AI 带动电源供应产业升级:从发电、电网到资料中心供电全解析

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2026/8/11

AI 算力快速成长带动资料中心用电需求暴增,电源供应产业也从传统成熟市场迈向新一轮升级周期。本文解析 AI 资料中心供电架构如何从传统交流系统走向 800V HVDC 高压直流,并探讨燃气发电、SOFC 燃料电池、电网升级与大型变压器等关键趋势,同时整理台达电、高力等台厂供应链的布局,了解 AI 基础设施升级如何重塑全球电力产业与投资机会。

过去,电源供应器产业长期被视为技术成熟、毛利率提升空间有限的零组件产业。然而,随着 AI 算力需求爆发式成长,资料中心的供电需求大幅攀升,单一 AI 机柜功耗已跃升至 NVIDIA GB300 世代的 120kW 以上,传统低电供电架构已难以承受庞大的电力负载。

为提升供电效率并改善散热问题,资料中心正加速导入 800V HVDC 高压直流供电与固态变压器 SST 等新型架构。同时,电力需求快速增加亦使发电、输电与配电环节面临供给不足及基础设施升级压力,带动整体电源供应产业链的产品价值量与技术门槛同步提升,进而推动产业在资本市场上的评价重估,并成为 AI 基础设施升级趋势下的重要受惠主轴。

电源供应产业链

电源供应产业链示意图。

上游发电以燃气及燃料电池为主流

上游主要负责电力生产。为满足 AI 资料中心快速成长的用电需求,美国未来至少需新增 44GW 电力容量,但受限于电网老旧、并网壅塞及变压器短缺,目前实际可供应容量仅约 25GW,导致电力供需缺口持续扩大,并网等待时间中位数亦延长至 5 年。 供给受限进一步推升电力价格,以北维吉尼亚州所属的 PJM 电网为例,2026 至 2027 年容量价格已升至 333.44 美元,较 2020 年上涨逾四倍。

在此背景下,为确保资料中心如期建置,CSP 正逐步由传统购电模式转向自备电源并网 BYOG,并愿意支付更高溢价取得燃气涡轮等关键发电设备,使相关设备供应商具备更强的定价能力与营收能见度。 政策面上,美国政府一方面提高大型企业依赖公共电网的成本,另一方面则降低自主发电的并网门槛与建置障碍。例如,白宫提出「费率公平与基础设施承诺」,要求大型科技公司负担相应的电网升级成本,并鼓励其在电力负载饱和地区建置自备电源;FERC 亦规划将并网制度由「先到先得」调整为「就绪者优先」,使具备自备电源的专案可优先取得并网资格。此外,PJM 与 ERCOT 要求大型用电设施具备孤岛运行能力,维吉尼亚州与德州亦逐步放宽表后发电的相关监管,进一步推动企业自主供电模式发展。

自备电源并网 BYOG (Bring Your Own Generation) 企业在使用公共电网的同时,也自行准备一部分发电能力,并让自有电源与既有电网协同运作。

政策名称推动单位企业负担电网升级费用,电力饱和区强制自建电力
并往优先路径FERC具自备电源专案可跳过冗长研究
大负载专项审查PJM/ ERCOT强制设施具备尖峰时段孤岛运行能力
幕后发电合法化维州/德州允许现场安装发电设备并简化监管

目前 CSP 采用的 BYOG 自备发电方案主要包括燃气发电、小型模组化核反应炉 SMR、太阳能发电及燃料电池四种类型,其中燃气发电与燃料电池因技术成熟度较高、部署速度较快,已成为现阶段的主流选择。

燃气发电

燃气发电兼顾快速部署与大型基载需求

燃气发电是透过燃烧天然气驱动燃气涡轮机发电,并回收高温废热产生蒸汽,再带动蒸汽涡轮机进行二次发电,形成具备较高能源效率的复循环发电系统。 依设备特性可分为 Aero、IGT、RICE 与 HDGT 等类型:

