2026年国防军工行业商发&燃机系列报告之一：算力需求增长加剧电力缺口，燃机市场打开成长空间

AIDC 需求扩张叠加电网老化，结构性供电缺口 持续提升

目前美国电力市场整体“供大于求”，但电网基建老化叠加用电负荷分布不均，局部 “区域”及“时段”的供电矛盾是当前美国电力系统的核心问题。根据 EIA（美国能源信 息署）数据，2024 年美国总发电量 4.31 万亿千瓦时，总用电量 3.98 万亿千瓦时，并未出 现整体电力短缺。但美国电网建设滞后于用电需求发展，电网老化问题凸显；当下美国 70% 的输电线路和变压器运行年限超过 25 年，60%的断路器运行年限超过 30 年，陈旧的电网 设施面临保障供电可靠性的巨大挑战，区域输电能力不足、跨区域调度灵活性低的问题长 期存在。美国能源部（DOE）发布《资源充足性报告》，明确警示美国电网正面临紧急状 况。数据显示，受电厂退役与电力负荷增长的叠加影响，到 2030 年美国停电次数可能增 加 100%。用电负荷高度集中在加州硅谷、德克萨斯州、东北部沿海城市群等经济发达区 域，在夏季空调、冬季取暖等用电高峰时段，局部供电缺口已成常态。

1.1 供给：电网基建老化及用电负荷分布不均，存在结构性缺 电

2000-2024 年美国电力总装机容量稳步增长，发电结构呈现“天然气主导、可再生能 源扩张、煤炭持续萎缩”的特征。根据 EIA（美国能源信息署）数据，2014-2024 年美国 发电结构实现结构性转型，页岩气革命带来资源红利，美国天然气产量大幅增长，天然气 发电占比从 27%大幅提升至 39%，逐步取代煤电；煤电占比则从 39%持续下滑至 14%， 风光等新能源发电占比提升至 21%。

美国电力市场供给端存在多重约束。IOU（电力公用事业）与 IPP（独立发电商）是 美国电力市场中决定装机供给能力的两大核心主体，其中 IOU 正逐步淡出新增装机的主导 地位，未来大规模新建的空间与动力均相对有限，IPP 作为当前新增装机的核心主力，项 目落地面临刚性约束，实际建设进度大概率慢于市场规划水平，不具备电网运营权，项目 落地受并网瓶颈制约显著。

1.2 需求：AIDC 算力需求爆发，电力需求迎刚性增量

2000-2024 年间美国电力需求总量及结构较为稳定，总体呈现“商业主导、居民稳增、 工业收缩”的特征。从 2000-2024 年终端用电结构看，商业用电是增长最为稳健的板块， 从 1.1 万亿千瓦时增至 1.5 万亿千瓦时，累计增幅达 37.5%，占比从 32%提升至 37%，主 要受益于数据中心布局及电气化替代加速等因素。居民用电保持刚性增长，从 1.2 万亿千 瓦时增至 1.5 万亿千瓦时，累计增幅达 24%。工业用电则收缩趋势，从 1.1 万亿千瓦时降 至 1.0 万亿千瓦时，占比从 32%降至 26%，主要系制造业外迁等影响。

AIDC（智算数据中心）是美国未来电力主要新增需求，其用电需求呈爆发式增长。 随着生成式 AI、大模型训练与商业化落地加速，对算力的需求爆发式增长。微软、谷歌、 亚马逊、Meta、英伟达等美国头部科技企业启动大规模 AIDC 建设计划，智算数据中心应 运而生，专注于提供 AI 模型训练和推理所需的高性能计算能力。如谷歌建设的机器学习中 心，Meta 打造的 AI 超级计算机，深圳专为深度学习设计的鹏城云脑 II 超级计算平台。此 外，美国 AIDC 建设高度集中在加州、弗吉尼亚州、德克萨斯州等科技产业聚集区，进一 步加剧局部区域的用电负荷压力。仅在德克萨斯州，每月数据中心负载请求远高于批准容 量。

多元发电方案分层适配，特性决定落地场景

2.1 AIDC 可用发电方案对比

AIDC 用电需求呈高可靠性要求、高连续运行标准等特点，相较传统用电场景对供电 方案的适配性要求更为严格。A 级为“容错”系统，可靠性和可用性等级最高；B 级为“冗余”系统，可靠性和可用性等级居中；C 级为满足基本需要，可靠性和可用性等级最低。金融 行业、国家气象台、国家级信息中心、重要的军事部门、交通指挥调度中心、广播电台、 电视台、应急指挥中心、邮政、电信等行业的数据中心及企业认为重要的数据中心均为 A 级数据中心。

