美國一次能源結構及及機遇在哪？

美國電力供需在 AI 浪潮下生變。

1. 現狀：燃氣發電占據主導，核電發展增長乏力

美國一次能源結構：傳統化石能源（尤其是天然氣）占據主力地位，核能利用不 溫不火。作為傳統的能耗大國，二十世紀美國能源消費較為依賴傳統化石能源（傳 統化石能源占能源消費的比重始終高于 85%），輔以核能利用（核能消費占比 從 1973 年的 1.23%提升至 2000 年的 8.13%）；二十一世紀初美國通過先進技 術成功商業化開發頁巖氣，2011 年天然氣生產首次超過天然氣消費（26.30 vs 24.95 千萬億 Btu），隨后于 2016 年成為液化天然氣（LNG）凈出口國，并在 2023 年成為全球第一大 LNG 出口國。在此過程中，美國的核能生產消費則整體 處于不溫不火的狀態，核能生產占一次能源生產的高峰出現在 2007 年 （12.19%），隨后占比持續回落（2023 年為 7.88%）；核能消費在 2001 年突 破 8 千萬億 Btu 后基本保持穩定，占一次能源消費的比重穩定在 8~9%之間。

美國電力生產及電源結構：氣電為主輔以新能源，裝機規模快速提升，核電發展 近三十年來基本陷入停滯。從電力生產結構來看，二十世紀美國電力供應較為依 賴煤電機組，進入二十一世紀隨著頁巖氣革命帶動天然氣價格的快速走低，疊加 燃氣機組高靈活度的特性，天然氣發電量規模快速提升并于 2016 年超越煤電成 為第一（2023 年發電量占比再創新高達到 43.17%），裝機規模于 2022 年突破 500GW。與此同時，美國核電發電量占比在 1992 年突破 20%后并未保持持續 上升態勢，整體發展在近三十年來基本呈現停滯狀態（1991~2024 年僅有 5 臺 機組并網商運）。

美國核電發展：在運機組數量及規模近十年來持續下降。作為核能利用的先驅， 美國第一座商用核電站希平港核電站于 1957 年實現并網發電，隨后持續保持全 球核電發電量最大的國家（2023 年 7753 億千瓦時，第二是中國）；但 1979 年 賓夕法尼亞州的三哩島核電站 2 號機組事故后美國基本沒有新開工的核電站項 目（在建項目仍持續建設并投運），在運核電裝機規模在 1996 年突破 100GW 后在此上下浮動，在運機組數量在 2013 年起隨著部分機組設計運行年限到期退 役后持續下降，2023 年美國共有 93 個在運核電機組，總裝機規模 95.75GW。

美國核電呈現長使用壽命、多退役機組、大機組增長乏力的特點。（1）根據 IAEA 和 WNA 數據，截至 2025 年 1 月，美國共有 94 個在運核電機組（2024 年 Vogtle-4 號機組新增投運），其中首次并網時間至今超過（含）40 年的多達 68 個（一般 核電機組不考慮延壽措施的使用壽命為 40~60 年），總容量 66.54GW；（2） 美國已有多達 41 個機組退役（全球第一，退役機組總容量僅次于德國為全球第 二），平均使用壽命為 23 年；（3）全球目前共有 63 個核電機組（66.10GW） 在建，但美國無任何在建機組，考慮到三代大型核電機組一般 5~10 年的建設周 期，2030 年前美國恐無任何可以新增并網商運的大型核電機組（退役或暫時停 運的機組恢復運營除外）。

2. 機遇：AI+制造業回流刺激用電需求持續提升

美國數據中心用電需求未來有望快速提升

根據美國 Berkeley Lab 的研究結果，美國數據中心的用電需求在過去十多年發 生了幾個階段性的變化： （1）2010~2016，美國數據中心用電需求保持溫和增長態勢。在 2000~2005 年數據中心用電總需求隨數據中心規模快速增長后，數據中心空間應用類型的改 變（從內部服務逐步向主機托管/云服務切換）和能耗控制策略的加碼（優化冷 卻/電源管理、提高服務器利用率、提升計算能力、降低服務器空載功率等）使 得數據中心總用電需求在 2010~2016 年溫和上升，2016 年維持在 60TWh 左右。 （2）2017-2018，用電需求出現快速增長苗頭。隨著服務器整體規模的持續增 長，疊加 AI 用 GPU 加速型服務器在服務器整體規模中占比的快速提升，數據中 心整體用電需求開始呈現明顯的上升態勢，2018 年達到 76TWh，占全美用電需 求的 1.9%。 （3）2018-2023，用電需求保持高速增長態勢。隨著 GPU 加速型服務器規模的 加速提升，數據中心整體用電需求維持高增，2018-2023 年均復合增速達 18% （2014~2018 年為 7%），2023 年達到 176TWh，占全美用電需求的 4.4%。

