AI所带来的缺电已成为市场的重要关注点，但整体市场的分析较少能有效的从AI对美国电力系统可量化的影响，与美国电力系统的特性结合分析。此外，市场此前的关注点聚焦于电网投资，一方面对于电网投资增长的动因解释并不充分，另一方面忽视了发电侧的投资机遇。与市场不同的是，本报告结合此前的系列研究，通过量化美国的缺电风险，来更好的展望国内外电力相关产业链的投资。

　　电力能源与AI的发展已成为近期海外的重要话题，爱克斯龙电力、杜克能源等美国电力企业均表达了对AI区域性电量与负荷高增长的担忧。结合我们此前的系列研究，我们通过量化美国的缺电风险，来更好的展望国内外电力相关产业链的投资：1）基于电力系统可控裕度（可控装机/最高负荷），美国整体电力系统，以及重点区域（如德州、加州），均在警戒值附近，数据中心将显著推动最高负荷增长，系统可控裕度面临高风险。2）数据中心建设需求的景气与系统性缺电风险的提升，带动发电、电网、数据中心配套电气装备的需求均将进一步上行。

　　我们通过对比海外高比例新能源系统和过去因为缺电造成的系统压力计算认为可控裕度应该控制在1.1及以上，即可控装机/最高负荷需要存在冗余。美国2013-2023用电量CAGR仅为0.25%，电力系统主要进行装机结构调整，体现为煤电改气电并增加新能源装机，系统可控装机整体呈下降趋势，伴随2022年以来最高负荷的增长，美国目前系统可控裕度仅为1.1左右，2020年来美国整体电力系统扰动中枢提升。此外，美国加州、德州区域电网的可控裕度同样在1.1或以下，系统本身已存在不稳定性因素。我们认为：1）数据中心的不可调节性将直接推动最高负荷增长，我们预期2024年增长6GW，2025-2030年平均每年增加7-8GW，对美国目前约742GW的最高负荷带来约1%的拉动。2）数据中心的建设有集中效应，美国目前在建与规划待建80%以上在一线年的总增量对加州、PJM、德州区域的最高负荷拉动将达到3%/5%/4%，高于美国平均水平，区域性缺电风险更为突出。

　　此前以变压器为代表的电气设备的需求增长主要由海外电网投资与工业投资增长拉动。我们认为数据中心的建设将从以下几个方面进一步推动全链条性的投资扩散：1）可控装机类发电装备需求的回暖，主要受益于对系统裕度的必要支撑，其中我们已经看到GEV/三菱重工等气电发电设备订单的增长。2）用电量与负荷的增长拉动电网的扩容需求，2020-2022年美国电网投资增长主要由替代与强化驱动，扩容将带动电网投资维持高增长，其中我们统计的6家美国电力电网企业进一步上调了2024年电网与24-28年总电网投资规划，此外我们也看到美国高压/超高压项目建设的显著提速。3）数据中心内部配套装备继续高增长，主要产品包括UPS系统、低压配电系统、热管理系统、柴发备电系统。我们测算中国国内在N+1系统冗余度下，UPS系统与低压配电系统的市场空间在2030年将分别达到348亿与386亿。

　　数据中心建设海外先行，国内也具备AI落地驱动下的高增长空间。海外的电力增长需求则对国内优秀的发电、电网装备企业提供了全球性成长的机遇。我们认为全球电力相关产业链的向上周期仍在强化，看好以下行业机遇 ：1）可控装机类发电装备供应商。2）电力设备优质的出海企业。3）数据中心UPS系统、低压配电系统、热管理系统等核心配套装备供应商。相关企业梳理，请见研报原文。

　　AI所带来的缺电已成为市场的重要关注点，但整体市场的分析较少能有效的从AI对美国电力系统可量化的影响，与美国电力系统的特性结合分析。此外，市场此前的关注点聚焦于电网投资，一方面对于电网投资增长的动因解释并不充分，另一方面忽视了发电侧的投资机遇。我们与市场的不同主要在于：

