电力设备与新能源行业研究：供配电专题：AIDC浪潮兴起，把握设备变革契机

投资逻辑： 预计2024年全球数据中心投资超4000亿美元，其中美国/欧洲/中国占比达30%/24%/23%。随着人工智能技术在各个行业的应用不断深化，预计全球AIDC新增装机量有望从2024年的7GW增长至2028年的59GW，CAGR高达73%。 供配电系统是数据中心的“心脏和血管”，投资占比约10-15%，包含不间断电源、配变电、备用电源三个子系统：不间断电源系统：高功率电源星辰大海，HVDC、BBU市场方兴未艾。 传统的UPS技术成熟，可靠性高，但需经过AC/DC-DC/AC两级变换，而HVDC仅需AC/DC一次变换，效率更高。 近几年国内互联网大厂主推HVDC-巴拿马电源，集成度和效率均优于传统的UPS和HVDC方案；海外大厂主流选择为OCP方案，采用PSU+BBU代替UPS，更适合AIDC等高功耗场景。英伟达当前GB200、GB300已引入BBU作为备电方案，Meta等科技巨头在新一代高功率伺服器标准（如ORv3 HPR）将BBU模组设为标准配置，看好后续渗透率逐步提升。 BBU电池市场当前以日韩主导，后续有望复刻电动工具电池的国产替代路径。 目前由于部分AI服务器安装在存量数据中心，为了和传统负载兼容，仍旧需要UPS+PSU的供电方案。随着服务器功耗要求越来越高，预计高功率密度、高效率的PSU+BBU、HVDC+PSU方案占比将持续提升。假设2023-2028年BBU/HVDC在AIDC中的渗透率将从48%/2%提升至60%/15%，预计2025年高功率PSU/AIDC备用电源（UPS+HVDC+BBU）市场空间分别为304/101亿元，24-28年全球AIDC高功率PSU/HVDC/BBU市场CAGR为243%/165%/79%。 配变电系统：AIDC建设驱动变压器、开关柜需求高增，国内外头部企业加大研发投入。 降压变压器和高低压开关柜是配变电系统的核心，AIDC负载显著高于传统数据中心负载，因此企业额外自建变电站是未来主流趋势，带来更多110kv及以上电力设备增量空间。预计2028年全球AIDC用变压器/开关柜需求达到681/985亿元，24-28年CAGR达71%/69%，占下游总需求比例分别提升至12%/7%。当前数据中心领域开关柜、变压器，海外头部厂商包括伊顿、西门子、施耐德等主要提供模块化设备、综合解决方案，国内厂商明阳电气、金盘科技、伊戈尔等持续加大研发投入，下游客户导入领先。 备用电源柴油发电机：近千亿市场规模，国产化趋势明晰。 柴发为数据中心重要备电应急方案，受益于AIDC对于柴发功率、电力输出稳定性以及耐久性等要求，单机壁垒及价值量预计提升。测算到2028年全球数据中心用柴发规模达834亿元，CAGR 6%，其中AIDC用柴发规模达302亿元，CAGR达43%。当前高端柴发市场由外资康明斯、MTU等垄断，国内外价差较大，亟待国产替代；伴随国内头部厂商潍柴动力、玉柴机器等扩产，以及AI发展趋势下国内数据中心应用巨头资本扩张，内资供应份额预计提升。 投资建议 最看好门槛高、价值量大、竞争格局好的高功率密度AC/DC电源环节；其次看好HVDC、BBU方案渗透率提升，对UPS形成替代效应；再次看好AIDC建设拉动配套电气设备、柴油发电机需求增长。建议关注四条投资主线：AC/DC服务器电源、备用电源HVDC/BBU、配套电气设备、柴油发电机（完整推荐组合详见正文）。 风险提示 全球数据中心扩张进度不及预期、中美科技领域政策恶化、市场竞争加剧、技术迭代风险 一、总览：AIDC增量空间广阔，供配电环节重点关注服务器电源、HVDC/BBU、配套电气设备、柴油发电机 1.124年全球数据中心投资超4000亿美元，预计24-28年全球AIDC装机CAGR达73% 智算中心（AIDC，Artificial Intelligence Data Center）是专门为人工智能计算任务提供算力服务、数据服务和算法服务的新型算力基础设施，与通用数据中心相比主要在搭载①芯片类型、②应用场景、③机柜功率等方面存在显著差异： ①芯片类型：通用数据中心主要搭载CPU芯片，计算能力相对有限；AIDC普遍采用CPU+GPU形式的异构服务器，GPU数量较多以满足高性能计算要求。 ②应用场景：通用数据中心一般不需要处理复杂计算任务，用于电子商务平台、社交媒体网站等平台的托管、数据库管理以及文件存储等；AIDC主要用于深度学习、机器学习以及大规模数据处理任务，如自动驾驶、科研计算、生成式AI智能语言模型、公共安全系统、智慧交通等领域，处理的计算任务通常较为复杂。 ③机柜功率：通用数据中心单机柜功率相对较低，一般在2-10KW；AIDC单机柜功率较高，通常在12-24KW或以上，随着人工智能技术的不断发展和对算力需求的持续增加，单机柜功率还有进一步提升的趋势。 图表1：AIDC与IDC在算力类型、芯片、应用场景、机柜规格等方面存在显著差异 24年全球数据中心投资超4000亿美元，未来5年CAGR超8%，美国、中国贡献更高增长。 Statista数据显示，2024年全球数据中心投资超4000亿美元，其中美国/欧洲/中国占比达30%/24%/23%，2029年全球投资规模有望超过6000亿美元，CAGR超过8%，分地区看： 美国：作为全球云计算、人工智能等产业发展引领者，技术创新驱动数据中心投资增长强劲，谷歌、微软、Meta等科技巨头均加大投资用于数据中心建设，预计2025-2028年复合增长率约11.4%。 中国：国家将数据中心列为新型基础设施建设的重要组成部分，出台了多项政策支持“新基建”发展；同时电商、移动互联网、短视频等领域蓬勃发展，运营商、互联网企业都在积极投资建设数据中心，预计2025-2028年复合增长率约8.3%。 欧洲：金融、制造、医疗等行业的数字化转型加速，对数据中心的能效和可持续性提出了更高标准，促使企业投资建设更节能、环保的新型数据中心，预计2025-2028年复合增长率约6.1%。 图表2：2024年全球数据中心投资超4000亿美元，其中美国/欧洲/中国占比达30%/24%/23% 图表3：预计2025-2030年美国/中国数据中心投资增长更快（单位：亿美元） 预计24-28年全球AIDC装机CAGR达73%，2030年数据中心将使用全球发电量的4.5%。 在全球数字化转型浪潮中，各行业对智能化、自动化管理需求持续旺盛驱动传统数据中心市场规模稳步增长，根据SemiAnalysis数据，2024-2028年传统数据中心装机有望维持8%的年复合增长率。但随着人工智能技术在各个行业的应用不断深化，AIDC发展前景将更具潜力，预计全球AIDC新增装机量有望从2024年的7GW增长至2028年的59GW，CAGR高达73%，占全部数据中心装机比重提升至48%。 用电量方面，AIDC对于算力的需求将使得电力需求大幅提升，预计AIDC的建设运营将推动全球数据中心用电由2023年的430TWh（占全球用电量的1.4%）提升至2030年的1510TWh（占全球用电量的4.5%）。 图表4：全球AIDC新增装机量有望从2024年的7GW增长至2028年的59GW，CAGR高达73% 图表5：到2030年AI将推动数据中心使用全球能源发电量的4.5% 1.2供配电系统是数据中心的“心脏和血管”，朝高效、可靠、节能等方向持续迭代 数据中心主要由变电站、变配电室、电力机房、油机房、冷冻机房、主机房六部分组成。 ①变电站：数据中心电力供应的起点。变电站从城市电网接入高压电（35kv、110k v、220kv），变电站内的变压器会将其降压到10kV然后将10kV中压电输送到下一级的变配电室。 ②变配电室：主要接收变电站输出的中压电，然后进行配电和电压转换。它将中压电分配到数据中心的不同区域，把10kV中压电通过变压器转换为低压电（380V/220V）以满足数据中心内各种设备的用电需求。