通算中心向智算中心升级，全球AI市场有望实现高速增长。通算中心主要以云计算为主，随着生成式人工智能(AIGC ）的出现，通算中心（传统数据中心）已逐渐无法满足日益增长的计算需求，智算中心（AIDC）应运而生，支持大 规模的数据处理等智能算法需求。各国争相布局智算市场，中国云计算、大数据以及物联网等企业在智算中心逐步探 索摸索和推广应用阶段，美国凭借云计算、大数据等先进技术上的优势和研发能力，在智算中心技术创新和应用渠道 显著成就。根据PrecedenceResearch的市场预测2023-2030年，全球AI市场规模CAGR有望达到35%。
全球算力增长强劲，带动电力需求快速扩张。在人工智能快速发展下，计算数据量呈指数级增长，对算力的需求也呈 爆发式增长。根据中国信息通信研究院数据，截至2023年底，全球算力总规模约910EFLOPS（FP32），同比增长40% 。其中，智能算力规模达335EFLOPS，同比大幅增长136%，增速远超整体算力规模。算力规模地不断扩大，拉动数 据中心用电量的需求，根据SemiAnalysis统计预测，全球数据中心核心IT电力需求将从2023年的49GW增长至2026年 的 96GW，智算中心驱动的电力需求占到增量的85%，智能算力需求正成为推动数据中心发展的核心动力。
中国算力规模持续增长，智算潜力巨大。国内算力市场增长同样增长强劲。自2017年以来，数据中心行业市场规模以 及机架规模实现双位数增长。2024年国内数据中心行业市场规模预计将达到3048亿元，标准机架规模将突破1000万架 ，两项数据预计实现同比超过20%的高速增长。智算需求的兴起，为中国数据中心市场注入了新的活力。
海内外AI巨头资本开始2025年有望实现高速增长。根据Bloomberg一致预期，海内外AI大厂2025年资本开始有望实现 高速增长，带动相关设备投资。海外大厂，如Meta、谷歌、亚马逊和微软，预计2025年合计资本开支达到2971.95亿美 元，同比增长36.79%。国内大厂，如腾讯、百度和阿里巴巴，预计2025年合计资本开支达到154.20亿美元，同比增长 19.08%。
智算中心集群化模式攀升，机柜功耗密度提升。智算用户注重数据智能处理和应用，提供个性化服务，在硬件上更注 重使用GPU专用芯片，基于智算中心用户在高度集群化的GPU集群、功能、硬件等方面的诉求，智算中心GPU芯片算 力不断提升，设计功耗伴随提升。目前H100/H200/H800等芯片TDP设计功耗已达到700W，B200达1000W，GB200已 达到2700W功耗。
AI服务器功耗增加，用电量随之提升。AI服务器由8卡GPU或NPU模组构成，基于芯片的功耗数值，每台AI服务器的 功耗在5-10kW。进一步由服务器组成整体机柜时，机柜的功率密度将达到40kW以上。以英伟达为例，DGX架构8卡 GPUH100服务器额定功耗为10.2kW，安装4台服务器的风冷机柜功耗为42kW。新一代的GB200架构中，NVL36机柜功 率密度为72kW，NVL72液冷机柜功率密度则为120kW。服务器功耗的提升，将进一步推升数据中心的整体用电量。
智算负载升级供电挑战，供电系统要求升级。通算中心采用来自两个不同的两路市电作为电源，采用柴油发电机作为 备用电源。当某路市电故障，另一路市电能迅速接入，当两路市电完全中断时，柴油发电机自动启动供电，同时配置 不间断电源UPS和电池，确保柴发启动前的电力系统不会中断。智算中心的供电连续性要求发生变化，并不是所有负 载都需要不间断供电。智算中心的推理业务负载属于关键型负载，如推理、存储与云服务等仍需配置后备电源，而训 练业务则属于可间断负载。当发生故障或断电，训练业务负载将模型保存为“检查点”，电源恢复后可以从中断点继 续运行。推理业务未来预期占比提升，将对数据中心供电系统的供电可靠性提出更高的要求。
数据中心供配电系统涉及多个层级。数据中心供配电系 统是从高压输入点至终端负载的整个电路系统，分为配 电系统、备用电源系统、不间断电源系统等。包含变压 器、中压开关柜、低压开关柜、低压配电柜、自动转换 开关、UPS/HVDC等设备。
为保障数据中心容错率，A级数据中心多采用2N架构。根据国内国家标准，数据中心根据机房提供冗余等级分别为 A、B、C三个等级。国际与美国数据中心等级则分为四个等级，高等级数据中心对系统配电架构冗余要求更高，满 足负载用电需求同时，预留备用系统，多电源系统冗余能够克服电源系统存在的单点故障瓶颈，增强供电系统可靠 性。