　　1.基于系统可控裕度的分析，我们认为数据中心对美国电力系统的冲击主要体现于负荷侧，美国面临较大的缺电风险。美国2024-2030年每年平均增长6-8GW的数据中心核心IT功率，由于数据中心高负载率的特性，也将对电力系统最高负荷形成6-8GW的影响。根据Grid Strategies，美国电网运营平台预期2024-2028年美国平均年最高负荷增量达到约8GW，与我们测算相符。美国电力系统整体可控裕度目前仅1.1左右，根据Global Energy Monitor与EIA，美国已规划的煤电退役规模依旧远高于新建气电规模，在最高负荷持续增长的背景下，缺电风险显著提升。

　　2.美国缺电的紧迫性或拉动美国全电力体系投资增长。电网层面，相较于2021-2023年由工业化与电网老化替代所驱动的电网投资增长，2024年之后，我们认为美国电网的扩容需求将在缺电的背景下提速，老化替代与强化的需求也将延续增长。电力设备层面我们看到美国变压器的交期，价格依旧在高位，海外一线的新增订单维持高增速。电源层面，类似于中国2021年缺电后2022年火电建设的提速，我们认为美国也有望迎来可控装机类电源装机增长的提速。全球范围内，我们观察到火电/气电/核电等可控装机类发电装备订单2023年均恢复了较高的增长。

　　3.数据中心建设节奏的提速，我们看到数据中心的核心装备供应商具备高增长的潜力。我们根据施耐德的数据中心投资成本计算器，以及维谛、伊顿等相关企业对每MW数据中心配套系统投资额的指引，对数据中心投资做了更为细致的拆分。

　　4.我们梳理了包含发电电源、电网装备、海外独立发电与售电企业、数据中心层面配套系统及设备供应商的列表（不完全整理）。详见研报原文。

　　我们在此前报告《能源转型系列报告-但问路在何方》(2023.12.01)中提到，电力系统的可控裕度指标（可控装机/最高负荷）对于电力系统的安全性有着重要的参考性意义，可控裕度跌到1.1以下将可能出现缺电风险。我们测算，目前美国电力系统可控裕度仅为1.1左右，且美国2016年以来整体电力系统受极端气候冲击下的缺电事件中枢明显提升，电力系统已相对不稳定。结合我们于《能源转型-AI发展对电力存在哪些影响与机遇》（2024.03.24）对AI电力相关的测算，可看到：

　　1.数据中心的影响不仅是用电量，还有最高负荷。我们预期美国2024-2030年每年平均增长6-8GW的数据中心核心IT功率，由于数据中心高负载率的特性，也将对电力系统最高负荷形成6-8GW的影响。

　　2.美国数据中心建设规划2022年以来显著提速，此外工业投资对电力的影响尚未完全体现。根据JLL，美国数据中心净租出功率（net absorption）2022/2023年接近连续翻倍增长，2023年底在建规模超过5GW。此外，美国2023年制造业投资近2000亿美元，同比增长84%，但对电量的拉动尚未体现。随着2024年之后大量的工业设施逐步竣工，电力系统的压力或更为严峻。

　　3.美国整体电力系统缺乏冗余度，发电侧需要增加可控装机以支撑系统可控裕度。美国可控负荷从2012年开始持续下降，最高负荷于2022年开始重回增长，2022/2023年裕度仅1.0/1.1，系统缺乏冗余度。因此，数据中心建设对最高负荷的影响，或带来缺电可能性的提升，需要电力系统增加可控装机以支撑系统安B体育平台 B体育网站全性。

　　4.美国电网运营平台集体上调2024-2028用电增长与负荷增长预期，美国电力企业也整体上调2024-2028电网投资额。根据Grid Strategies汇总FERC Form 714的报告，美国电网运营平台（包含加拿大电网）2023年底对至2028年最高负荷的增量预期达到38GW，较2022年底的预期提升15GW，对应2024-2028年平均每年约8GW。我们统计的6家美国电力公用事业企业对于未来4-5年的电网投资总规模，2023年底较2022年底提升11%。我们认为美国整体电力系统，都将迎来进一步的投资上行。