  • 其中 Aero、IGT 与 RICE 具备交货周期较短、启动与满载速度快、高度模组化及土地利用效率佳等优势,适合作为资料中心表后发电与过渡性供电方案;
  • HDGT 则主要应用于大型复循环燃气发电机组,虽建置期较长,但凭借单机容量大、发电效率可达 50% 至 60%,以及单位发电成本较低等特性,仍是大型电网与 GW 级电力设施的重要基载来源。

AI 资料中心电力缺口扩大,燃气发电短中长期需求同步成长

随 AI 资料中心建置加速、电网并网时程延长,以及 CSP 加速导入 BYOG 自备电源模式,燃气涡轮机已成为现阶段填补电力缺口最成熟且可快速落地的解决方案。 短期内,Aero、IGT 与 RICE 可协助资料中心在等待电网并入期间提前取得稳定电力,预期将成为需求成长最快的燃气发电技术;长期而言,随资料中心规模朝 GW 级发展,大型复循环燃气机组的基载需求亦将同步增加,未来若进一步导入氢气混烧技术,可望兼顾供电稳定与减碳需求,延续燃气发电产业的中长期成长动能。

燃料电池

燃料电池具备低排放、高效率优势

燃料电池是透过氢气或天然气与氧气进行电化学反应产生电力,过程无须燃烧,因此具备低排放、高效率及高品质定置型供电等优势。目前主要技术可分为固态氧化物燃料电池 SOFC与质子交换膜燃料电池 PEMFC,其中 SOFC 约占定置型发电市场六成,电气效率可达约 60%,且具备较高的燃料弹性。SOFC 可沿用既有天然气基础设施,未来亦能逐步转向氢能应用,加上采用陶瓷电解质,无须使用铂等贵金属催化剂,相较 PEMFC 具备更大的降本潜力。

SOFC 兼具快速部署与高效直流供电,成为 AI 资料中心自主能源成长引擎

随 AI 资料中心对快速部署、稳定供电及能源效率的要求持续提升,SOFC 正逐步成为最具潜力的自主供电方案之一。 相较传统电网扩建通常需耗时数年至五年以上,燃料电池约可在 90 天内完成部署,并于资料中心附近提供全天候稳定的分散式基载电力,同时具备低噪音、低用水需求及较少环境限制等优势。此外,SOFC 的原生直流输出特性可与未来 800V HVDC 架构整合,减少电力转换损耗并提升资料中心整体能源效率。 政策方面,美国《通膨削减法案》提供燃料电池 30% 投资税收抵免,使 SOFC 补贴后均化发电成本降至每度电约 5.5 美分,已具备与传统燃气发电竞争的能力。目前市场由 Bloom Energy 主导,其方案已获 Equinix、Amazon Web Services 与 Intel 等科技企业采用,随 CSP 导入规模持续扩大,SOFC 有望成为 AI 资料中心自主供电市场的重要成长引擎。

资料中心供电方案转向燃气发电与燃料电池双轨并进

目前,资料中心电力缺口的解决方案正逐步由传统燃气发电,转向燃气发电与燃料电池并行发展。 其中,燃料电池因更符合 AI 时代对快速部署、稳定供电及低环境限制的需求,正成为重要的增量供电方案。燃气发电目前仍是主流选择,具备约 95% 的高可靠度、全天候供电能力,以及技术成熟与建置速度较快等优势,适合作为大型资料中心的基础电力来源。然而,随 AI 算力需求快速成长,资料中心面临电网并网时间过长、土地取得与环境限制等问题,使燃料电池的重要性持续提升。燃料电池具备模组化设计、部署速度快、高能源效率、低噪音及低用水需求等优势,可直接建置于资料中心附近,提供分散式基载电力,成为缓解 AI 电力瓶颈的重要方案。其中,固态氧化物燃料电池 SOFC 更因具备高发电效率,并可支援次世代直流供电架构,被视为 AI 资料中心长期电力解决方案之一。整体而言,燃气发电仍是现阶段资料中心的主要供电来源,但随 AI 电力需求持续攀升,燃料电池凭借快速部署与稳定基载能力,有望成为未来资料中心自主供电的重要成长方向。

