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AI数据中心运营商(包括Applied Digital)正在部署工业级锅炉和蒸汽涡轮机进行现场发电,以满足极端热电负荷需求。

余热回收和现场发电对超大规模AI集群在运营上变得至关重要;表明AI工作负荷的功率密度超过了标准公用事业电网基础设施。
行业媒体Slicast · 2026年9月11日 · 美国 · 来源: POWER Magazine
重要度 70

工智能数据中心正以前所未有的速度激增,美国目前有超过12,000个活跃项目正在申请并网,代表1,570 GW的发电容量和1,030 GW的储能容量。分析师公司Omdia预测,在未来五年内,人工智能将推动50%以上的已装机发电容量。Black & Veach的一项调查发现,电力短缺是数据中心最大的障碍:53%的电力公司将可用电力列为主要制约因素,其次是输电(47%)和变电站升级(46%)。

为了应对这一局面,数据中心开发商开始采用燃气轮机,要么为自己的设施供电,要么增强地区电网容量。但设备交货周期非常长。"今天订购的燃气轮机可能要到2032年才能交付,"Applied Digital公司董事长兼首席执行官韦斯·卡明斯(Wes Cummins)表示。该公司在北达科他州埃伦代尔和哈伍德运营数GW的数据中心,有的已在运营,有的正在建设中。由于无法等待,Applied Digital转而为位于北达科他州的另一个数据中心订购了1.2 GW的蒸汽轮机,由燃气工业锅炉供气,另外两个设施也正在敲定中。第一个设施计划于2028年末开始运营。这份24亿美元的设计建造协议与独立电力生产商Base Electron一起签署。

"无论是训练人工智能模型的数据中心,还是向用户提供人工智能结果(称为推理)的数据中心,你都需要大量电力,"卡明斯表示。"为了应对人工智能的规模,锅炉和蒸汽轮机的组合已被证明有效。"当燃气轮机在几年后最终可用时,Applied Digital计划将这些设施改造为联合循环电站,以提高效率。锅炉蒸汽将补充通过余热回收蒸汽发生器(HRSG)从燃气轮机排气产生的蒸汽。

为了加快部署,组装式锅炉是首选。这些锅炉不是现场建造,而是在工厂里制造和组装,配备燃烧器和控制装置,然后作为完整系统运输,只需极少的安装和燃料、水、电的基本连接。对于过大无法运输的锅炉,它们被组装成模块,在现场进行最后的集成,工作量仍然很小。"锅炉和蒸汽轮机目前的交货速度可以快于其他发电解决方案,"卡明斯表示。

位于德州阿比林的Rentech锅炉系统公司锅炉销售副总裁赫拉多·拉拉(Gerardo Lara)表示,该公司可以在收到订单后一年内制造和交付一台组装式锅炉。Rentech在30年间交付了超过1,000台锅炉和HRSG,蒸汽产能从每小时20,000到650,000磅不等,压力从200到2,000 psi。其型号适用于10 MW到20 MW的蒸汽轮机,模块化设计可容纳来自多家供应商的高达50 MW的轮机。"组装式锅炉有两种基本设计类型:火管式和水管式,"拉拉解释道。"前者通常更适合较小的商业负载,后者适合工业应用中的高压和高温容量。"Rentech生产火管式水管模型,采用水冷却全膜墙结构,提供低维护和气密性强的气侧密封。

"组装式锅炉是业界的主力军,市场非常强劲,数据中心社区的兴趣很浓厚,"拉拉表示。"锅炉和蒸汽轮机提供典型的朗肯循环效率。"该公司提供设计保守的锅炉,拥有大型炉膛确保最优流通、高效的热传递和充足的蒸汽供应,同时满足排放保证。蒸汽鼓为长时间停留和坚固的内部结构设计,降低设施的维护负担。与蒸汽轮机配对时,锅炉燃烧天然气并将水转化为蒸汽。管道、通道和鼓直接向轮机输送所需温度和压力的蒸汽以发电。

"去年我们一直在忙碌,有很多为数据中心进行的项目,"拉拉表示。"由于燃气轮机交货期非常长,将组装式锅炉与蒸汽轮机配对以满足人工智能消耗的巨大能量需求的兴趣日益增长。"

燃气轮机的积压非常严重。GE Vernova报告超过100 GW的订单和位置预留。尽管增加了班次、投资数十亿用于新的制造能力和精简生产,该公司仍然跟不上。西门子能源、Solar Turbines和三菱电力报告了类似的延迟。然而数据中心开发商继续订购燃气轮机,同时对冲风险——购买创纪录数量的燃气发动机以及燃料电池、电池储能系统、可再生能源、地热电力、核小型模块化反应堆(SMR)和任何其他可能的能源。

锅炉-蒸汽轮机组合对开发商来说是相对较新的工具。两者都代表经过验证的技术,交货期要短得多——组装式锅炉通常一年或更短——和良好的容量。工业锅炉已经存在了几十年,拥有广泛的供应链和制造经验来度过繁荣-萧条周期,使其能够快速提高产量。蒸汽轮机制造商种类众多:西门子能源、GE Vernova、三菱电力、Howden、Ebara Elliot、Doosan Skoda、东芝能源、上海电气、Everllence(原MAN)、贝克休斯、Triveni和Bharat,都拥有完善的供应链。

根据McCoy Power Reports,蒸汽轮机产量在2015年达到峰值,至少5 MW的机组接近140 GW,到2019年下降到低于50 GW,至今尚未完全恢复。这表明现有供应链中大约有50 GW的增加制造容量潜力。一旦数据中心开发商了解到这一容量,它可能很快就会被消耗殆尽;蒸汽轮机订单积压可能在几年内会类似于燃气轮机。

对于非常大的单位,这已经在发生。核电厂重启正在推动对1 GW以上蒸汽轮机的需求,而创纪录的联合循环电厂建设需要超过300 MW的轮机。许多正在开发的SMR项目正在创造对150 MW到300 MW范围轮机的复兴需求。中型和小型轮机领域仍保留显著的备用容量,尽管还能维持多久仍不确定。全球市场洞察公司预测未来几年蒸汽轮机市场将大幅增长。

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