人工智能时代的电价（60分钟阅读）

# Power 2026——AI 时代的电力定价 来源：https://power2026.ai/ \#1 on Apple Books ·Top Free ·CALCULATING\.\.\. AI 时代的电力定价 第一章## 前言：动机 AI 需求正在爆发。虽然关于 GPU 和内存供应链的讨论已经很多，但真正制约 AI 算力扩张的瓶颈是电力。 数据中心目前已经占美国电力消耗的约 5%[\[1\]](https://power2026.ai/#fn-1)。随着数据中心电力需求每两年翻一番[\[2\]](https://power2026.ai/#fn-2)，理论上到 2030 年代中期，需求就会超过美国总发电量。 建设数据中心需要围绕许可审批、周边基础设施和预期电价进行周密规划。在许多情况下，电力的可变成本决定了数据中心是否根本可行。 我是一家大型对冲基金的前量化研究员，曾负责电力和天然气（https://www.neelsomaniblog.com/p/explaining-to-my-parents-what-i-do），过去两年多里，我大部分时间都在为创始人和投资者提供数据中心建设方面的咨询（采购 GPU、与燃煤电厂谈判、选址）。 这份关于电力和数据中心的入门指南，面向那些意识到能源市场存在机会、希望快速跟上节奏的更广泛读者。 读完这份入门指南，你将理解： - 第一部分：**发电厂如何运作**、**数据中心如何开发**，以及**企业可能如何应对**（面向创始人/投资者）。 - 第二部分：**如何为美国电力市场定价**（面向交易员）。 如果你对电力真正感兴趣，我建议你通读全文。希望你觉得它及时且有趣。 感谢 Tina He 和 Samuel Spitz 提供的编辑反馈。 第一部分：关于发电厂的一切 第二章## 大宗商品定价基础 本章内容 - 大宗商品受系统性平衡方程支配，该方程将供应、需求、净出口和库存变化联系在一起。 - 在竞争性市场中，商品价格等于满足额外一单位需求的边际成本。 - 由于电网稳定所需的物理约束，电力市场尤其通常由独立系统运营商（ISO）管理。 在我们深入电力之前，你必须了解它在更广泛背景中的位置。大宗商品有三大类：能源（例如电力、原油、天然气）、农产品和金属。所有大宗商品都具有一些共同的基本属性，使它们区别于其他资产类别。 ### 股票 vs. 大宗商品 股票和大宗商品在两个方面有重大区别。 首先，股票没有任何强制力使其价格回归基本价值。相比之下，大宗商品合约有固定的交割日期。在交割日，会有人来实际买入或卖出该可交易商品。如果玉米太贵，他们就不会买。价格必须回归现实。 其次，股票所代表的公司之间存在着各种有时难以理清的关系，例如合同、共享客户、供应链等等。大宗商品之间的相互关联则更加直接。钻井采出的油气会产生一定量的原油和一定量的天然气（主要是甲烷）。[\[3\]](https://power2026.ai/#fn-3)原油之所以好，是因为它容易运往世界各地。其全球市场意味着国外价格会影响美国国内，因此人们普遍关注霍尔木兹海峡的关闭。原油有市场价，炼油厂购买它来生产馏分油：汽油、柴油和喷气燃料等石油产品。这就是你从加油站买到的汽油。 如果一口井几乎不产油，我们称之为纯气井，美国国内大部分天然气都来自这种井。天然气以原始形态不太容易运输，但你可以将其冷却，以液化天然气（LNG）的形式运输。国外天然气的价格近来远高于美国国内，所以我们尽可能多地出口。因此，国外天然气价格短期内的确对美国国内影响不大[\[4\]](https://power2026.ai/#fn-4)。简单来说，美国国内的天然气就是那些无法实际出口的供应[\[5\]](https://power2026.ai/#fn-5)。天然气被一些工业用途（如化工制造）、居民商业用途（如家庭供暖）和电力所消耗[\[6\]](https://power2026.ai/#fn-6)——这是本入门指南的重点。 ### 系统性平衡方程 大宗商品市场必须在每个地点以特定方式“求解”： 供应 = 需求 + 净出口 + 库存变化[\[7\]](https://power2026.ai/#fn-7) 供应是当地商家需要生产的数量。