　　5.我们预期美国2024-2026年每年最高负荷将提升8GW，发电量2024-2026年平均年增量将达到1000亿度电以上。EIA于2024年5月指引美国2024用电增量将分别达到1030亿度，根据我们对美国数据中心用电的测算，将其拆解为工业化与数据中心的增量，并预期工业化的用电增量需求将延续。由此我们测算2024-2026年美国工业化拉动平均467亿度电，数据中心拉动平均621亿度电的发电增量。

　　可控裕度是指可控装机与最高负荷的比例，其中可控装机是名义装机乘以特定的可控比例。可控比例我们参考英国国家电力市场在长期容量招标中采用的折扣系数（de-rating factor），用以衡量电源机组在电力系统尖峰负荷发生时间段内的平均在线率（新能源由于其出力波动性和间歇性，往往早晚负荷高峰为新能源受资源限制的出力低谷，因此其在线率低于传统能源），对应煤电、气电、水电、核电、陆上风电和光伏装机的可控比例分别为80.4%、91.3%、60%、78.25%、6.7%和4.98%（英国国家电力市场2022年T-4容量招标系数）。其中水电部分考虑2022年全球范围内中国、欧洲、澳大利亚等地都出现了极端天气导致水电出力不及预期、电力供给紧张的情况，我们认为从审慎性角度考虑、结合第三方权威机构判断，水电可控系数调整到60%可以更好反映电力系统出现极端情形下的实际供给情况。

　　保障电网安全需要充足的可控裕度，但并不是越高越好，以澳大利亚和中国案例来看，我们认为1.1是可控裕度的一条基本红线年受疫情影响，最高负荷增速放缓至2%，慢于当年5%的可控装机增速，导致2020年可控裕度短暂回升），而中国近年来最大规模的电荒讨论即发生在2022年。2023年，得益于本轮火电机组投放，可控裕度稳定略有回升，今年电力紧张相关讨论热度亦较去年有所回落

　　美国过往发电量、用电量及最高负荷整体稳定，电力系统以发电结构性调整为主。美国2011/2023的发电量分别为4.1万亿度/4.18万亿度电，用电量则分别为3.88/4.0亿度电。2013-2023年用电量的CAGR仅为0.25%，整体用电与发电量稳定。与电量稳定相比的则是发电结构的持续调整，体现为：

　　1.装机量持续增长。2013-2023年，美国整体装机量维持每年平均11.5GW左右的增长，其中2020-2023平均装机增量达到22.6GW。

　　2.装机结构变化体现为煤电改气电(Coal-to-gas)，以及新能源装机的快速增长。从2013-2023年，美国平均每年新增装机11.5GW，其中煤电减少11.7GW，气电/风电/光伏分别增加7.8/8.05/8.06GW。2020-2023年间，新能源装机中枢提升，平均每年新增装机22.6GW，其中煤电减少12GW，气电/风电/光伏分别增长8/11/14GW。

　　3.美国本土电力系统最高负荷近年整体维持稳定，增长幅度不大。美国电力系统整体最高负荷2016/2017年为710-720GW左右，2018-2020年逐步回落至700GW左右，2021/2022/2023年最高负荷有所回升，2022年达到742.7GW，2023年为742GW，整体在2016-2023年维持稳定。

　　4.向前看，美国煤电规划退役规模较大，气电规划增量有限，系统整体裕度或继续下降。根据Global Energy Monitor与EIA数据，美国在2024-2028年将平均年新增14GW的煤电退役，但从增量来看，2025/2026年仅规划新增6.7/4.2GW天然气，无额外新增煤电规划。整体系统裕度在目前的规划下有进一步承压的风险。

　　从可控裕度角度来看，美国整体电力系统裕度B体育平台 B体育网站呈下降趋势，与数据中心相关的重点州裕度同样偏低，2020年后美国整体电力系统实际的电力扰动时长中枢提升。

　　1.美国电力系统整体可控裕度目前仅1.1左右，若最高负荷增速继续高于可控装机，则可能存在系统性风险。美国平均每年火电退役与增量气电的平均体量基本维持稳定，因此美国整体可控裕度虽然持续有所下降，但在2020-2023年也基本维持稳定。发生变化的则主要是最高负荷侧，虽然总用电量并未明显增长，但最高负荷则于2022年创下2016年以来的新高，2023年维持高位，推动整体美国电力系统可控裕度持续下降。