中游电网负责降压与电力输送功能

电网产业位于电力供应链中游,负责将发电厂产生的电力透过输电、变电与配电等环节,安全且稳定地输送至工业、民生及资料中心等终端用户。 其中,输电系统先透过升压变压器提高电压,以降低长距离传输损耗,再由变电站逐级降压,最终透过配电系统将电力配送至用户端。核心设备包括变压器、气体绝缘开关设备 GIS、断路器、电缆,以及固态变压器 SST、高压直流输电 HVDC 等新一代电力电子设备。其中,变压器负责电力传输各阶段的升降压,是电网中最关键的设备之一;GIS 与断路器则负责电路切换、故障隔离及系统保护,以提升整体供电安全性与可靠度。

AI 用电需求驱动老旧电网升级,带动电力产业新一轮成长

电力产业正迎来新一轮成长周期,主要受惠于 AI 算力需求爆发与全球老旧电网升级两大趋势。 随 AI 模型规模扩大及资料中心加速建置,预估至 2030 年,全球 AI 推理用电需求将达 472TWh,美国于 2026 至 2030 年间新增的 AI 资料中心用电需求亦将超过 61GW。然而,资料中心仅需约 18 至 24 个月即可完成建置,输电系统扩建却通常耗时 5 至 7 年,两者建设周期明显错配,使电力供应成为 AI 基础设施扩张的主要瓶颈。 另一方面,美国等先进国家的电网设备多建于 1950 至 1970 年代,大量变压器与输电设备已超过设计使用年限,加上再生能源并网需求持续提升,推动全球电网进入大规模汰换与扩建周期。政策面亦提供长期成长动能,美国透过 IIJA、IRA 等法案投入数百亿美元升级电网,并配合 Stargate 等 AI 基础建设计划,加速发电与输配电设备投资。

变压器为电网建设关键设备,供需失衡推升产品价值与获利空间

变压器是电网输配电系统中的关键设备,主要功能为调整电压层级,以确保电力能够安全且高效率地传输至终端用户。 随全球电网现代化、高压输电建设及 AI 资料中心朝高功率密度发展,变压器的重要性持续提升,尤其大型电力变压器具备高容量、高规格及高度客制化等特性,已成为电网扩建与资料中心供电架构中的核心零组件。然而,其生产涉及大量矽钢片与专业制程,产能扩充难度高,且进入美国市场须通过 IEEE、ANSI、UL 等严格认证,厂商通常需耗时 3 至 5 年才能成为电力公司的合格供应商,形成较高的产业进入门槛。

全球大型变压器市场正面临明显供需失衡,交期已延长至约 3 至 5 年,成为电网扩建的主要瓶颈。 即使 Eaton、Hitachi Energy、Siemens Energy 等国际大厂积极扩产,新增产能仍多须至 2027 至 2028 年后才会陆续开出,短期供给压力难以有效缓解。预估 2025 年全球 100kV 以上大型电力变压器供需缺口约达 30%,累计短缺规模将由 708GVA 扩大至 2030 年的约 1,360GVA,带动市场维持供不应求。在产品容量提升、高规格需求增加及供给受限的共同影响下,变压器平均售价持续上升,美国 220kV 以上大型变压器价格预估未来一至两年将达每 GVA 4.5 亿至 5 亿美元,厂商订单能见度与获利能力可望同步提升。

下游资料中心供电架构加速升级

随着 AI 运算平台持续迭代,伺服器算力与功耗呈指数型成长,资料中心既有低压供电架构正面临日益严峻的物理与能源效率瓶颈。预估至 NVIDIA Kyber 世代,单一机柜功耗将进一步攀升至 1MW,传统供电架构已难以承载如此庞大的电力需求。为突破现有架构限制并提升整体供电效率,未来 AI 资料中心将加速导入 800V HVDC 高压直流供电架构,并同步推动 SST、PSU 与 BBU 等关键设备升级,带动资料中心电力供应系统全面换代。