此外变配电室还能通过配电柜实时监测电压、电流、功率等参数，对电路进行通断控制，实现过载、短路等故障保护。 ③电力机房：主要放置不间断电源（UPS）系统。在供电正常时，UPS系统会对输入的电力进行稳压、整流和逆变等处理输出纯净稳定的交流电供给设备，同时对自身的蓄电池组进行充电。当市电突然中断，UPS系统能够迅速切换到蓄电池供电模式，确保关键设备不会因电力中断而关机。 ④油机房：主要放置柴油发电机组。当市电完全中断，柴油发电机组作为应急电源启动，通过燃烧柴油产生动力，驱动发电机发电。 ⑤冷冻机房：确保数据中心内设备处于正常运行温度环境。通过空气/液体冷却系统对数据中心内的热空气进行冷却处理，带走设备运行产生的热量，同时还能够对数据中心内的湿度进行调节。 ⑥主机房：数据中心的核心区域，放置大量的服务器、存储设备和网络设备。服务器用于运行各种应用程序、处理数据和提供计算服务；存储设备用于存储海量的数据；网络设备（交换机、路由器等）负责构建数据中心内部的网络以及与外部互联网的连接。 图表6：数据中心主要由变电站、变配电室、电力机房、油机房、冷冻机房、主机房六部分组成 数据中心设备投资占比约70-80%，其中供配电设备占比约10-15%。 数据中心投资主要分为设备投资与非设备投资，其中非设备投资主要是建筑工程、土地购置、安装工程、规划设计、运营维护等等，投资占比约20-30%。设备投资能够进一步拆分为主设备投资（70-80%）与配套设备投资（20-30%）。 主设备投资：主要包含①IT算力设备（75%-80%）：服务器、存储设备；②通信设备（20-25%）：交换机、路由器、防火墙。随着AIDC的发展，数据处理量和计算复杂度大幅提升，需要更强的服务器、存储设备、通讯设备进行支撑，预计主设备投资占比将逐渐提升。 配套设备投资：主要包含①供配电设备（55%）：柴油发电机、变压器、不间断电源、配电柜、后备电池等；②散热制冷设备（35%）：空气冷却系统、液体冷却系统；③管理系统（10%）：动环监控系统、楼宇自控系统。 图表7：数据中心主要设备及价值量拆分：设备投资占比约70-80%，其中供配电设备占比约10-15% 供配电系统包含配变电、不间断电源、备用电源三个子系统，AI时代朝着高效、可靠、节能、绿色环保等方向迭代。 供配电系统是数据中心的“心脏和血管”。随着数据中心规模越来越大，复杂程度越来越高，稳定、可靠的供配电系统是实现数据中心正常运转的关键。供配电系统主要由配变电系统、不间断电源系统、备用电源系统三个子系统组成，AIDC发展趋势对三个子系统均提出更高要求： 配变电系统：要求高容量与高功率支持，具备快速响应与灵活调整能力。AI数据中心设备规模和计算需求大，要求配变电系统具备更高的容量和功率输出能力，同时具备快速的响应能力能实时调整电力分配、满足设备动态功率需求。 不间断电源系统：要求具备长续航、高功率密度和效率。AI设备功率密度高，需要UPS具有更高的功率密度，能在较小的空间内提供更大的功率输出，降低能源损耗，提高能源利用率。 备用电源系统：要求快速启动与稳定运行，兼具环保与高效。AI数据中心对电力中断的容忍度低，备用电源系统需具备更快的启动速度。此外备用电源系统应采用更环保的燃料，适应数据中心的环境要求。 图表8：数据中心供配电系统主要由三个子系统组成：配变电系统、不间断电源系统、备用电源系统 当前供配电系统多采用2N系统架构，未来朝着DR和RR架构演绎，可大大提升系统效率。 传统数据中心供配电系统普遍使用2N系统架构（N代表一个完整的供电系统），采用两个独立的供电系统，每个系统均能满足全部负载的用电需要，同时工作、互为备用。此种架构能够提高供电系统可靠性、建设简单、运维难度低，但由于设备配置多，成本相对较高。 随着AI数据中心的机柜功率密度逐渐提升，采用2N系统架构的供配电系统占地面积不断加大。根据VERTIV,当单机柜功耗提升到8kW左右时，供配电系