2025年电力设备与新能源行业AIDC专题报告：电源产业乘风而起

一、AI 大势所趋，供配电需求乘风而起

1.1 AI 浪潮已至，智算中心建设有望加速

AI 大势所趋，智算中心建设需求提升。近年来 AI 蓬勃发展，推动着数据中心正在从传统模式 向 AIDC（智算中心）转型。随着算力需求的多样化和政策优化，数据中心的算力和效能有望进 一步提升，为数字经济提供坚实基础。政策方面，“人工智能+”成为今年全国两会上热议的 焦点。未来国内有望推动数据中心的算力和智能化升级，逐步转型为专注于 AI 计算的 AIDC， 提升计算资源的调度和利用效率。

生成式AI拉动全球云服务市场高增。随着ChatGPT推出以来，通过结合新的GenAI平台服务、 GPU 即服务以及对各种其他云服务的增强，推动了云服务市场高增。Synergy Research Group 的数据显示，2024 年第四季度全球企业在云基础设施服务上的支出为 910 亿美元，比 2023 年 第四季度增长了 170 亿美元，同比增长 22%。2024 年全年市场规模预计将达到 3300 亿美元， 比 2023 年增加 600 亿美元，比 2022 年增加 1020 亿美元。从地理上看，云市场在全球所有地 区继续强劲增长。以当地货币衡量，增长较强的主要国家包括巴西、西班牙、意大利、印度和 日本，它们的增长速度都高于全球平均水平。美国仍然是迄今为止最大的云市场，其规模远远 超过整个亚太地区。美国市场在 2024 年第四季度增长了 23%。在欧洲，最大的云市场是英国和 德国，但增长率最高的市场是爱尔兰、西班牙和意大利。

海外巨头占据主要云服务市场，国内 AIDC 市场增长弹性大。目前全球云服务市场主要由亚马 逊、微软、谷歌等占据，国内阿里、腾讯也占据一定份额。随着 DeepSeeK 等国产大模型的脱 颖而出，国内 AIDC 增速有望提升，国内云服务企业市场规模有望继续提升。 各大巨头采用自建和租赁的方式快速扩张其基础设施，参考 Synergy Research Group 数据， 2023年超大规模运营商已拥有超过1000 个大型数据中心，占全球数据中心容量的41%。其中， 自建数据中心占据稍微多一点的份额，而租赁设施则占据剩余部分。与此同时，非超大规模的 托管数据中心也占据了 22%的市场份额，传统的企业自建数据中心占据 37%的份额。

1.2 供配电基础设施有望迭代升级

数据中心是全球协作的特定设备网络，其以现有的因特网络为传输通道，利用数据中心基础配 套资源，通过自用或者外租的方式为各类用户提供服务。参考胡鹏涛《数据中心的节能研究与 实践》，数据中心根据其内部的设备组成分为四部分： 1）IT 系统：主要由各类服务器、磁盘阵列、安全防护和网络设备等组成。 2）配电系统：为数据中心提供电力引入、电力转换及停电后的基础保障，是数据中心 IT 系统 能够可持续、稳定运行的前提。 3）制冷系统：主要分为制冷冷源设备和空调末端设备等。主要对数据中心的 IT 系统和配电 系统进行冷却，保证数据中心的安全稳定运行。 4）其他系统：属于数据中心的辅助系统，一般由监控、消防以及其他保障系统组成。

数据中心配电系统是较为重要组成部分。配电系统为数据中心提供电力引入、电力转换及停 电后的基础保障。配电系统对数据中心的供电系统稳定性影响较大，高等级的数据中心，需要 多重电源供电、后备的柴油发电机系统。一般而言，数据中心供电需要电网不间断供电，因此 需要合适的 UPS 与组网方式保证数据中心面对毫秒级至分钟的市电异常不会有任何中断；同时 在大时间尺度（如小时或天）的市电异常，需备用市电系统或者柴油发电机系统的保护；此外， 供电需要保障稳定，电网电压要频率稳定，波形失真小 。

