芝能智芯出品
随着人工智能（AI）的高速发展，数据中心如雨后春笋般涌现，其巨大的电力需求对电网构成了前所未有的压力。不良谐波现象的频繁出现表明，电网的电能质量正受到严重影响，甚至威胁到家用电器和老化电力设备的运行安全。
我们根据彭博社《AI Needs So Much Power, It’s Making Yours Worse》一文展开分析，并将分为两个部分进行深入探讨：
第一部分聚焦AI数据中心带来的电能质量挑战及其解决方案；
第二部分分析英伟达将锂电BBU（备用电池单元）作为新一代服务器标配的策略。
人工智能的繁荣使得数据中心如雨后春笋般涌现，美国目前是全球最大的数据中心运营商，且其他国家也在竞相建设。
数据中心作为城市规模的大用户，其建设速度远超电网规划的常规节奏。以美国为例，未来五年电力需求将因新数据中心推动而激增近 16%，是一年前估计的三倍多，而电网几十年来电力使用量基本持平，现有的电网基础设施难以快速适应这种爆发式增长，导致电力供应紧张，电压稳定性受到挑战。
数据中心多集中在大城市附近以利用更大电网和光纤网络解决延迟问题，但也给本已脆弱的城市电网增添巨大压力。
在农村地区，靠近重要数据中心活动的传感器也出现电力失真，说明电网在城乡都面临着因数据中心带来的压力，且这种压力还因基础设施老化、极端天气以及电动汽车等更多电气化设备的兴起而加剧。
数据中心的大规模用电以及其用电的不稳定性（如人工智能的能源消耗像锯齿图，而非平滑线），会导致电网电压出现波动。
当数据中心用电高峰时，可能会拉低电网电压，而在用电低谷时，又可能使电压升高，超出正常范围的电压波动会影响各类电器设备的正常运行，降低其使用寿命，甚至损坏设备，对电压敏感的电子设备，如精密仪器、医疗设备等，可能会因电压不稳而出现测量误差、故障甚至报废。
● 谐波失真的直接后果包括：
◎ 设备损坏：电器发热、噪音增加甚至失灵，严重影响设备寿命。
◎ 火灾风险：电压波动或谐波积累可能引发电气火灾。
◎ 经济损失：全球范围内的谐波相关损失可能高达数十亿美元。
数据中心快速建成并上线的速度远超传统电网规划，给本已老化的电网设施带来了前所未有的冲击。
此外，电动汽车普及、家庭电气化程度提高等趋势进一步加剧了电力需求。这些因素叠加，使电网变得更加脆弱，难以应对超大规模负载。
AI数据中心对电能质量的冲击既是技术挑战，也是优化电网的契机。
英伟达计划在新一代服务器 GB3800 中将 BBU（Battery Backup Unit，备用电池单元）列为标配，其中采用锂电池技术的 BBU 更具竞争力。
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。
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。锂电 BBU 的 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。
虽然中国电网环境相对稳定，对 BBU 需求不如海外迫切，但随着 AI 对数据安全要求提升，加之 BBU 相较 UPS 在成本和空间利用上的优势，国内市场也将逐步向 BBU 方向演进，甚至有观点认为 BBU 随着技术迭代有成为应急电源标配的可能。
● 方案优势：锂电BBU响应速度快、体积小、布置灵活，适用于高压直流配电系统，提升电力转换效率。长使用寿命和快充特性降低全生命周期成本，增强数据安全性。
● 解决问题：提升供电可靠性，避免因电力中断导致的数据丢失或业务中断。优化运营成本，通过高效电力转换减少电力损耗，节省电费支出。
● 设计影响：推动电源系统架构变革，结合超级电容和柴油发电机构建更完善的应急供电体系。改变空间布局与散热设计，使数据中心更加紧凑高效。提高智能化管理水平，实现电源系统的实时监测和预测性维护。
英伟达推出的针对数据中心的谐波优化方案，引入了AI算法来实现实时监测与优化电力使用效率，可以自动识别并调整数据中心内各个组件的功耗，从而减少不必要的能耗，并提高整体的能源利用效率。通过这种方式，不仅能降低运营成本，还能减小对环境的影响。
为了减轻主电网的压力，英伟达建议将部分计算任务转移至靠近数据源或用户的边缘节点执行。这种方法能够降低传输延迟、减少带宽占用，同时也能分散瞬时电力需求，防止电网过载。
此外，分布式供电策略鼓励采用本地化的能源生产方式，如太阳能板等可再生能源，进一步增强了系统的自给能力和环保性能。
● 对于未来数据中心设计的影响体现在几个关键方面：
随着技术的进步，未来的数据中心将更加灵活多变，允许快速部署新服务和技术升级。
智能管理系统使得这些设施能够在几乎无需人工干预的情况下自我调节和优化。考虑到环境保护的重要性，越来越多的数据中心开始探索如何更广泛地应用清洁能源。光伏和风能等可再生能源的使用比例预计会持续增长，帮助实现碳中和目标。
云-边协同的概念促进了计算资源的最优分配，而区域节点布置则保证了即使在网络故障时也能维持基本的服务水平。这种架构不仅提高了系统弹性，也为用户带来了更好的体验。
从硬件到软件层面的全面优化，意味着不仅要改进物理基础设施，还要不断提升算法的效率。新型滤波设备的应用配合强化后的能效监控与优化算法，可以确保数据中心始终处于最佳工作状态。
英伟达的实践强调了电网管理需要变得更加智能与弹性化。借助AI、电力工程和数据分析等现代技术，可以更好地预测负载需求、调度能源资源，最终达成提升电能质量和促进可持续发展的双重目标。这不仅是对现有电网管理模式的一种革新，也预示着一个更加清洁、高效且可靠的电力未来。
AI数据中心的崛起带来了前所未有的电网压力，也为电能质量的技术升级提供了新的动力。芝能智芯认为，应以多元技术手段提升电能质量，通过跨行业协作实现电网的智能化转型。