　　2.美国2020年以来整体电力系统扰动时长的中枢提升。根据EIA，美国2020年平均每个电力用户的停电时长超过8小时，2020-2022年整体电力扰动时长的中枢高于2020年之前。

　　3.美国数据中心数量前三的区域包括弗吉尼亚州、德州与加州，其中德州与加州的电力系统裕度显著偏低，且过去3年均发生过严重的电力系统事故。受极端天气与本身州内负荷增长驱动，加州与德州2022/2023年整体的电力系统可控裕度均已低于1.1。历史上，2020年加州发生过严重的州范围的大停电，2021年德州则受2月份寒流影响，导致了长达17天，影响超过了450万电力用户的德州大停电。

　　4.美国电网的互联性相对有限，体现在：1）美国大的电网互联区域分为东/西/德州三部分，其中德州作为相对独立的电网大区，与其它两大电网互联区的联通性较差。2）美国各大电力市场中的年拥堵成本在持续提升，即各ISO/RTO内部的联通性也未提升。

　　我们认为数据中心对美国电力系统的冲击主要在于负荷侧，由于数据中心用电的不可调特性，增长的功率将直接带动最高负荷的提升，提升整体系统缺负荷的缺电风险。

　　1.我们测算美国2024年将新增6GW左右的数据中心核心IT功率，2025年之后平均每年的负荷增长在7-8GW左右。短期的需求趋势与JLL所统计的美国数据中心在建规模匹配。根据我们此前报告《能源转型-AI发展对电力存在哪些影响与机遇？》(2024.03.24)的测算，基于信通院全球算力预测的基准情景下，美国数据中心总用电量将由2022年的约1700亿度增长至2025/2030年的3337/6552亿度，同时美国数据中心核心IT功率的增量在2023/2024年达到4/6GW，并于2025-2030年维持每年7-8GW的平均增长。这一数据也符合JLL对美国数据中心市场的统计，其中2023年美国数据中心净新租出功率的规模达到3.85GW，2023年底在建规模达到约5.2GW。

　　2.根据Grid Strategies统计的美国各大电力运营区域向FERC上报的数据，2023年底美国对24-28年最高负荷与电力总增长的预期较2022年底的预期全面上调，其中预期美国至2028年最高负荷将累计增长38GW，平均年增长约7.6GW。其中，根据Grid Strategies所统计部分电网运营区域对需求驱动的归因，绝大部分均将数据中心与工业设施作为未来电力增长的核心要素。

　　3.美国目前在建的数据中心区域相对集中，因此所形成的区域性冲击可能会更为明显。美国数据中心分为一线市场与二线市场，一线市场包括北弗吉尼亚、德州达拉斯、北加州、芝加哥、凤凰城、新泽西、亚特兰大。2023年底在建的5.2GW中有82%在一线%在于一线市场。其中北弗吉尼亚在建与规划项目的总规模已在到7.2GW（以2023年为基准，对PJM区域最高负荷的拉动约5%），德州达拉斯与奥斯汀区域合计的在建与规划项目总规模达到3.4GW（以2023年为基准，对德州的最高负荷拉动将达到4%），加州合计的在建与规划项目的总规模为1.4GW（以2022年为基准，对加州最高负荷的拉动约为3%）。考虑到加州、德州整体的区域电网可控裕度已经低于或接近1.1，数据中心建设的加速对其形成的区域冲击可能会更为显著。

　　4.德州电网ERCOT已经将其2030年的最高负荷预期提升至较2023年翻倍，主要的驱动因素来源于大量的数据中心与工业化项目。

　　我们认为2023年及之前海外电网投资与电气设备投资的恢复主要由工业投资、新能源并网与电网老化共同驱动，但工业侧的投资拉动并未完全反应到电力实际增长。2024年及之后，我们认为一方面工业投资的高增长将伴随工厂的竣工开始对电力形成拉动，另一方面，数据中心高速的建设，将成为重要的电力增长驱动因素。我们或看到：

