（来源：麻省理工科技评论）

一场英格兰对德国的男足比赛，上半场踢完 0 比 0，气氛紧张。几百万英国人集体松了口气，然后做了他们在压力时刻最常做的事：烧水泡茶。一大波电热水壶同时打开，给电网制造了另一种压力：用电需求突然猛增。但负责当地输电网络的英国国家电网早有准备。

就在水壶开始烧水的时候，一套 AI 程序向伦敦的一座数据中心发出指令，让它降低部分高耗电芯片的功率。这个调整帮助确保了电力供需平衡，避免了潜在的停电或电力设备损坏。对于平时只管自己用电、不管别人死活的数据中心来说，这是一个根本性的转变。

然而，这其实是一次测试。软件控制的是一座真实的数据中心，但当时并没有比赛在进行——那是 2025 年 12 月。工程师们在为一种新型“弹性用电”数据中心做试运行，他们重现了 2020 年欧洲杯一场比赛期间英国电网面对的用电需求，想看看他们的软件 Conductor 如果当时在线，会怎么应对。

Conductor 是 Emerald AI 的核心产品。这家位于华盛顿特区的公司属于一波新兴企业，它们都在研究同一个问题：数据中心能不能在现有电网的容量范围内运转？

今年 Emerald 将在弗吉尼亚州被称为“数据中心走廊”的地区，把 Conductor 部署到一座新设施中，这次是接入真正运行的电网。当整体用电需求飙升时，Conductor 会降低数据中心的功耗，同时确保服务器优先完成最紧急、最重要的任务。Emerald 在这个项目上的合作伙伴包括 Nvidia 和大型数据中心运营商 Digital Realty，他们把这座设施称为全球首批“弹性用电 AI 工厂”之一。

如果能证明数据中心可以参与这种“有借有还”的用电方式，就能缓解很多科技行业领导者眼中的最大瓶颈：审批、建设和接入新电厂所需的时间远远长于建一座数据中心。比如弗吉尼亚州的电网运营商 PJM（美国最大的电网运营商）需要八年才能让新发电设施上线，这是能源研究机构 RMI 的数据。“我们必须解决能源这道题，”Nvidia 可持续发展负责人乔什·帕克（Josh Parker）说，“AI 工厂的灵活用电是连接 AI 巨大需求和电网眼前局限的桥梁。”

但速度只是问题的一面。数据中心接入电网之后，周边居民经常批评它们用电太多、推高电价；人们抱怨数据中心制造的噪音比创造的长期就业多，还会加剧污染、威胁就业。据 Data Center Watch 统计，2025 年因反对声浪被搁置的数据中心项目价值超过 1500 亿美元。嗅到民意的政策制定者也开始限制开发。

十几个州正在考虑禁令，明尼阿波利斯和佐治亚州迪卡尔布县等地已经实施了暂停令。在联邦层面，参议院的一项两党法案 GRID Act 提议让新建数据中心彻底脱离公共电网。一些运营商已经在朝这个方向走了，试图自建发电设施。

但也许答案的一部分就在我们脚下和头顶，就在现有的输电线路里。现有电网只在一年中为数不多的用电高峰时段才接近满负荷运转；一些电网专家因此认为，如果数据中心能在那些时段控制自己的用电量，就不需要等大规模基础设施升级，也不需要自建离网发电设施。

越来越多的研究支持了这个观点。杜克大学 2025 年一份引发广泛讨论的报告发现，如果数据中心愿意在全年仅 0.25% 的时间（大约 22 个小时）里降低用电，美国电网就能额外释放约 76 吉瓦的容量——相当于全部容量的 5% 左右，大致够满足到 2030 年美国数据中心的增长预期。普林斯顿大学和两家电网现代化公司的研究者在 PJM 地区选址时发现（这份报告由 Google 资助），一座 500 兆瓦的数据中心如果愿意在一年中不到 1% 的时间里灵活调节用电，可以比不灵活的设施早三到五年达到满负荷运行。

灵活用电还能帮数据中心改善公众形象。在电网吃紧时降低自身用电，可以避免把电从最需要的地方抢走，从而增强电网稳定性。利用现有容量意味着可能减少新建化石燃料电厂的需求，还能把固定成本分摊到更多用电户头上，压低电价。