需求是特定地点的消费量。净出口是从一个地区出口的单位减去进口的单位。库存变化是储存的数量减去从库存中提取的数量。这个方程必须在全世界每个地点都成立。还有其他约束条件： - 你只能将这么多供应从一个点转移到另一个点（可用的卡车/船舶有限，或者电力线路只能支持这么多输电——后面会详细说明）。 - 你不能从库存中提取超过存入的数量，而且你只能在给定时间存储最大数量的供应。 上述每个变量都是价格的函数。价格是消费者支付、供应商收到的金额。如果某个地点的价格上涨，那么在那里生产更多供应就变得经济（效率较低的生产者现在可以在不亏损的情况下满足需求），而当地需求会下降。当然，它也会减少净出口（如果之前有任何出口），并激励更多供应从库存中释放（如果存在的话）。价格会在各地变化，直到系统“平衡”。 在任何给定时间，所有已售出的单位，无论是“第一”个单位还是“最后一个”单位，都以相同的价格出售。你可能会想，如果供应商生产商品非常便宜，也许他们会尝试收取稍低的费用。但在竞争性市场中，你不能个人“选择”你销售的价格。这是大宗商品定价的关键假设。那么市场价是由什么决定的呢？ 为了生产满足需求/库存/出口的最后一个供应单位，我们会选择尚未满负荷运转的最便宜的生产者。生产那一单位供应的成本被称为“边际成本”。例如，如果我们需要 100 桶石油，也许生产者 A 以每桶 5 美元提供 99 桶，而生产者 B 的下一个最便宜报价是每桶 6 美元。那么边际成本就是 6 美元。 在竞争性市场中，每个人销售的市场价格正好等于该边际成本。请注意，如果你是提供最后一个单位供应的生产者（即生产者 B），你在那最后一单位上赚取 0 美元利润；价格等于你的边际成本。这个特性被称为“边际定价”[\[8\]](https://power2026.ai/#fn-8)。它对于电力定价极为重要。 一个简单的理由可以说明为什么是这样：假设那个边际生产者拒绝以他们的边际成本出售。他们只愿意以更高的价格出售。问题是市场是竞争性的。会有另一个供应商以低于该尝试市场价格的价格出售。这种情况会一直持续，直到市场价格正好等于能够提供额外一单位供应的最便宜生产者的边际成本。如果价格更低，那么任何人都不会经济地供应那一单位。 ### 电力的特殊性 电力在物理“母线”[\[9\]](https://power2026.ai/#fn-9)上注入或从电网中提取。这些母线数量众多，分布在美国每个城市。它们通过输电线路连接。 要用电力术语重写上述方程，针对一个特定地点（可以是物理电力母线、整个城市或整个州）： 发电量 = 电力消费 + 净电力出口 + 库存变化 + 损耗 发电量是该地点发电厂生产的电力，我们稍后会深入探讨。消费量是一个地点的电力使用量。 出口/输电发生在物理电力线路上。当你将电力推过线路时，它会发热。这些热量意味着电力在途中会损失一点。金属受热时也会膨胀。你推的电力越多，线路就越热，膨胀也越厉害。如果输电线路膨胀太多，线路可能会下垂过低并点燃一棵树。因此，每条输电线路都有一个“额定值”。这是可以通过该线路的最大电力功率。 这里的库存指的是电池、抽水蓄能、压缩空气等。如前所述，损耗是在电力通过输电线路传输时发生的。 最后还有一件事使电力与其他大宗商品不同。如果我购买 1000 桶石油，我实际上可以实物交割这些石油。如果我在市场上购买 1 兆瓦时（MWh）的电力，这不一定意味着我可以直接去把 1000 个 GPU 插到墙上，然后开始以 1 兆瓦的功率消耗一小时。 这是因为电力市场有一个非营利的中央机构，称为独立系统运营商（ISO）。他们收集所有本地公用事业公司（负荷服务实体）的投标和所有本地发电厂的报价，并计算每个地点的有效市场价、预期发电量和潮流。然后在一天中，他们告诉每台发电机需要生产多少电力，基于他们对每个地点消费量的预测。（在某些地区没有 ISO，但一个称为平衡机构的实体仍确保电网保持稳定。） 我们需要 ISO 的原因是为了保持电网平衡。当你从电网中大量取电时，会降低电网频率。[\[10\]](https://power2026.ai/#fn-10)如果你注入电力则相反。但这些发电机就像价值 1 亿美元以上的机器，它们以精确的速度旋转，以正确的频率（60 Hz）发电。