AI 数据中心（AIDC）对供电系统提出高可靠、大功率、连续稳定、低碳零排的综合 要求，不同电源在适配性上呈现明显差异。1）光伏、风电属于间歇式能源，发电出力完 全受自然条件制约，即便配套短时储能，也很难应对极端场景的全天候稳定供电需求，配 套长时储能后综合供电成本较高；2）核电站与大型水电建设周期普遍在 4-5 年以上，无法 匹配 AIDC 的建设节奏，且受地理选址严格限制，无法实现就近分布式配套。3）天然气联 合循环、燃气轮机及内燃机响应迅速、调节灵活、建设周期短且供电可靠性高，是现阶段 支撑 AIDC 连续负荷与应急备电的主流方案。4）小型模块化核反应堆（SMR）及核聚变 能量密度高、燃料资源丰富，可提供长期稳定的基荷电力，是中长期适配 AIDC 发展的理 想能源形式，目前仍处于技术验证与商业化前期阶段。5）燃料电池供电质量优异、低噪 低排、运行效率高，目前也仍处于技术验证与商业化前期阶段。

AIDC 算力集群建设提速带动高可靠、高连续、快响应的分布式供电需求持续扩容。 当前 AIDC 场景下可选供电技术路线可分为燃气轮机发电、往复式内燃发电（燃气内燃机、 柴油发电机）、可再生能源（SOFC 燃料电池、SMR 小型模块化核电、核聚变）等路线， 各类路线在技术特性、经济性、场景适配性上呈现显著分化；从技术参数与场景适配特征 来看，燃气轮机在启停灵活性、部署便捷性、运行可靠性、低碳适配性等维度相较其他路 线具备一定综合优势，可适配 AIDC 场景冗余供电架构与电网新能源高比例并网后的调峰 需求，燃气内燃机、柴油发电机则更多在中小型场景、极端兜底备用等细分领域实现补充 应用。SOFC、SMR 及核聚变等路线处在商业化初期探索阶段。

2.2 核能：中长期理想方案，SMR 与可控核聚变是布局重点

2.2.1 小型模块化核反应堆（SMR）：模块化优势显著，科技巨头加速 商业化布局

SMR（Small Modular Reactors）即小型模块化核反应堆，国际原子能机构（IAEA） 将小型核反应堆定义为单堆额定输出功率水平在 10～300MWe 的核反应堆，小型核反应 堆最显著的特点是模块化设计，该技术可根据用户需求，通过单模块独立运行或 多模块协 同组合，实现区域能源供应及规模化生产需求，并且能够通过微电网实现资源协调。与传 统大型核电站相比，SMR 通过“搭积木”式建造大幅降低现场施工风险和成本。根据 IAEA 最新预测，至 2050 年核电发电能力将提升至现今水平的 2.5 倍，其中小型模块化反 应堆（SMR）占据 25%。

SMR技术与从反应堆堆芯中除去热量的冷却剂有关，根据反应堆堆芯冷却剂的不同进 行划分，可分为以下四类：1）水冷反应堆，以水作为冷却剂，包括压水反应堆、沸水反 应堆、高压重水反应堆以及石墨慢化水冷反应堆等，是目前全球占比最高的反应堆。2）气冷反应堆，通常采用二氧化碳或氦气作为冷却剂，运行温度较高，有助于提升能量转换 效率。3）金属冷却反应堆，如钠冷快中子反应堆、铅冷及铅铋冷却反应堆，一般具有较 高的堆芯功率密度、较小的堆芯体积和相对薄壁的压力容器设计。4）熔盐反应堆，使用 燃料与熔盐的混合物作为燃料和冷却剂，经石墨慢化剂进行循环，其高温特性适用于工业 供热等领域。

谷歌、亚马逊等全球科技巨头正加速布局小型模块化反应堆（SMR）技术，以满足数 据中心低碳、稳定的电力需求。亚马逊与 X-energy 达成深度合作，在美国部署超过 5 吉瓦 的小型模块化反应堆；谷歌则与 Kairos Power 签署购电协议。Meta 资助 TerraPower 两个 核反应堆项目的开发，总发电能力可达 690 兆瓦。此外，该公司还与 Oklo 签署协议，在 俄亥俄州开发一座 1.2 吉瓦的核能技术园区；甲骨文正在在设计一个数据中心，预计需要 超过 1 千兆瓦的电力，而这将由三座小型核反应堆为其提供动力。整体来看，科技企业正 通过直接投资、购电协议等多元方式，将核电（尤其是SMR）视为数据中心低碳化、高可 靠供电的核心解决方案。

2.2.2 可控核聚变：技术路线分化，未来“终极能源”

核聚变通过将两个轻原子核在极高温度下融合成更重的原子核，同时释放巨大能量。 在核聚变反应中，反应前后的总质量会发生微小亏损，这部分质量损失会根据爱因斯坦的 质能方程 E=mc^2 转化为能量释放。以氘-氚（D-T）聚变反应为例，氘核（²H）与氚核（³ H）在高温高压环境下结合，形成一个氦-4（⁴He）原子核，同时释放出一个高速中子以及 大量的能量。

核聚变在实现形式上通常可根据粒子约束形式分为磁约束、惯性约束和引力约束 3 种 类型。其中磁约束聚变方案凭借其稳定性和技术基础成熟等多重优势，成为当下研究最为 广泛，以及未来最有可能推进聚变能源商业发电的可控聚变方式。目前磁约束方案装置类 型主要有托卡马克及仿星器等。

编辑：火腿肠