AI 带来的用电压力正在吸引资源和研究投入电网灵活性这个方向，这对度过当前的过渡期很有帮助：算上电动车、空调和其他行业，分析师预测到 2030 年美国用电需求将比 2023 年增长 25%，数据中心是推动因素之一。

理想情况下，灵活性让电网运营商对电力流向有更大的掌控力，从被不灵活的用电需求牵着鼻子走，变成一个和谐乐团的指挥。这有助于管理整个系统的需求高峰，也能更有效地应对风电和太阳能等可再生能源时有时无的特点。“需求侧灵活性对电网非常有用，”密歇根大学电网专家约翰娜·马蒂厄（Johanna Mathieu）说，“它能降低电费、提高电网可靠性。”

但好处虽多，操作起来也复杂。让数据中心在用电上妥协是一件不容易推销的事。灵活用电要求电力公司和电网运营商改变长期以来的保守做法。也有人说灵活用电会转移注意力——真正该做的是更快地建设更多电网基础设施——甚至可能给供电安全带来风险。

不过一些技术专家、电网运营商和电力公司正在试图证明灵活用电是可行的。数据中心建设的排头兵们天然倾向于不灵活：微软和 Oracle 等超大规模运营商提出建造巨型新设施，很多打算自备烧天然气的离网电厂；xAI 想加快孟菲斯郊外 Colossus 数据中心的建设时，直接用平板卡车拉来了燃气轮机。这座已经投入运行的设施正面临监管机构和居民的强烈反弹，因为它造成了排放和污染的急剧上升。而且全球的燃气轮机产能根本不够满足数据中心运营商的需求。

大用电户面临的一大障碍是电网本身的刚性。电网的设计是按全年用电最高峰来配置供电能力的，即使高峰时段在全年只占很少的小时数。这种保守做法是保证可靠性的简单路径，但也意味着电网大部分时间有不少富余。“电网本来就严重过度建设。如果你开航空公司利用率只有 30%，你不会再买飞机，”GridCare 联合创始人兼 CEO 阿米特·纳拉扬（Amit Narayan）说。他引用了 2025 年斯坦福大学对北美西部输电线路的研究。“电网利用率 30%，从科学上讲完全可以提到 60%。”

灵活用电对电网运营商并不完全陌生。几十年来他们一直在做一种叫“需求响应”的事：当预判用电量将逼近供电上限——比如热浪期间大家同时开空调——他们就打电话给大型商业或工业用户，要求他们关停部分设备。这能避免启动烧化石燃料的“调峰电厂”，但速度慢、精度差、很难规模化。

2000 年代，电动车和光伏面板等新技术带来新挑战的同时，联网程度更高的电网也提供了新的灵活手段。虚拟电厂（VPP）出现了，它更智能、更快速、更精细。工厂、装了智能恒温器的家庭、有太阳能板或大电池的用户，允许电力公司在需要时调节他们的用电量，通常还能因此拿到报酬（而且调节的时候他们往往感觉不到）。

2022 年 ChatGPT 发布引爆生成式 AI 热潮之后，一些公司开始把灵活用电看作让数据中心更容易、更高效、更省钱地上线的途径。如果数据中心把 AI 的钱带进现有电网，减少或推迟昂贵的升级需求，它们实际上可以帮忙分摊固定成本，降低其他用户的电费。杜克大学今年 2 月发表的一项研究发现，灵活用电可以让电费降低 0.5% 到 2.8%。

关键在于：数据中心这种出了名的耗电大户，在弹性连接被限流的时候怎么继续运转？灵活用电的倡导者设想了三种方式，最简单的是在数据中心现场安装备用储能或发电设备，电网满负荷时启用——当然费用自理。

第二种是借助虚拟电厂。电力公司降低加入 VPP 的其他用户的用电量，腾出来的电给数据中心用，数据中心为他们的灵活性付费。这种方式不需要大型基础设施建设，但需要电力公司有一个规模足够大的 VPP 项目，而且要在电网承压的时候协调好这种交换。虽然将近 40 个州都有某种形式的 VPP，但各地规则差异很大，VPP 能做的事也因地区而异。

第三种最直接：数据中心在高峰时段就是少用电。传统观点认为数据中心不会接受这种限制，毕竟每一台算力服务器都像一只可能下金蛋的鹅。但一些专家押注“快速上线”的价值足以改变他们的想法。“趋势很明显而且在增强，”Emerald AI 首席科学家艾斯·科斯昆（Ayse Coskun）说，“运营商越来越愿意用一定程度的灵活性来换取更快接入电网。”