数据中心冗余提升其可靠性，同时所需设备量增加。冗余可实现应用程序和服务的高可用性，通常为99.99%（称为“ 四个9”）或99.999%（“五个9”）。借助多个冗余组件，如果一个组件发生故障，另一个组件可以无缝接管，确保 用户不间断访问。用于数据中心冗余的主要设备包含：电力基础设备，包括UPS、备用发电机（柴发）、配电装置（ PDU、中低压柜）和变压器等；冷却系统设备，包括空调机组、多个冷却塔等；网络连接，包括交换机、路由器等； 存储系统；服务器等。根据国标和国际标准要求，冗余架构通常包含N、N+1、N+2、2N和2N+1。
“N”指的是数据中心满负荷运行所需的容量或组件的基准水平。例如，如果数据中心需要3个UPS模块才能满负荷运 行，则“N”等于3。数据中心可以对同一设施内的各种组件采用不同的冗余模型。例如，UPS系统可能配置为2N， 而冷却系统则以N+1运行。
DR/RR架构降低电气复杂度，提升空间利用率。智算中心需要简化配电架构设计以提升系统利用率，降低配电设备 的占地面积，DR（DistributedRedundancy）/RR（ReserveRedundancy）/N+1简化架构将得到进一步的推广和应用。与 传统2N架构相比，DR架构和RR架构，在简化架构供电系统的利用率明显提升，DR/RR架构的建设成本和运行成本也 比2N架构降低10%，配电设备数量和占地空间明显减少。以传统2N架构为基准，单位面积下，DR架构算力提升33% ，RR架构算力提升50%。
智算中心要求运算更高效、能量密度更高，电力设备容量走向大型化。由于智算数据中心IT系统功率快速提升，现有 2500kVA变压器在占地及系统容量上不具备优势，变压器容量出现向3150kVA及更大容量变化趋势，考虑到UPS并机 台数限制，现有600kVAUPS主机在适配更大并机系统容量上面临挑战。UPS单机容量由600kVA提升至1MVA及1.2MVA ，减少并机台数，同时可进一步节省系统占地及后期运维成本，成为演进的趋势。UPS需要持续提升功率密度，减小 设备占地，以改善供配电设备辅助占比。以600kVAUPS为例，业界常规占地宽度一般为1200mm，但业界已有头部厂 商通过架构及器件创新，将宽度缩减至600mm，功率密度提升100%，占地面积下降50%。
智算中心对冗余、宕机时间要求更高，A级数据中心2N架构提升供配电设备需求。由于智算中心中进行推理任务占比 提升，对数据中心供电稳定性要求更高，电力架构上要求有更高冗余和更短宕机时间，2N架构能够满足智算中心的 新需求。2N架构由2个供配电单元组成，每个单元均能满足全部负载的用电需求，2个单元同时工作，互为备用。正 常运行时每个单元向负载提供50%的电能当一个单元因故障停止运行时另一个单元向负载提供100%的电能。
AIDC传统配电系统包含开关柜等设备， 不间断电源关注不同技术路线的渗透率 提升。数据中心传统配电系统技术路线 中，从电网侧接入的10kV电源线路引入 用户起，经过高、低压供配电设备为止 的电路系统，主要包括市电引入、变电 站、高压配电设备-高压配电系统（中/高 压开关柜），柴油发电机系统、自动转 换开关系统（ATS）、干式变压器、输入 低压配电系统（低压开关柜）、不间断 电源系统（UPS/HVDC/巴拿马电源）、 列头柜/母线槽配电系统和机架配电系统 。技术路线上，不间断电源环节主要包 含传统交流UPS、高压直流不间断电源（ HVDC）和巴拿马电源，可关注不同电源 在AIDC中的适配情况。
不间断电源环节，关注各技术路线渗透情况
关注不间断电源环节不同技术路线，以及备用电源环节。数据中心的电力设备投资建设额可以简化为根据数据中心算 力以及算力效率计算得到数据中心整理所需的电力设备功率，在根据不同环节的电力设备的单位投资额对各个环节进 行投资测算，传统输配电系统设备技术较为成熟，如开关柜、变压器等环节，成熟路线下的产品价格亦较为稳定，整 体环节投资跟随数据中心算力增长通过“量增”扩大规模。不间断电源环节，涉及多个技术路线，包括交流UPS、高 压直流不间断电源HVDC和巴拿马电源等，可关注不同技术路线渗透率结构变化带来的投资机会。另外如备用电源， 如柴油发电机环节，在产能紧张的情况下，有望在“量增”的同时实现“价增”。
UPS仍是主流方案，向高效、高密度演进
国内外数据中心大多采用交流UPS技术，增加数据中心空间利用率与供电效率。目前交流UPS作为IT设备的供电主流 方式，仍占据相当大的比例，一般采用2N双母线方式给服务器提供双路电源保障。在输入侧掉电时，电池电能经过 DC/DC适配器，变换到UPS内部直流母线上，再经过逆变环节变换成交流电，给后方的IT设备供电。
