数据中心传统上依赖不间断电源（UPS）系统和备用发电机，在断电、电网事件或自然灾害期间保持运行。但现代人工智能（AI）工作负载的关键性决定了它们无法容忍任何停机。因此，必须采取进一步措施来确保能源连续性。对一些项目来说，这甚至意味着在旁边建立一座发电厂，可以完全为数据中心供电，或者在需要时立即上线。据行业研究机构分析，那些想要新建数据中心的人已经发现，许多公用事业公司无法在几年内提供他们所需的电力。因此，到2030年，预计美国将有超过35GW的数据中心电力由自备发电提供。
美国电网的限制
在弗吉尼亚州，25%的电力已经用于数据中心。到2028年，美国数据中心的用电量预计将占全国电力需求的12%，而2023年约为4%。数据中心建设者希望在1-2年内获得电力，但公用事业公司通常需要3-5年才能提供，有些地方甚至表示根本没有可用电力。当前，美国有超过12,000个活跃项目正在寻求电网并网，总容量达1570GW发电和1030GW储能。数据中心的电力短缺可能超过45GW。电力可用性已成为数据中心选址的首要因素，其重要性超过了靠近主要大都市地区。调查显示，到2030年，约27%的数据中心预计将完全依赖现场发电作为主力电源，而一年前这一比例仅为1%。
有分析指出，AI数据中心的首要限制是电力。现场发电的优势包括绕过电网拥堵、避免输电损失、加快新数据中心投运速度，并提高设施可靠性，减少对输配电故障的依赖。许多大型AI数据中心开发者不愿等待传统公用事业公司提供电力。部分开发商建议放弃传统的选址方式，转而采用“电力优先”的策略。因为主要大都市地区的电网已经饱和、扩展缓慢，电力许可和变电站建设可能将部署延迟多年。
应对受限电力的解决方案
数据中心常用UPS系统在公用电力中断时提供近乎瞬时的应急电力。它通过电池和电源管理软件，在备用发电机启动前的短暂空隙中维持供电。UPS还能提供电压保护，大多数系统只能缓冲几分钟，但部分系统可维持更长时间。不过，通常还是依靠备用发电机来接管负载。这些大多是柴油发电机，根据燃料情况可运行一天至数天。由于电网电力严重短缺，另一种做法正在兴起：将备用发电机作为主力电源使用，直到电网连接可用。在某些情况下，现场直接建设发电设施，为整个数据中心持续供电，并可向电网提供辅助服务。
受此影响，备用发电机业务增长迅速。多家供应商报告称，2024年数据中心相关发电产品销售额大幅增加，并正在扩大生产能力以满足需求。其中包括集装箱式发电机组产品，这些设计便于运输、安装和堆叠，能显著节省空间。
主力电源发电机
一些设施正在提前采购发电机，以便在等待电网连接期间快速获得电力。还有一些项目决定完全绕过电网，独立为设施供电。例如，俄亥俄州的一个新数据中心项目正在建设282MW的现场发电设施，使用多台以天然气为燃料的发动机直接为数据中心供电。由于电网连接延迟，数据中心开发商面临越来越大的电力到位时间挑战。发动机解决方案因能快速提供电力、高可靠性和良好燃料效率而受到青睐。
改善发电机经济性
燃料成本是运行现场发电时常见的问题。改善经济性的一种方法是在发电机和发动机之间添加离合器。这样，机组可以在不同模式间切换：既可以发电，也能为电网提供稳定性服务、同步调相和旋转备用等辅助服务，从而获得额外收入。通过这种设计，配备离合器的发电厂可以保持发电机旋转，为电网提供即时惯量和频率响应，同时发动机随时准备在需要时提供持续电力。以前利用率较低的发电机因此成为可创收的资产，提升了整体经济可行性。当需要电力时，离合器接合产生电力；当脱开时，发电机继续旋转，为网络提供电压控制、短路功率等稳定服务。这种配置还能减少对UPS电池的依赖，避免电池因频繁调节电能质量而寿命缩短。
发电机交货期
燃气和柴油发电机的交货期通常远短于燃气轮机和公用事业电网连接时间。数据中心建设者希望设施能尽快运行，以满足AI服务快速增长的需求。电力到位时间的长短，正在成为决定项目成败的关键因素。
原文链接：https://www.powermag.com/from-backup-to-prime-power-how-ai-data-centers-are-bypassing-the-grid/
作者：Drew Robb
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