季的一個深夜,天津濱海新區電網調度中心的大螢幕突然閃爍起刺眼的紅色警報——一群駭客正在對電力控制系統發起猛烈的網路攻擊。但令人驚訝的是,這次攻擊在短短30秒內就被系統自動識別並攔截,整個電網運行未受任何影響。這背後,是一套名為"源網荷儲區塊鏈平台"的新型防禦系統在默默守護著我們的用電安全。這個由中國自主研發的電力區塊鏈系統,正悄悄改變中國電力系統的運作方式,為14億人的用電安全保駕護航。一、傳統電網面臨的"數字困境"與挑戰隨著新能源的快速發展和電力系統的數位化轉型,中國電網正面臨前所未有的數字挑戰。這些挑戰不僅來自技術層面,更關乎整個電力系統的安全穩定運作。首先,我們面臨資料洪流的衝擊。目前全國已經接入超過1億個智慧電表,這些電表每時每刻都在產生海量的用電資料。據統計,電力系統每天需要處理的資料量已經超過10PB,相當於1000萬部高畫質電影的大小。調度系統需要即時處理來自百萬級終端的資訊,這對傳統的中心化系統提出了嚴峻考驗。其次,網路安全威脅日益加劇。 2022年,電力系統遭受的網路攻擊次數年增了驚人的300%。駭客的攻擊手段也不斷升級,從最初的病毒攻擊發展到現在的AI滲透攻擊。關鍵資料的外洩風險持續升高,一旦發生事故,可能影響千家萬戶的正常用電。再者,系統協同效率遇到瓶頸。新能源出力的波動性導致調度響應經常出現延遲;跨區域電力交易結算往往需要耗時長達3天;需求響應指令傳遞存在2-3秒的滯後,這些都在限制電力系統的運作效率。"傳統的中心化系統就像一座資訊孤島,"國網天津電力的專家這樣形容,"在面對海量終端和複雜攻擊時,現有的系統架構顯得力不從心,我們需要一場徹底的數位化轉型。"二、區塊鏈+邊緣計算建構的"電力新基建"為了應對這些挑戰,中國電力人創新性地將區塊鏈技術與邊緣運算結合,打造了一套全新的電力系統架構。這套系統就像給傳統的電力系統裝上了"最強大腦"和"神經網路",讓電力運行變得更加智能、安全和高效。區塊鏈技術為電力系統打造了堅實的"信任基石"。在這個系統中,每一度電都有了自己的"數字身份證",從發電、傳輸到消費的全流程資訊都被記錄在區塊鏈上,實現了全程可追溯。智慧合約的引進讓電費結算從原來的3天縮短到只要3分鐘。更重要的是,去中心化的架構大大提升了系統安全性,將駭客攻擊導致的單點失效風險降低了90%。邊緣計算則為電力系統建構了靈敏的"神經末梢"。透過在變電站部署1000個邊緣計算節點,資料處理時延從秒級降至毫秒級。這些節點就像分佈在電力系統各個角落的"微型大腦",能夠就近處理資料,節省了80%的網路頻寬,大大提升了系統響應速度。這個創新的三層架構就像是電力系統的"數字神經系統":在終端層,光電板、充電樁等裝置化身為"資料採集器",即時採集運作資料;在邊緣層,變電站變身為"區域大腦",能夠進行在地化決策;在調度層,省級主站擔任"指揮中樞",統籌全域運行。三、看得見的變革成效與實際應用這個創新系統已經在天津濱海新區穩定運行一年,帶來了顯著的變革成效,讓我們看到了電力系統數位化轉型的巨大潛力。在安全防護方面,系統已經成功抵禦了37次重大網路攻擊,關鍵資料被竄改的風險降低了99.9%。更令人欣喜的是,自系統上線以來,電力交易糾紛實現了"零投訴",這得益於區塊鏈技術帶來的透明性和可追溯性。在營運效率方面,新能源消納率提升至98.5%,接近理論最大值;需求響應速度提高了驚人的50倍;電費結算時間縮短了99%,從原來的數天縮短到幾分鐘就能完成。這些改進不僅提升了使用者體驗,也為電力企業創造了巨大價值。經濟效益方面更是成果顯著。系統每年可節省維運成本5,000萬元,減少因網路攻擊造成的損失約2億元。通過精準調度和最佳化運行,每年還能額外增收1.2億元。這些數字充分證明了技術創新所帶來的商業價值。四、從試點到全國的推廣之路目前,這項創新技術正在產生越來越廣泛的影響,從天津試點走向全國推廣。在標準制定方面,中國電力人已經主導制定了8項國際標準,獲得了56項專利授權,並行布了20部技術規範。這些成果不僅為國內推廣奠定了基礎,也為中國技術走向世界創造了條件。在全國推廣方面,該技術已在10個省市落地應用,接取終端裝置超過5,000萬台。透過系統的培訓計畫,已經培養了3000名專業人才,為技術的廣泛應用提供了人才保障。在國際影響力方面,這項技術已經開始向"一帶一路"國家輸出,獲得了IEEE傑出技術創新獎,被世界銀行列為最佳實踐案例。中國在電力區塊鏈領域的技術領先地位正在得到國際認可。五、改變每個人生活的能源未來在天津某高檔小區,居民李女士的生活因為這套系統發生了實實在在的改變。每天早晨,她家屋頂的太陽能板開始發電,系統會自動將這些清潔電力上鏈出售,收益即時到帳;午後,她的電動汽車會參與電網調峰,在充電的同時還能賺取收益;到了夜晚,家中的智能家居會根據區塊鏈上的即時電價自動調節用電,實現最優的經濟性。"以前我們只是被動的電力消費者,現在成了能源系統的積極參與者,"李女士興奮地展示著她的手機APP,"去年通過參與電力區塊鏈的各項服務,我額外增收了2800元。這不僅是經濟收益,更讓我感受到了科技改變生活的力量。"尾聲:通往碳中和的數字之路站在天津濱海新區調度中心的觀景平台,巨大的電子螢幕上跳動著無數綠色光點——每個光點都代表一個連接到區塊鏈的電力終端。這場始於技術創新的變革,正在為中國實現"雙碳"目標鋪設堅實的數字基石。正如項目負責人所說:"我們建設的不僅是一套技術系統,更是一個開放、共享的能源新生態。當區塊鏈技術讓每一度電都可追溯、每一筆交易都可信賴時,能源革命的步伐必將更加堅定有力。"這場靜悄悄的數字革命,正在重塑中國電力系統的未來,也將為全球能源轉型貢獻中國智慧和中國方案。在這個數位化時代,電力系統正在經歷前所未有的變革。從傳統的中心化架構到分散式區塊煉網路,從被動運到智慧調控,中國電力人用創新和智慧,正在書寫能源發展的新篇章。這場變革不僅關乎產業發展,更將深刻影響每個人的生活方式,讓我們共同期待一個更智慧、綠色、高效的能源未來。 (AI電能研習社)