供配电稳定性对数据中心较为重要。据 2023 年权威机构 Uptime Institute 调研表明，供电故 障(占比 52%)是数据中心机房宕机最大原因。

数据中心供配电系统是从电源线路进用户起经过高/低压供配电设备到负载止的整个电路系统， 主要包括：高压变配电系统、柴油发电机系统、自动转换开关系统（ATSE）、输入低压配电系 统、不间断电源系统（UPS，Uninterruptible Power System）系统、UPS 列头配电系统和机架 配电系统、电气照明、防雷及接地系统。

A 级数据中心供配电系统主要为 2N、DR、RR。参考 ODCC《巴拿马供电技术白皮书》： 1）典型的低压 2N 模式一般采用单母线分段模式，2N 供电系统可靠，简单，单元化比较好， 缺点是负载率比较低，效率低，成本较高； 2）DR 系统即分布式冗余系统，即把负载分担到多个不同的配电或电源系统中，整个系统可实 现任何一个环节故障，通过自动切换可以达到负载供电连续。该方案的优点是设备负载率 更高，单台设备平时负载率可以达到 66%，降低了系统投资，在三种方案中收益和风险较 为平衡。 3）RR 系统即后备式冗余系统，即有一套公共备用系统作为其它的备用，整个系统中任何一套 出现问题，该备用系统可以实现负载倒换，保证系统供电不中断。

二、AI 服务器电源升级，不间断电源 UPS 有望向 HVDC 发展

2.1 AI 服务器电源功率提升

全球 AI 算力市场规模快速提升。全球人工智能企业数量正高速增长，得益于各国政府的大力 政策支持，人工智能产业蓬勃发展。在 2023 年，全球人工智能（AI）市场规模已经达到了约 11879 亿元。Precedence Research 预计，到 2030 年，全球人工智能（AI）市场规模将有望实 现飞跃式增长，预计将达到 114554 亿元。从 2023 年至 2030 年，全球人工智能市场将有望实 现超过 35%的复合增长率，AI 算力市场增长迅速。

需求端对算力需求指数增长。随着人工智能公司和互联网企业对 AI 领域的投入增加，对算力 的需求也呈现指数级增长。而随着算力需求的提升，芯片架构和制程也在不断优化，拉动芯片 功率提升。

英伟达芯片功率密度持续提升。英伟达芯片晶体管数量持续提升，2024 年发布 Blackwell 架 构，芯片内部晶体管数增长明显，带动芯片功率密度提升。作为英伟达液冷供应商，维谛技术 在展示中也结合英伟达技术产品路线图，给出了能耗预测。维谛技术预计，到了 Rubin Ultra 时期，AI GPU 峰值机架密度功耗最高或超过 1000kW。H100、H200 GPU 功耗都是 700W，而 GB200 达到 2700W，单芯片功耗持续提升。

高密度设计带来数据中心架构变革。英伟达发布的 Blackwell Ultra 性能是前代 GB200 的 1.5 倍，其 NVL72 方案连接了 72 块 Blackwell Ultra，相应的，数据中心的机架架构也将升级为 Kyber，通过将计算托盘旋转 90 度，以实现更高的机架密度。 1）液冷技术：单颗 Blackwell Ultra 芯片的功耗高达 1.4kW，NVL72 方案单机架整体功耗将达 到 120-130kW，传统风冷系统已无法满足散热需求，液冷技术成为趋势。 2）配电系统的重构：未来的 Rubin Ultra NVL576 机架功耗提升(维谛技术预计)，为减少能量 传输损耗，高压直流（HVDC）和模块化电源方案有望逐步普及。 3）空间效率的进一步压缩：相比于 NVL72 方案，计划 26 年问世的 NVL144 方案性能提升 3.3 倍，而 27 年计划推出的 NVL576 方案通过 3D 封装技术将 576 颗 Die 集成于单一机架，单位 面积算力密度较 NVL72 方案提升 14 倍，这一趋势迫使机房布局从“横向扩展”转向“垂直 堆叠”。