　　海外电气设备的需求增长由变压器/开关等电力设备开始扩散到发电装备，特别是可控装机类的发电装备，如气电、煤电、水电、核电等，具体形式取决于区域性的资源禀赋。

　　电力设备的需求在数据中心的拉动下边际将更为紧缺，原因在于数据中心对电力系统最高负荷的冲击更为直接，同时数据中心需求方相对的价格不敏感。

　　我们梳理了包含发电电源、电网装备、海外独立发电与售电企业、数据中心层面配套系统及设备供应商的列表（不完全整理）详见研报原文。

　　全球范围内可控装机的增量在2011-2021年呈下降趋势，我们认为海外工业投资的增长与发达区域数据中心的建设将驱动可控装机增量需求的回升。

　　1.美国2012年以来可控装机并未增长，整体上进行煤电改气电的结构优化。

　　2.海外最高负荷增长所带来的潜在电力紧缺风险或推动可控装机类发电装备需求的回升。

　　3.全球范围内，火电/气电/核电等可控装机类发电装备订单2023年增长较好，企业层面订单增长提速。2023年上海电气、东方电气、三菱重工的发电装备订单均高增长，GE Vernova 1Q24的气电业务新增设备订单同比增长75%。

　　美国2020-2022年电网投资的核心驱动是老化替代与电网强化，增量电源需求与用电需求带来的扩容需求进一步拉动电网投资增长。根据EEI对美国Investor-owned Utilities的统计（占全美电网投资总规模约90%），美国2022年电网投资中，电网老化替代与强化投资占比达68%，扩容占比为28%，2020-2022年，扩容投资额基本无增长，替代与强化连续2年增速超过15%。我们认为增量扩容需求的驱动将更多源于整体电量与负荷的重回增长，以带动投资，提升电网整体电力输送的承载力与稳定性。

　　美国电网投资维持增长，但2020-2022年主要投资用于老化替代与电网强化，整体电网扩容投资尚未增长。

　　2020-2022年美国电网投资由老化替代与电网强化需求驱动。根据EEI对美国Investor-owned Utilities的统计（占全美电网投资总规模约90%），美国2022年电网投资中，电网老化替代与强化投资占比达68%，扩容占比为28%，2020-2022年，扩容投资额基本无增长，替代与强化连续2年增速超过15%。

　　美国2015年以来230kV以上主网线路年增量基本无增长，且345kV以上新增线路长度持续下降，与主网投资的增长形成了显著的背离。一方面美国电网单位投资额在持续增长，成本方面不断攀升，另一方面整体的电网投资与规划，在跨州的超高压线路的规划与执行上，整体滞后。

　　超高压输电线路建设的滞后导致美国电网的拥堵成本（congestion cost）持续提升，根据Grid Strategies，美国超高压输电项目建设与审批有提速的趋势。

　　美国具备启动条件的高压输电项目快速增长。根据Grid Strategies统计至2023年底美国具备开工条件的高压输电项目共36个，大部分这些项目已经获得了关键的监管许可具备启动建设的条件。2021年，这一数目为22个，且其中10个项目已动工，这也意味着2022-2023年新增了近24个具备启动条件的输电项目。

　　高压输电项目将大幅提升电网整体容量。这36个项目将一共带来187GW的新能源接入能力，新增共10000 miles的输电线个项目大部分是EHV （365kV以上）。美国目前总的高压输电线%的长度增长，但将带来约15%的总系统容量增长。而在建的10个项目将可带来约19.5GW的电源并网容量。

　　美国输电项目流程冗长，在建的大部分项目经历了超过10年的项目审批，FERC新政以及目前美国所面临的缺电风险，有望加速整体输电投资。

　　美国输电投资需要经历规划、FERC回报核准、联邦核准、选址核准（州核准）四大过程，一般总用时接近7-10年。

　　FERC在2024年5月13日通过了1920号法令（FERC Order 1920），有望从联邦层面推动输电项目审批与推进提速。Order 1920主要的影响在于，1）输电服务的提供方必须至少每5年以未来20年长期发展的视角来规划输电需求的发展（此前只要求聚焦3-5年的发展视角），同时需要模拟3个不同的场景来充分模拟未来可能的发展方向。输电运营服务方需要考虑应用电网强化技术，如动态线路打分、先进潮流控制等。2）输电服务提供方需要为备选的长期输电发展项目提供一个或多个事前成本分析模型，并在进入联邦核准流程前，就提前与州层面的相关利益涉及方进行协同，即将原流程的第四步中的部分流程前置，以提升核准效率，提升各级部门协同。