硅谷初创公司 GridCare 是最早用灵活用电来加速数据中心上线的公司之一，CEO 纳拉扬在斯坦福研究过智能电网。他说 GridCare 不是只在用电最高峰的最坏情况下分析电网，而是在所有条件下分析。公司把电网的每一个组成部分——电厂、线路、变电站、住户——都输入一个生成式 AI 模型，为不同的电网配置创建“数字孪生”。然后挑出那些能在保证可靠性的前提下释放容量的方案，再把这些方案输入另一个基于电阻器、电容器等电气元件物理特性训练的模型，确保方案在物理上行得通。

GridCare 在“硅林”找到了第一个客户。硅林是太平洋西北部的一个地区，名字来自当地茂密的森林和近年冒出来的 IT 产业。当地电网需要更多容量来支撑新的数据中心。“数据中心要的是‘快速通电’，”波特兰通用电气（PGE）数据中心关系经理艾萨克·巴罗（Isaac Barrow）说，“但扩建输电设施是一个漫长而昂贵的过程。”

2024 年 Aligned Data Centers 找到 PGE，想在俄勒冈州希尔斯伯勒扩大运营。PGE 采纳了 GridCare 的建议。Aligned 将安装一块 31 兆瓦的电池，预计 2027 年 5 月投入使用，电网拥堵时 Aligned 最多可以降低同等规模的用电量。加上其他灵活用电措施，这块电池让 PGE 在不新建电厂的情况下为 Aligned 和附近其他运营商增加了 80 兆瓦的可用容量。虽然希尔斯伯勒的数据中心建设遭到了不少当地居民的反对，但巴罗指出这可能产生一个连带效果：把成本分摊到更多用户上，从而降低大家的电费。

其他公司在推广不同形式的灵活用电。Google 从 2023 年起就开始把计算任务从用电紧张地区的设施转移到压力较小的设施。它跟五家电力公司签了协议（包括田纳西河谷管理局和印第安纳密歇根电力公司），总计增加了约 1 吉瓦的灵活性。

美国和加拿大的大型 VPP 运营商 Voltus 推出了一个“自带容量”项目：数据中心公司可以出资在附近建一个 VPP。电网运营商在高峰时段通过 VPP 降低签约用户的用电量，参与者获得经济回报。“我们可以在几个月内搭建起新的 VPP。”Voltus 能源市场副总裁艾米丽·奥维斯（Emily Orvis）说。6 月公司签下了第一单数据中心交易：Google 将在 PJM 电网区域内出资建设一个 VPP，为期三年。

在所有灵活用电的方案中，Emerald AI 的可能最有野心：让数据中心主动配合电网的需求节奏。Conductor 软件可以部署在本地或云端，基础是首席科学家科斯昆的研究。她在波士顿大学的团队 2013 年在两篇论文中证明，数据中心可以监测电网状态，帮助平衡大幅度的功率波动，比如太阳能和风电的间歇性影响。到 2022 年她和同事在一个 36 台研究服务器的集群上做了测试，证明系统可以在不中断正在运行的任务的前提下遵守功率限制。

Conductor 面临的最重要的问题之一是判断哪些 AI 任务可以降速省电、而不会严重影响性能。很多公司会给自己的任务标优先级——比如实时聊天机器人的请求可能比深度研究中的一次网页搜索更紧急。如果公司没标，Emerald AI 会根据任务的性质来推断优先级。然后 Conductor 分析 AI 工作负载，判断调低某个处理器的功率会怎样影响性能，以及能否满足电网运营商设定的用电上限。

“不同类型的工作负载对应不同的性能曲线，”科斯昆说，“每一个 AI 任务在那条曲线上的位置都不一样。我们的智能就在于搞清楚你现在在曲线的哪个位置。”

去年 Emerald AI 开始通过一系列测试评估这项技术在真实世界中的就绪程度，每次都把难度调高一档。测试与“数据中心灵活负载倡议”合作进行——这是 Google、Nvidia 等科技公司，Duke Energy 等电力公司，以及 PJM 等电网运营商共同参与的一个协作项目，目标是为弹性用电数据中心建立一套可复制的框架。