我们稍后会详细讨论这种旋转，但现在你只需要知道，如果电网频率偏离正确频率，可能会对发电机造成严重损坏。 在极端情况下，如果有人真的消耗过多电力，平衡机构会切断他们的供电。有时，人们甚至不是故意破坏电网，只是没有足够的供应来满足需求，例如主要发电机停机，或者冬天非常冷，每个人都在大量用电。为了保护发电机，我们被迫采取限电或停电措施，即切断部分电网。 看起来作为发电机，你受制于 ISO 日常的随意决定，它会告诉你确切能获得多少报酬。尽管如此，如果你拥有一座实体电厂，有多种方式可以交易电力并对冲风险，我们稍后会讨论。大多数数据中心运营商都会以某种方式进行对冲，以确保可预测的经济效益。 第三章## 发电厂 本章内容 - 天然气或燃煤发电机通常是决定电价的机组。 - 天然气发电机的工程结构决定了其成本结构，通过启动成本和有效热耗率体现。 正如我提到的，电价来自生产电力的边际成本。但那个成本曲线从何而来？答案就是发电厂。 ### 阅读 EIA-860 一个发电厂包含一台或多台发电机，有时称为“机组”。每台发电机都有一定的容量，即它能生产的最大电力功率。大多数机组以兆瓦（MW）为单位，核电站等则以吉瓦为单位。美国电网中几乎所有大于 1 MW 的发电厂都可以在 EIA-860[\[11\]](https://power2026.ai/#fn-11)中找到，这是美国能源信息署（EIA）每年编制的一份文件。有时 EIA-860 并不完全准确，但足以用来入门。如果你不确定，可以直接查找一座发电厂以获取更详细的规格。 常见的可再生能源发电厂包括太阳能发电厂和风力发电厂。其他类型的发电机有水力、核能、天然气（简称为“燃气”或“天然气”）、煤炭，以及效率很低的机组如燃油/柴油。请记住，边际成本是生产额外 1 MWh 供应的成本。生产电力的边际成本大致按照我列出的燃料来源顺序升序排列，可能天然气和煤炭的位置会根据机组效率而互换。当你按边际成本对发电机进行排名时，有时称之为“优先顺序”。[\[12\]](https://power2026.ai/#fn-12) 生产满足需求所需最后一兆瓦时电力的发电机/机组被称为“边际机组”。这通常是天然气发电机。换句话说，那台天然气发电机的边际成本最终决定了当地市场价格，与我们之前讨论的边际定价概念一致。这种定价机制（统一清算价格拍卖[\[8\]](https://power2026.ai/#fn-8)），即所有机组无论成本如何都获得相同的价格，确保发电厂有动力尽可能便宜地发电。 EIA-860 还通过“热耗率”报告每台天然气（或煤炭）发电机的效率。如果我们以兆瓦为单位测量发电机容量，那么它在一段时间内生产的电量以兆瓦时（MWh）为单位，即兆瓦数乘以小时数。不深入物理细节，燃料来源的“热量含量”以百万英热单位（MMBtu）为单位。热耗率[\[13\]](https://power2026.ai/#fn-13)是一个简单的换算，告诉你产生 1 MWh 电力所需的 MMBtu 燃料（MMBtu/MWh）。如果你有 1400 MMBtu 的天然气和一台 7 热耗率机组（相当典型的效率），那么这足够生产 200 MWh，例如 200 MW 运行 1 小时或 100 MW 运行 2 小时。显然，热耗率越低越好。 ### 天然气发电机如何工作 天然气发电机的基本机制是压缩一些空气，然后点燃一些天然气，产生高压、高温的气流。[\[14\]](https://power2026.ai/#fn-14)气体通过涡轮机膨胀，使涡轮旋转。这个过程称为布雷顿循环。涡轮通过轴连接到发电机的一个也旋转的部件，恰当地称为“转子”。保持静止的部分是“定子”。正是这种旋转产生了电力。 大多数电力都是通过某种类似的旋转产生的。例如水力发电利用水旋转涡轮，核电站产生蒸汽来旋转涡轮，等等。（例外包括光伏电池。）我刚才描述的装置称为简单循环燃气轮机（SCGT）。 当气体从 SCGT 中排出时，它仍然很热。事实上，温度足够高，我们可以利用它来产生更多电力。可以在顶部加装一个余热回收蒸汽发生器（HRSG），它基本上将水煮沸直到变成蒸汽——然后再次通过涡轮机进行第二次旋转以发电。这称为朗肯循环，当你将其与布雷顿循环结合时