AIDC深度报告：AI浪潮已至，电力设备有望迎来新机遇

AIDC深度报告：AI浪潮已至，电力设备有望迎来新机遇 执业编号：王倜S1450524100001 执业编号：文思奇S1450525080002 证券研究报告 一、人工智能产业化浪潮已至，AIDC的建设需求有望快速增长二、供配电设备是AIDC的重要组成部分，将充分受益于AIDC的高景气度三、重点公司介绍四、投资建议与风险提示 一、人工智能产业化浪潮已至，AIDC需求有望快速增长 1.1人工智能迎来商业落地的关键拐点，驱动智能算力的需求快速增长1.2 AIDC是智能算力的物理载体，受益于人工智能的产业化浪潮1.3 AIDC向高能耗、高密度方向发展，对供配电设备要求持续升级 1.1人工智能迎来商业落地的关键拐点，驱动智能算力的需求快速增长 人工智能（AI）正处于从技术探索迈向规模化商业落地的关键拐点，市场规模有望快速扩容。根据Precedence Research的数据，2027年市场规模有望突破万亿，2034年有望达到3.7万亿的市场规模，未来10年（2025-2034）的CAGR达到19%。AI 人工智能的蓬勃发展驱动智能算力的需求快速增长。智能算力是基于GPU、TPU、NPU、FPGA网络和软件栈，为人工智能模型的训练与推理提供高效计算服务的能力。根据IDC的数据，2025年中国智算规模达到1037.3EFLOPS，预计到2028年将达到2781.9EFLOPS，CAGR达39%。等人工智能加速芯片，通过高性能互联 1.2 AIDC是智能算力的物理载体，受益于人工智能的产业化浪潮 人工智能数据中心（Artificial Intelligence Data Center，AIDC），是智能算力的主流物理载体，专门为支持和加速人工智能（AI而设计的基础设施。AIDC通常配备高性能计算资源，如专用的AI处理单元（如GPU、TPU等）、大规模存储解决方案、快速网络连接以及能够处理大数据集和高计算负载的硬件和软件平台。）应用 1.2 AIDC是智能算力的物理载体，受益于人工智能的产业化浪潮 AI浪潮驱动数据中心市场规模持续扩容。根据科智咨询的报告，预计2025年数据中心市场规模达到1289亿美金，同比增长18.7%，2027将进一步增长至1632.5亿美金，2025-2027年年均增长率保持在10%以上。其中AI相关需求预计将贡献超过60%的新增市场增量，成为产业增长的核心引擎。年 从已规划待建的数据中心规模来看，未来几年数据中心的装机容量有望延续快速增长态势。根据DC byte的调研数据显示，2018数据中心的总存量供应约为17.2GW，2023年规模增至37GW，五年间增长约20GW，年复合增长率高达16.6%。2023年末待建数据中心（包括在建和已规划项目）的总规划供应量高达37.8GW，是存量的一倍。年末全球 新增的数据中心以AIDC为主。根据Semi Analysis的数据，全球数据中心的核心IT电力需求将从2023年的49GW增长至2026年的96GW三年新增47GW，其中AIDC新增40GW，占到增量的85%。， 1.2 AIDC是智能算力的物理载体，受益于人工智能的产业化浪潮 存量数据中心以第三方运营商为主导，未来云厂商自建数据中心将成为主流选择。截至2023供商占据主导地位，占比约为63%，而自用型数据中心则占37%。全球云服务提供商如亚马逊云、微软Azure和谷歌云平台等是自建数据中心的核心力量，它们合计占全球数据中心供应量的21.8%。由于新建数据中心多为大规模智算中心，主要用于企业训练AI大模型自用，投资主要集中在GPU等服务器成本上，未来自建模式将成为主流选择。年末，全球存量数据中心第三方数据中心提 国内外云厂商的资本开支大幅提高，AIDC的建设需求将呈现高景气度。根据Bloomberg上的一致预期，海外大厂Meta微软四家预计在2025年的资本开支合计达到3364亿美元，同比增长55%。