第一次测试在凤凰城，那是一个快速增长的计算中心。Conductor 接管了一组装有 256 块 Nvidia A100 GPU 的服务器机架——耗电量大约相当于 170 户美国家庭。面对模拟的电网繁忙场景，Conductor 把芯片功率降低了 25%，持续三小时，同时保持了可接受的计算性能。Emerald AI 及其合作伙伴在 2025 年 12 月的《自然·能源》上发表了结果。

第二次测试难度更高：系统必须在没有提前通知的情况下应对突发的电网波动，并把 AI 任务从弗吉尼亚的数据中心转移到芝加哥一座压力较小的设施。第三次在伦敦，Conductor 接管了主 GPU 处理器之外的更多设备，面对的波动模式更复杂——有很短的拥堵和很长的拥堵——外加那个著名的“烧水壶效应”。

目前的进展表明灵活用电在某些场景下是可行的，但真正在做的运营商还是极少数。“我们还在比赛的最开头，”普林斯顿 2025 年研究的作者之一、数据中心灵活用电初创公司 Firma 联合创始人杰西·詹金斯（Jesse Jenkins）说，“人们认识到这是一种潜在的解决方案，动力有了，也有了一些定制化的案例。但还没有一套通用的、被当作默认选项的方案，那才是我们需要走到的地方。”

数据中心在全美各地拔地而起，但论密度没有任何地方比得上北弗吉尼亚的“数据中心走廊”。这个地区有大约 500 座计算设施，占全球总容量的 13%。排第二和第三的北京和俄勒冈各占 6%。

弗吉尼亚还有几百座新设施的提案，但政府的一项研究发现，如果全部建成，该州到 2040 年的用电需求将增长 183%（约 26 吉瓦），即便只建一半也很吃力。Emerald AI、Nvidia、Digital Realty 及其合作伙伴正在马纳萨斯郊区建设的弹性用电数据中心，可能会示范数据中心如何从现有容量中挤出所需的电力。这座设施预计今年晚些时候上线，将让 Conductor 有机会在迄今为止最大的规模上管理功率，并首次响应真实电网的实时状况。在英国的演示中 Conductor 管理的是一个 130 千瓦的 AI 集群；在马纳萨斯，它要指挥的是一座 96 兆瓦的超大规模 AI 工厂。

对 PJM 来说，马纳萨斯的设施指向了度过当前电力紧缺的一条可能路径。“我们认为不同形式的数据中心灵活用电，在中短期内对于可靠地接纳数据中心负载至关重要。”PJM 需求侧市场负责人斯科特·贝克（Scott Baker）说。

但也不是所有电网专家都这么乐观。PJM 的市场监察机构（负责监督电网运营商）认为在增加容量这件事上没有捷径可走。“认为可以在不新增发电的情况下大量接入数据中心负载，这是异想天开。”从 1999 年起就担任 PJM 市场监察负责人的经济学家约瑟夫·鲍林（Joseph Bowring）说。

他指出的一个问题是：没有任何机制能保证数据中心在用电高峰时真的会少用电。也就是说，如果没有法律或监管上的强制要求，电力公司在需要防止停电的时候没法指望数据中心配合。电力公司可以依赖电厂这样的资源，但没法控制或依赖数据中心。“它们不想被完全打断。”鲍林谈到这些设施时说。

科技公司顾问斯蒂芬·恩佩多克勒斯（Stephen Empedocles）认为灵活用电更像是一种工具，而不是万能药。“这些方法在提高电网可靠性、从现有基础设施中榨出更多价值方面非常好，”他说，“但它们是优化工具，不能替代仍然需要的发电、输电和配电扩建。”

灵活用电的支持者也同意，长远来看无论 AI 是否继续爆发，电气化都会推动对更多发电和输电设施的需求。在我们从化石燃料转向一个需要协调太阳能、风电、电池和电动车的未来的过程中，某种程度的灵活性将在更好地利用电网基础设施方面扮演关键角色。国际可再生能源署 2026 年 1 月发布的报告发现，到 2030 年全球电网需要的灵活性将是 2019 年的三倍，到 2050 年将是十倍——以平衡不断增长的需求和波动的可再生能源供应。

科斯昆认为 AI 带来的电力挑战可能恰好是推动我们设计和建设更智能、更灵活电网的契机。“面对这样的危机，没有什么速效药，”她说，“但有时候，正是这样的危机创造了用不同方式做事的机会。”

https://www.technologyreview.com/2026/06/16/1138591/data-center-online-quickly-electric-grid-flex/