数据中心供电电源架构分为三级架构。如下图所示，数据中心的电力电源分为三级，首先通 过 UPS 系统将市电转化为低压交流电；其次通过 AC/DC，输入交流电，将交流电转化为50V/58V 直流电；最后通过 DC-DC 在柜内降压为 12V、0.8V 低电压给 CPU 和 GPU 使用。服务器电源(PSU) 主要应用于 AC-DC 环节，随着机柜内功率提升，服务器电源有望向高功率方向发展。

GB200 NVL36 配置中，一个机架有 36 个 GPU 和 9 个双 GB200 计算节点（以托盘为单位）。 GB200 NVL72 在一个机架中配置了 72 个 GPU 和 18 个双 GB200 计算节点，或在两个机架中 配置了 72 个 GPU，每个机架上配置了 18 个单 GB200 计算节点。GB200 NVL72 的机架功率为 120kW。

AI 服务器电源有望呈现量增趋势。按照 2N 配置，单个 Power shelf 可以支持 33KW,对应需要 8 个 Power shelf，每组 Power shelf 由 6 个 PSU 组成，单个 PSU 功率为 5.5KW，主机柜的功耗 可以达到 264KW。

AI 服务器电源性能提升有望拉动其价值量提升。Semi Analysis 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，年化复合增速达 25.1%。根据光明网 报道，2025 年 3 月 31 日国家发展改革委党组成员、国家数据局局长刘烈宏表示：持续推进算 力基础设施建设。今年底，中国要实现 60%以上新增算力在国家枢纽节点集聚，新建大型数据 中心使用绿电占比超过 80%。我们认为，以光伏、风电为基础的绿电供给具有较大的波动性， 或将进一步提升对数据中心电源、高压直流装置性能要求，从而带动其价值量提升。

2.2 不间断电源 UPS 有望向 HVDC 发展，高效率有望成为演进方向

UPS/HVDC 可以保障电能供应短期稳定性，是机柜外供配电电路的重要组成部分，可以保障数 据中心不断电。 1）UPS（交流不间断电源）：在大规模的数据中心之中，目前 UPS（交流不间断电源）设备 供电还占据着相对较大的比例，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。 2）HVDC（全直流供电方案）：在数据中心，HVDC 供电技术方案在我国经过十几年的蓬勃发 展和规模化应用，也越来越为运营商所接受和采纳，形成 HVDC 与 UPS 并存 的局面。标 称电压 为 DC240V 或 DC336V 的输出母线给下游 IT 设备的适配器直接供电，在直流母线上 接入电池为 IT 设备做备电，而在电池的充放电管理过程中，功率变换环节更少，效率和 可靠性都较高。

参考智研咨询，UPS（Uninterruptible Power Supply）利用电池的化学能作为能量后备，当 市电发生断电或异常等电网故障时，为用户设备提供不间断的（交流）电能的一种能量转换装 置，被称之为不间断电源。UPS 主要包括：整流（功率因数校正）、蓄电池组以及其充电放电 部分、逆变、静态旁路，和输出转换开关等，为负载提供稳定电压、稳定频率的能量来源。 UPS 在其发展初期，仅被视为一种备用电源。后来，由于电压浪涌、电压尖峰、电压瞬变、电 压跌落、持续过压或者欠压甚至电压中断等电网质量问题，使计算机等设备的电子系统受到干 扰，造成敏感元件受损、信息丢失、磁盘程序被冲掉等严重后果，引起较大的经济损失。因此， UPS 日益受到重视，并逐渐发展成一种具备稳压、稳频、滤波、抗电磁和射频干扰、防电压浪 涌等功能的电力保护系统。 UPS 市场规模稳步增长。参考智研咨询数据，2013-2022 年，我国 UPS（不间断电源）呈现持 续增长态势，年复合增长率达到 15.73%。估计 2023 年行业市场规模达到 152 亿元，智研咨询 预计 2025 年市场规模达到 191 亿元。