UPS向MW级，高效及高密度演进。近年来，国家陆续发布UPS相关政策，引导UPS技术发展，大功率模块化UPS作为 数据中心机房整体模块化解决方案的重要产品之一。数据中心节能降碳技术重点发展高频、大功率、模块化UPS技术 。目前，通算中心主流UPS容量为400/500/600kVA，智算中心向MW级，高效化及高密化演进。
HVDC具备高能效与高效率，实现真正的不间断供电
HVDC较UPS少一级变换，节能效果更好。高压直流供配电技术（HVDC）就是在供配电系统中将交流电进行转换， 转换成为稳定的直流电，然后再应用到供配电中。在特点上HVDC供配电技术不存在感抗，容抗也在线路中不起作用 ，不存在同步问题。由于UPS中电池配置在逆变器前段，当逆变器发生故障时，电池不能给IT负载提供电力，HVDC 较UPS少了一级逆变过程，电池配置在近负载侧，停电时真正实现不间断供电。
HVDC电能耗因子更小，建设成本较UPS更低。负载小于80%时HVDC的电能耗因子小于UPS，前述可知在AIDC中常 设置2N冗余，变压器的负载率在正常情况下一般不高于50%，HVDC在相同情况下能耗更低。并且成本也较UPS有一 定优势，建设一个120kVA的UPS供配电系统和2套50kVA的HVDC，HVDC成本有70%左右降低，占地面积也会大量减 少，系统运营成本降低20%左右。
巴拿马电源增加空间利用率，输出侧同时输出交直流
巴拿马电源次级同时输出直流、交流，一体化设计更方便安装、输出。巴拿马电源把传统交流10kV输入方式变换为直 流240V/336V电源，替代10kV交流配电及变压器等配套设施。系统次级侧直接输出高压直流供电，同时考虑机房仍有 部分空调末端采用交流供电，次级侧也能提供部分380V交流输出。巴拿马电源和传统电源有着本质差异，维护人员必 须明确掌握新旧电源在输入特性、输出特性、整体特性、可维护性4方面的具体应用情况。
分布式电源满足灵活扩容需求，减少集中电力室建设
分布式灵活扩容，减少集中电力室建设。分布式供电电源系统深入负荷中心的供电模式，电源系统模块直接集成在 IDC机柜内部。分布式电源模块有多种配置方式，如市电加UPS锂电、市电加高压直流锂电、 UPS锂电加UPS锂电。 每个机架可按需提供所需电力。由于市电加高压直流锂电方案配置效率较高，这种方案在数据中心的分布式电源方案 中占了主导。这种方案采用高压直流技术，主要由输入输出单元、充电模块、锂电池组和输出切换装置等部分组成。 市电正常时，由市电和高压直流给负载供电；市电异常或断电时，由后备锂电池给负载提供高压直流电源。可以满足 客户灵活扩容的需要 ，减少集中电力室的建设。但由于配电层级较多，整体效率仍无法做到最高 。
柴发价格未来有望提升，或迎量价齐升
柴发价格未来有望替身，或迎量价齐升。根据康明斯2024年业绩交流，公司在发电系统业务上营收创纪录达到64亿美 元，同比增长13%，主要受发电机需求的驱动，特别是数据中心市场的需求。预计此部分的增长得益于公司销售发电 机容量、发电机价格的上涨和公司经营管理效率的提升。应对强劲的需求，公司计划在美国、英国和印度的生产制造 基地投资2亿美元。随着AIDC需求的增长，单机柜的提升，带动整体数据中心功率的提升，考虑到A级数据中心一般 采用“N+X”的架构，对柴发的数量需求有望进一步加强，叠加大厂短期内新产能落地需要时间，柴发环节有望迎量 价齐升。
开关柜关注下游客户与国产替代，变压器关注固态变压器新方向
固态变压器具备无功调节等优点，适配新能源数据中心。随着数据中心节能减碳力度的加大，尤其是“零碳”、“近 零排放”等发展趋势下，新能源将成为数据中心未来电力能源的基础。新能源是直流供电系统，其具有控制快速灵活 、系统效率高、供电容量大、线路损耗小、电能质量高、具有无功补偿能力等优点，更适合于分布式电源、储能装置 和直流负载的灵活接入，是数据中心电源系统发展的重要方向。为解决智算中心的新能源供给问题，提升空间利用效 率，经过多年技术发展，高压直流（HVDC）、巴拿马电源以及 固态变压器（SST）等10kV中压直流电源解决方案不 断涌现。固态变压器本质上是一类具备中压高频隔离能力的大功率电力电子装置，可以作为中压电网与低压电网之间 的接口。由于具备无功调节、潮流控制、谐波抑制和故障保护等功能，它可以灵活地将可再生能源与负荷接入电网。 SST 还可以减少电压变换的中间环节，提高系统效率。同时，固态变压器一般采用高频变压器来实现电气隔离与电压 变换，其工作频率通常为几十甚至几百 kHz，能够大幅度减小隔离变压器的体积和重量，减少配电系统的占地面积。 因此 SST 可广泛应用于：数据中心供电、电动汽车快充电站、中压光伏系统、高铁牵引供电、全电舰船等领域。
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