国内大厂腾讯、百度和阿里三家，预计在2025年的资本开支合计达到258亿美元，同比增长80%。云厂商的资本开支主要用于数据中心建设，购买AI服务器及网络设施等。、谷歌、亚马逊和 1.3 AIDC向高能耗、高密度方向发展，对供配电系统要求持续升级 数据中心向更高密度和能效的方向转型。传统通用型IDC的单机柜功率一般在2-10KW，而AIDC为了满足计算密集型署更高性能，更大功率的GPU。数据显示，全球数据中心平均单机架功率已从2017年的5.6KW/机架提升至2023年的12.8KW/机架，超算、智算中心的单机柜功率甚至需要超过30KW。任务，一般需要部 AIDC的能耗需求巨大。AI大模型训练和推理需要耗费大量的电力资源，比如一次ChatGPT搜索的电力消耗大约是传统Google搜索的6到10倍。根据国际能源署（IEA）的中性估计，2024年全球数据中心的用电量达到415 TWh，2030年将增长至945TWh，年均增长15%。2030年数据中心的用电量占到全球用电量的3%，相比24年1.5%的占比增长了一倍。 数据中心的供配电系统需要持续升级迭代，以匹配大功率密度，高能耗的发展趋势。 二、供配电设备是AIDC的重要组成部分，将充分受益于AIDC的高景气度 2.1供配电设备是AIDC的重要组成部分2.2基于对供电的高可靠性要求，AIDC的供电架构通常采用冗余设计2.3备用电源：柴油发电机组是AIDC最常用的方案2.4柜外电源：UPS向HVDC迭代，高压直流输电是未来主流架构2.5柜内电源：服务器电源超千亿市场，超级电容&BBU是增量方向2.62.7低压配电设备：分配电能，保护电路电能质量管理：提高供电质量，保障设备安全 2.1供配电设备是AIDC的重要组成部分 数据中心供配电系统是AIDC的重要组成部分，占到初始投资的13%。数据中心供配电系统指从电源线路进用户起，经过高/设备，到负载止的整个电路系统，是维持数据中心能够正常运行的关键。低压供配电 数据中心供配电系统主要包括：1）高压变配电系统：将市电通过变压器转换为380V供后级低压设备用电；2后备电源，在市电中断时为数据中心提供后级低压设备提供备用电源；3）自动转换开关系统：自动完成市电与市电或市电与柴油发电机之间的备用切换；4）输入低压配电系统：分配电能，将前级的电能按照要求、标准与规范分配给UPS、空调、照明设备等用电设备；5）不间断电源系统：电能净化、电能后备、为IT负载提供纯净、可靠的用电保护；6）列头柜/小母线系统：将UPS的输出电能按照要求和标准分配给IT机柜；7）机架配电系统：分配机架内的电能，通常采用PDU来实现机架内IT设备的电能分配。）柴油发电机系统：作为 2.2基于对供电的高可靠性要求，AIDC的供电架构通常采用冗余设计 数据中心承载着金融交易、云服务、AI训练、医疗系统、政府平台等关键业务，任何停机都可能造成巨大经济损失甚至社会风险。数据中心对于用电可靠性的要求极高，常采用冗余架构+备电电源来保障电力供应的连续稳定。因此 国内外按照数据中心的使用性质、数据丢失或网络中断在经济或社会上造成的损失或影响程度划分不同的等级。中国国家标准GB 501742008《电子信息系统机房设计规范》中将机房等级分为A、B、C三个级别。国际与美国数据中心等级则分为四个等级。高等级数据中心对系统配电架构冗余要求更高。- 2.2基于对供电的高可靠性要求，AIDC的供电架构通常采用冗余设计 A级数据中心主要有2N、DR、RR三种架构类型。 2N架构：2个供配电单元组成，互为备用。正常运行时，每个单元向负载提供50%负载提供100%的电能。的电能；当一个单元因故障停止运行时，另一个单元向 DR架构：分布冗余，正常运行下，每个供配电单元的负荷率为66%供电。；当一个供配电系统发生故障时，其对应负载由相邻供配电单元继续 RR用电源继续为负载供电。