UPS 竞争格局分散，产品逐步向大功率方向发展。参考智研咨询数据，从功率大小来看，我国 UPS 产品已经从小功率产品向大功率产品发展，市场需求向高端产品转移。从国内 UPS 产品结 构来看，10KVA 以上 UPS 占比达到 80.4%，其中 100KVA 以上 UPS 占比达到 50.7%。中国 UPS 市 场竞争激烈，众多品牌参与其中，包括科华数据、华为、维谛技术、山特、施耐德电气、伊顿、 艾默生等。从 2023 年中国 UPS 行业竞争格局来看，排名前三的企业分别为科华数据、华为和 维谛技术，市场占比分别为 15.6%、14.2%和 12.1%。

高压直流供电系统(HVDC)主要由交流配电模块、整流模块、蓄电池等构成。与 UPS 相比，参考 中国电信上海信息网络部， 1） 供电关键不同：UPS 系统供电取决于 UPS 设备（逆变器部分），HVDC 系统供电可靠性取决 于电池自身。 2） 组成不同：HVDC 包括换流器、换流变压器、平波电抗器、交流滤波器、直流避雷器及控制 保护设备等，与 UPS 不同。UPS 一般由整流器、逆变器、充电器、变压器、静态旁路、通 讯接口、蓄电池等部分组成。 3） UPS 电源多一级变换效率降低，输出采用工频滤波，UPS 电源的电池在输入端，而 HVDC 的 电池在输出端。 4） UPS 电源系统并机是交流并联，需要同频、同相、同电位，HVDC 并机是直流并联，只有同 电位的问题。

HVDC 相比 UPS 效率高、可用性高。HVDC 供电是目前国内数据中心供电中在大力推广的一种供 电系统。其主要包括：三相 PFC、隔离 LLC 谐振电路。DC 与 AC 相比，其并联简单可靠，并联 模块数量可以多至上百个。240V/336V HVDC 设备正是利用该优点，模块化的设计（采用高频化 的整流模块），多个模块并联组成一套供电系统，多个模块间有冗余，可热插拔，且电池直挂 DC 输出侧，去掉 AC UPS 的逆变环节，系统可用性与 AC UPS 比大大提升。

HVDC 向高压化发展。随着机柜式服务器功率提升，电流增大会导致电路发热增大，输入电压 提升有望成为发展趋势，HVDC 供电技术有望朝着高密度、高功率方向发展。目前，国内已有企 业布局相关技术，中恒电气正积极研发第三代 HVDC 技术，将电压平台从 400V 提升至 400V— 800V，可直接适配 NVIDIA GB200 等高功率 GPU 集群的供电需求。 巴拿马电源在 HVDC 基础上优化。根据 ODCC《巴拿马供电技术白皮书》，从整体结构看，整个 巴拿马电源由 10kV 中压柜(可选)，移相变压器柜,整流输出柜,交流分配柜(常规不配置,当要 求配置交流 380V 输出时提供该柜)组成。一般巴拿马电源的上游配有 10kVac 中置柜,巴拿马电 源进线柜是为了方便运维而增加的，如果 10kVac 中置柜与巴拿马电源在同一房间，中压开关 柜可以省掉。

巴拿马电源优势明显。参考 ODCC《巴拿马供电技术白皮书》，以数据中心巴拿马电源为代表 的中压直供直流 2N 系统，在整体投资、效能、安全性等各方面都拥有显著优势： 1） 占地面积小、交付速度快：巴拿马电源的架构比传统的供电架构更加简洁，配电/功率变 换环节少，中压/低压融为一体，占地面积大大减少。同时减少设备数量，采用解耦,预制 化等技术，加快交付速度。 2） 高可用性、效率高：巴拿马电源精简了低压 AC 配电环节，提高可用性；巴拿马电源由传 统变压器改为移相变压器，省掉功率因数调节环节，移相变压器的效率为 99%，整流调压 部分的峰值效率为 98.5%,整体峰值效率可达到 97.5%。 3） 成本低：巴拿马电源精简了中间环节，设备的使用量变少，结构上设计紧凑，减少了电缆 等材料和工程施工量，投资成本大大节省。