800V HVDC 新架构突破高功耗供电瓶颈,提升效率与系统容量

800V HVDC 是将资料中心前端交流电集中整流为 800V 高压直流电,再透过直流母线直接输送至机架端的新型供电架构。 相较传统低压直流系统,800V HVDC 可减少多重交直流转换,并以较高电压降低同等功率下的传输电流,因而兼具提升能源效率、降低线路损耗与简化供电系统等优势,正逐步成为超高功耗 AI 资料中心的重要发展方向。

800V HVDC 最重要的优势即为减少电力转换次数。传统资料中心的电力由市电端输送至 GPU 晶片,需历经多次交直流转换,每次转换均伴随约 5% 至 8% 的能量损耗,使整体转换效率仅约 83% 至 88%,流失的电能亦会转化为废热,进一步增加散热系统负担。 相较之下,HVDC 架构可将 13.8kV 市电于前端集中转换为 800V 直流电,再直接输送至机架内部,使转换程序精简至一至两道,带动系统效率提升至 92% 以上,并改善资料中心的电力使用效率。

在硬体配置与营运成本方面,800V HVDC 同样具备显著效益。高压直流电可直接供应至机架,使传统体积庞大且需经历多次交直流转换的交流 UPS,逐步由直接连接直流母线的 BBU 取代,不仅可省去逆变器并释放机房空间,也能减少故障节点、提升供电可靠度。根据 NVIDIA 估算,高压直流架构可降低约 45% 的铜材用量;集中整流后,机架内亦无须配置多颗传统 PSU 与风扇,使整体维护成本预估下降约 70%。在能源效率、营运成本与空间配置全面改善下,单一配电系统的供电容量可由传统约 3MW 至 4MW 提升至 8MW,使 800V HVDC 逐步成为下一代 AI 资料中心的重要供电标准。

传统电力架构

电能转换路径核心设备/位置运作机制
阶段一:进线降压高压AC $\rightarrow$ 中压AC建筑配电室(灰区)接收来自外部电网之 13.8kV 高压交流电,并将其初步降压至资料中心厂务设施可承受之工作电压。
阶段二:不断电备援交流 $\rightarrow$ 直流 $\rightarrow$ 交流 (AC-DC-AC)大型 UPS 系统借由电池进行储能(AC 转 DC)与释放(DC 转 AC)以确保供电稳定性。此双向转换节点为传统架构中电力耗损之主要来源。
阶段三:机柜级整流交流 $\rightarrow$ 12V~48V 直流电源供应器 (PSU)交流电经由 PSU 进行二次整流,转换为伺服器主机板可直接运作之低压直流电
阶段四:终端晶片供电48V 直流 $\rightarrow$ 0.65V~1.8V DC主机板 VRM(电压调节模组)执行最终阶之降压调节,精准输出 CPU 与 GPU 等核心运算晶片所需之极低工作电压。

800V HVDC 架构

电能转换路径核心设备/位置运作机制
阶段一:前端集中整流与备援高压 AC → 800V DC资料中心边缘集中整流器(包含 BBU)接收 13.8kV 电网交流电并经变压与集中整流后,输出 800V 高压直流。备援电池(BBU)直接并联于直流母线,彻底免除传统交流 UPS 系统繁琐之双向逆变耗损。
阶段二:机柜级集中降压800V DC → 54V DC集中式电源柜 / 电源机架 (Power Shelf / Power Rack)透过 800V 高压直流主干线传输至运算机架,经由 Power Shelf 统一下压,并汇入机架专用之 54V Busbar 供各伺服器节点分配使用。
阶段三:终端晶片供电54V DC → 0.65V~1.8V DC主机板 VRM执行最终阶之降压调节,精准输出 CPU 与 GPU 等核心运算晶片所需之极低工作电压。