展望 2025~2028 年，美國數據中心總用電量有望從 2023 年的 176TWh 提升至 2028 年的 325~580TWh（占全美用電需求的 6.7~12%），年均增速為 13~27%， 若按照 50%裝機利用率測算對應的電力裝機規模需求為 74~132GW（能源咨詢 機構 E3 的預測為 20~100GW 的額外裝機規模需求）。未來數據中心用電量需求 增量的關鍵核心是 AI 服務器需求的提升： （1）AI 服務器需求總量在未來將顯著提升。從服務器數量上看，美國服務器總 量從 2014 年的 1400 萬個（全部為傳統服務器）提升至 2020 年的 2100 萬個（其 中 160 萬為 AI 服務器），再到 2028 年有望達到 3700 萬個（不考慮 GPU 受限 的情況，若 GPU 數量受限則規模會略微超過 3000 萬），其中約 800~1200 萬 的新增服務器為 AI 服務器。 （2）AI 服務器年均功耗亦高于傳統服務器。從單一服務器年均功耗上看，AI 服務器的年均功耗總體來看遠高于傳統服務器，其中傳統服務器中年均功耗最高 的 8 核心服務器 2028 年的年均功耗有望達到約 1.4kW，而 AI 服務器中的 8GPU 服務器 2028 年的年均功耗將突破 6kW。

（3）超大型（Hyperscale）和托管類（Colocation）數據中心占比的提升將帶 來數據中心能源效率（PUE）的提升。行業發展初期（2010 年前）內部用數據 中心是數據中心使用的主力場景，隨著 2017 年 AI 服務器規模的快速提升，超 大型和托管類數據中心的占比開始提升（從 2010 年的不到 15%提升至 2020 年 的 40%），預計到 2028 年將占據 85%的市場份額。上述變化也將帶來能源使 用效率的提升（即 PUE 數值的下降），美國數據中心年均 PUE 從 2014 年的 1.6 下降至 2023 年的 1.4，疊加低 PUE 液冷 AI 服務器應用規模的持續提升，2028 年行業年均 PUE 有望進一步下降至 1.15~1.35。

制造業回流+政策變化為燃氣發電及核電發展帶來機遇

制造業回流+電氣化趨勢給美國電力需求帶來新的發展空間。根據 EIA 在 2025 年 2 月《Short-Term Energy Outlook》中的研究結果，2024~2026 年美國電 力需求增速將分別達到 1.8%/2.4%/1.4%，是美國繼 2013 年以來首次連續三年 實現電力需求增長；其中居民、商業+運輸用電在電動化趨勢的帶動下仍將保持 增長態勢但增速將逐步放緩，而工業用電需求在制造業回流和 AI 應用規模快速 提升 的 刺激 下有 望 呈現 加速 增 長態 勢， 24~26 年的 增 加值 將分 別 達到 201/244/328 億千瓦時，是美國未來電力需求增長的重要催化因素。

美國部分地區的電價亦在電力供需形勢變化背景下明顯上升。2024 年美國最大 電網運營商 PJM 最新的容量拍賣價格創下歷史新高，主要原因是 PJM 經營范圍 內的電力容量供需偏緊（供給端：25/26 年交付年度預計有 6600MW 發電機組 已經退役/或有退役計劃，新增容量只有 110MW；需求端：25/26 交付年度的峰 值負荷預測同比增加 3243MW），而其背后的核心因素既有 PJM 地區（伊利諾 伊州、弗吉尼亞州、賓夕法尼亞州等）數據中心數量的快速增長，也有當地制造 業回流所帶來的電力需求增長。

兩黨對核電發展的共同支持疊加共和黨對新能源政策的不確定使得核電具備更 大發展空間。一方面，核電既可以滿足民主黨強調的應對氣候變化、通過能源轉 型實現去碳的要求，也可以成為共和黨保障美國電力供應穩定的重要途徑，因此 兩黨均對美國核電發展有著較強的支持力度，美國也先后在兩黨時任總統的帶領 下發布了推動核能發展的有關計劃（2020 年 4 月在時任總統特朗普的帶領下美 國能源署發布《恢復美國核能競爭優勢：確保美國國家安全的戰略》；2024 年 7 月時任總統拜登正式簽署《先進核能法案》）。 另一方面，在美國第四十七任總統特朗普正式宣誓就任后，其便于就任當天簽署 行政令，宣布美國將再次退出《巴黎協定》，且其也多次放出對美國新能源發電 行業發展的“不友好信號”（如宣布廢除《通脹削減法案》、宣揚反風電言論并 發布政策終止向大型風電發電場租賃土地等）；在美國電力需求持續增長的背景 下，新能源裝機發展面臨的不確定性也使得核電、燃氣發電等發電形式具備更大 的發展空間。