巴拿马电源渗透率较低。根据台达 2024 年 8 月数据，全国台达销售的数据中心巴拿马电源在 线运行数量已经超过 500 套，但依然处于较低水平，未来随着互联网企业数据中心加速建设， 整体渗透率有望提升。 固态变压器(SST)可以进一步提升供电效率。固态变压器也称为电力电子变压器（Power Electronic Transformer,PET），通过电力电子技术实现传统变压器的功能。除了基本的电气 隔离和电压转换的功能，固态变压器还可以实现无功补偿、功率调节与控制以及多端口接入等 功能。固态变压器使用高频变压器实现隔离功能，可以大幅度减小变压器的重量和体积。由于 电力电子器件可以实现高度的可控性，因此可以在提高电网供电质量的同时减少对电网的谐波 污染。将巴拿马电源中的移相变压器更换成 SST，可以进一步提升效率，参考台达数据，同样 系统前提下，SST 目前可以做到 98%的效率，同时全链路架构提升到 91.1%，占地面积也更小。

固态变压器在光伏储能等领域也有所应用，尚未完全成熟。目前常见的功率器件电压等级偏 低，少量高压的 IGBT 器件由于损耗大，开关频率低等问题，不适合应用于固态变压器的应用 场合。未来随着可靠性完善、IGBT 等部件成熟，有望逐步使用。

2.3 BBU: 保障较短时间电能稳定

BBU 是服务器稳定的重要设备。BBU 即电池备份单元（Battery BackupUnit），保证服务器系 统稳定的重要设备。当主电源中断或不足时，BBU 电池能够迅速接管供电，确保系统有足够的 时间来保存重要数据，并将操作转移到其他服务器，从而保护数据中心内的数据安全，提升系 统的稳定性和可靠性。比如市电异常或 PSU 故障导致母线电压跌落至如 49V 时，BBU 放电模 块开始激活，通过热拔插 Oring 电路将电池备电单元 BBU 接入 48V 母线，从而维持母线 48V 电压为后级负载供电，保障业务零中断，典型支撑时间 2-4 分钟，直至柴油发电机启动。 BBU 模块参考设计基于 ORV3 48 V 提案，由带 BMS 的电池包、充电/放电电路和其他功能块组 成，模块应为锂离子 18650 型，电芯电压为 3.5 V 至 4.2 V，电池容量至少为 1.5 AH，连续额 定放电电流为 30 A，可以在 4 年时间里提供不超过 4 分钟的 3 kW 备用电源。

锂电池 BBU 相较传统 UPS 在 AI 数据中心中优势明显，未来有望成为机柜后备能源标配。在数 据中心应急电源系统中，BBU、UPS、柴油发电机及超级电容器各司其职。相比传统 UPS 和柴油 发电机，BBU 具备响应速度快（毫秒级）、体积小、布局灵活等优势，可有效衔接超级电容启 动与柴油发电机供电的过渡阶段。采用锂电池技术的 BBU 则更具竞争力。一方面，其 5-10 年 的使用寿命和快充特性能显著降低全生命周期成本；另一方面，在新型 AI 数据中心采用的高 压直流配电系统中，高倍率 BBU 可表现出更高的电力转换效率，有助于优化数据中心运营成本 结构。 1）性能优势：BBU 在转换效率、能量密度、输出功率、使用寿命和体积大小等方面相比 UPS 铅酸电池具有明显优势。例如，对于相同的存储容量，锂离子电池的重量仅为铅酸电池的 三分之一，空间节省超过 50%。 2）在数据中心应用优势：BBU 的体积小、重量轻，能够根据数据中心的空间需求进行定制设 计，满足高密度计算环境下的空间利用要求。同时高转换效率使 BBU 在运行过程中能够减 少能源消耗，降低数据中心的运营成本。最后作为服务器的直接备用电源，BBU 能够确保 在外部电源中断时，数据中心的存储系统能够将缓存数据写入控制器的内置磁盘，防止数 据丢失，保障业务的连续性。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）