400V 方案为短期过渡,长期升级 800V HVDC 趋势明确

尽管 800V HVDC 已被视为解决 AI 高功耗需求的长期方向,但考量建置成本、元件成熟度及既有基础设施相容性,产业目前仍处于务实的规格过渡阶段。就现阶段 CSP 的导入进程而言,Meta、Google 等主要业者初期多倾向优先采用 ±400V 架构。相较 800V,400V 架构的端对端能源效率虽较低,但具备元件成本较低、供应来源广泛,且较容易与既有资料中心配电系统整合等优势,同时亦可减少约 40% 的铜材用量。然而,随单一机柜功耗持续攀升,400V 架构最终仍将面临传输电流与系统容量限制,产业长期势必进一步升级至 800V,并搭配固态变压器 SST,实现高压直流电直接供应至机架。 整体而言,由 400V 逐步过渡至 800V,已成为 AI 资料中心供电架构明确的演进方向。

相关台厂供应链

台湾厂商主要分布于资料中心电力与热管理供应链的中下游,提供高功率 PSU、BBU、HVDC 电源机柜、燃料电池关键模组及液冷散热系统等产品。展望 2026 年,电源供应产业的成长动能将来自两大方向:

  1. AI 机柜功耗提升与供电架构升级,推升高功率电源、备援系统及高压直流设备的单机价值
  2. 电网供给不足带动资料中心自主发电与液冷散热需求快速成长。

此外,由于电力与散热设备直接影响资料中心运作稳定性,客户对产品可靠度、系统整合能力及供应商认证要求极高,因此已切入国际一线客户供应链、具备核心技术门槛与量产经验的台湾厂商,将成为 2026 年电源供应产业中成长能见度最高、结构性受惠最明确的族群。

高力(8996.TW)

高力成立于 1970 年,专注于热处理、铜焊、真空硬銲与热交换技术,主要产品涵盖板式热交换器、燃料电池零组件、热能设备及液冷散热模组,近年并积极由传统工业零组件供应商转型为绿能与 AI 资料中心热管理解决方案供应商。

公司目前主要成长来自燃料电池与水冷两大事业,其中燃料电池业务受惠于与 SOFC 龙头 Bloom Energy 合作深化,供应核心模组,负责高温气体管理、燃料转换与热能回收,产品需具备高温材料、精密加工及热管理能力,是影响 SOFC 发电效率与系统可靠性的关键零组件。随 Bloom Energy 积极切入 AI 资料中心自主供电市场,其 SOFC 产能预计于 2026 年底由 1GW 提升至 2GW,将同步带动高力加速扩充 Hot Box 产能,进一步强化其在 SOFC 供应链中的关键地位。另一方面,高力凭借既有热交换技术优势,亦持续拓展 AI 伺服器液冷产品、新客户与新订单,使燃料电池与液冷业务形成双重成长引擎,带动公司中长期营运维持高速成长。

台达电(2308.TW)

台达电为全球电源管理与散热解决方案龙头,在 AI 算力快速提升与资料中心供电架构升级的趋势下,由传统零组件供应商进一步转型为系统整合大厂。公司产品布局涵盖高功率 AC/DC 与 DC/DC 电源模组、PSU、BBU、液冷散热、风扇及高压直流配电系统,可同时整合供电、备援、散热与能源管理需求,形成高度垂直与横向整合的竞争优势。

随 AI 机柜功耗持续攀升,高瓦数 PSU 与 BBU 取代传统 UPS 的趋势将同步推升产品技术门槛及获利能力;此外,台达电的 400VDC 与 800VDC 电源机柜已具备量产能力,预计自 2026 年第四季开始小量出货。展望中长期,台达电亦积极布局超高频固态变压器 SST 与边缘电力调度技术,有望进一步降低铜材用量、电力转换损耗与机房空间需求。凭借电力电子演算法、功率模组与热管理技术的深度整合,台达电已成为少数能自主提供高功率 PSU、高压 BBU、液冷与 HVDC 完整方案的业者,将持续受惠于 AI 资料中心规格升级与全球电力基础设施投资成长。

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