　　我们统计的6家美国电网相关企业，2024年合计电网投资规划较2023年增长9%，24-28年总电网投资规划较23-27年投资规划增长11%。考虑到潜在的缺电压力，提速的输电网建设可能性，我们认为美国整体的电网投资中枢，特别是输电侧的投资需求，有持续超预期的空间。

　　1.价格与交期层面，我们观察到交期的紧张从大型的电力变压器开始向配电变压器延伸，同时价格层面美国的变压器价格指数续创新高。根据Wood Mackenzie，美国的大型变压器，包含电网层面的电力变压器与发电层面的大型升压变，交期均达到近2年。此外根据美国能源局，美国的配电变压器的交期也从2019年的12个月拉长至2023年的30个月。根据圣路易斯联储，美国变压器制造业与变压器制造业初级产品的PPI也在2024年继续创新高。

　　2.海外电气设备企业的订单趋势也未见放缓，4Q23订单同比延续高增长。同时各大主要企业均对海外电气设备需求与企业本身增长指引保持乐观。

　　从Vertive财报我们可以看到其新订单增长2023年后在持续提速，同时整体盈利能力在2023年也有显著回升。伴随数据中心建设节奏的提速，我们看到数据中心的核心装备供应商具备很强的业绩成长潜力。

　　1.北美数据中心的高增长带动量价齐升。Vertive 2023年北美区域收入同比增长41%，调整后EBIT同比增长125%，并带动共总调整后EBIT增长140%。而2023年北美数据中心建设显著提速，净租出功率同比增长87%，年底在建规模同比增长近100%。行业整体的复苏不仅推动订单与加入增长，也带动其盈利能力快速修复，2023年Vertive在美洲与EMEA区域的调整后EBIT盈利能力同比分别增长9/8ppt。

　　2.1Q24数据中心订单与在手订单延续高增。Vertive 2023年收入的75%源于数据中心业务，前述我们看到美国整体数据中心建设数据仍在提速中，从Vertive的订单角度我们也看到1Q24新订单同比增速达到62%，订单增速从3Q23开始持续提升。

　　根据施耐德的数据中心投资成本计算器，以及维谛、伊顿等相关企业对每MW数据中心配套系统投资额的指引，我们得到系统价值时细化的拆分如下表所示：

　　数据中心配套装备中，单一价值量最高的产品为热管理系统、UPS系统（含电池）、低压配电系统（开关柜+关键配电）、柴发。在风冷与N+1系统的冗余度下，热管理系统、UPS系统（含电池）、低压配电系统、柴发分别占全系统单位投资成本的16%、17%、18%、17%。在液冷与低压配电2N冗余的系统下，热管理系统、UPS系统（含电池）、低压配电系统、柴发分别占全系统单位投资成本的22%、21%、20%、12%。

　　从传统数据中心转向AI数据中心，核心的变化主要在于对液冷使用的占比将大幅提升，以及在训练场景下，2N的高冗余系统设计使用比例可能会提升。

　　根据我们基准的国内AI用电及数据中心增量需求（《能源转型-AI发展对电力存在哪些影响与机遇？》（2023.03.24），我们测算国内在N+1系统冗余度下，UPS系统与低压配电系统的市场空间在2030年将分别达到348亿与386亿，若整体系统采用2N冗余，则市场空间将较N+1冗余接近翻倍。

　　AI数据中心的建设是我们预期电力与设备需求增长的底层核心，其受到以下几类因素影响可能存在不及预期的可能性，如GPU实际的供应不足，AI的发展停滞。若AI数据中心建设不及预期，将使得我们对于电力与装备的测算无法兑现。

　　AI芯片的功耗影响到未来电力的需求，目前AI芯片技术的发展使得每W的算力在快速提升，使得目前的电力供给尚可满足AI的发展。若AI芯片的功耗不及预期，将使得电力的需求进一步膨胀，进而阻碍AI增长。