架构：后备冗余，由多个供配电单元组成，其中一个单元作为其它运行单元的备用。当一个单元发生故障时，通过电源切换装置，备 2.3备用电源：柴油发电机组是AIDC最常用的方案 柴油发电机组+不间断电源UPS是数据中心最常用的备用电源组合。当市电中断时，UPS送启动信号。柴油发电机快速启动并达到稳定输出状态后，UPS再将负载平稳地切换到柴油发电机上，实现电力供应的无缝过渡，保障数据的安全和业务的正常开展。UPS响应速度快（毫秒级响应），但是只能维持较短的时间（数分钟），柴发响应速度慢，但是能维持数小时，直至市电恢复。在毫秒级时间内接管供电，同时向柴油发电机发 根据《数据中心设计规范》GB50174-2017，A级和B级的数据中心必须配备柴油发电机作为备用电源，并且要求冗余配置。其中BN+1，A级要求N+X（X=1~N）。级要求 柴油发电机组由柴油发动机、发电机、控制系统等构成，其中发动机是核心部件，成本占比65%由外资品牌主导，而从发动机集成至柴发机组的技术壁垒较低，国产厂商具备相关的制造能力。。柴油发动机存在较高的技术壁垒，目前 2.3备用电源：柴油发电机组是AIDC最常用的方案 随着数据中心建设的提速，柴发需求有望快速增长。据统计，根据华经产业研究院的数据，2024年我国数据中心柴发需求量为4555市场均价约为230万元/台，对应市场规模为81.99亿，预计2028年我国数据中心柴发需求量约为7918台，市场规模增长至182.11亿元。台， 外资品牌在柴油发动机市场占据主导，国产品牌存在较大的替代空间。势。2024年中国数据中心用柴发机组中，国产品牌科泰电源、泰豪科技、潍柴重机、苏美达市占率仅占30%。但随着国产企业不断加大研发力度，在数据中心领域，国产大缸径发动机产品在总功率、升功率、瞬间相应及一次性加载能力等关键指标上，已不逊于国际精品。未来凭借价格优势和快速交付的能力，国产品牌的市占率有望逐步提升。柴油发动机是第二次工业革命技术的结晶，海外龙头具有先发优 2.4柜外电源：UPS向HVDC迭代，高压直流输电是未来主流架构 不间断电源UPS是一种能提供持续、稳定、不间断电能供应的电力电子设备，主要组成包括逆变器、整流器和储能电池。1）做为重要设备的交流供电电源，防止市电突然断电而影响正常工作，给设备造成损害；2）消除市电中的电涌、瞬间高/低电压、电线噪声和频率偏移等“电源污染”，改善电源质量，为计算机等提供高质量的电源。其主要作用有： 市电正常时，电，提供更稳定的电源给负载。市电异常或中断时，蓄电池组提供直流电给逆变器，直至柴油发电机组启用。当逆变器发生异常状况时，逆变器会自动切断以防止损坏，静态开关会将电源供应转为由旁路备用电源输出给负载使用。整流器将交流电转换为直流电，将市电中的“电源污染”消除，并同时对蓄电池充电。再供给逆变器将直流电转换为交流 除了数据中心外，UPS还广泛应用于矿山、航天、工业、通讯、国防、医院等诸多对电力可靠性要求较高的领域。根据智研咨询，20132022年，我国UPS（不间断电源）市场保持稳定增长态势，CAGR达到15.73%。2023年市场规模达到152亿元，预计2025年市场规模达到191亿元。- 2.4柜外电源：UPS向HVDC迭代，高压直流输电是未来主流架构 国内UPS市场的竞争较为激烈，CR3为41.9%。主要参与的公司包括科华数据、华为、Vertiv中市占率前三的为科华数据、华为和Vertiv，市占率分别为15.6%、14.2%和12.1%，CR3 41.9%。、山特、施耐德电气、伊顿、艾默生等。其 经历几十年的产品迭代和技术创新，UPS升非常困难。具体表现为：1）拓扑方面：三电平IGBT双变换架构已应用多年，考虑产品可靠性和器件适配性，该拓扑短期内会继续沿用；2）器件方面：目前业界旗舰产品已经批量使用了SiC（碳化硅）部件，器件损耗已降至最低，因此通过升级器件进一步提升在线模式效率难上加难；3）线路损耗：受欧姆定律限制，大功率UP