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【行业洞察】 储能:数据中心配储获关注 西门子-英伟达架构梳理

来源:九方智投 2026-06-03 16:54
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【摘要】

  • AI数据中心正在经历一场供电范式的革命。英伟达A100Vera Rubin的六年间,单GPU功耗从400W飙到1400W以上,单机柜功率从30kW逼近180kW

  • 这种指数级增长倒逼供电架构从“交流UPS六级变换”向“800VHVDC两级变换”跃迁,更催生了BBU电池备份单元)从可选配件变成标准配置的结构性机会。

事件:61日,西门子与英伟达Fluence联合推出符合UL标准的DSX Vera Rubin NVL72AI数据中心参考架构,并且与nVent合作,共同设计热管理方案。

架构总容量为136MW,其中IT负载100MW,涵盖了从公用电网(标称34.5千伏)接入到中压配电、模块化低压电源模块,最终到机架接口的完整路径。该架构具有预制化、模块化、可扩展性等特点,能够减少现场施工复杂性,缩短调试周期,并保留扩展能力。

Fluence SmartStack储能系统具备支撑电压和频率穿越、黑启动、电网需求响应和AI负载平滑等关键功能,使得AI数据中心能在电力受限的环境中可靠运行并快速扩展。首套SmartStack已实质性完工并投运,单英亩承载500MWh+储能,可靠性98%+,兼容含电动车软包电芯在内的多种电池。长时储能(≥6小时)方面,凭借高密度和小占地优势竞争力突出,长时储能应用兴趣上升,SmartStack订单储备增长。

点评:此次参考架构的发布,进一步提升了储能的地位,储能不再只是”备用电源“的角色,而是被纳入AI数据中心参考架构的、能够支撑电网和优化负载波动的关键基础设施。

储能被纳入参考架构,未来在数据中心领域将获得更多关注。

英伟达AIDC架构演进:六年六代,功耗指数级攀升

英伟达数据中心六年间,单卡TDP(热设计功耗)翻了3.5倍,单机柜功率翻了6倍,供电架构被迫经历三次范式切换。

  • 英伟达A100VeraRubin的代际梳理

    来源:九方金融研究所整理

    这三次范式切换也主要集中在近两年:
  • 第一个节点是2025年的GB200

这是英伟达首次在机架级方案中系统性引入800VHVDC架构。之前A100H100时代,数据中心供电的主流方案是“交流市电→UPS→PDU→AC/DC整流→DC/DC降压→12VGPU”,整整六级变换,每级都有损耗,端到端效率只有89%左右。

GB200开始,英伟达推的800VHVDC把链路砍到两级:“交流市电→工业整流器→800VDC母线→机架内DC/DC→12V”,端到端效率提升到94%

  • 第二个节点是2025年底的GB300

这代的标志性变化是BBU电池备份单元)和超级电容器成为标准配置,来解决GPU峰值功耗的波动太大的问题。

GB300 NVL72为例,72GPU同时计算时,瞬时功率峰值可能达到平均功率的1.5-2倍。这种毫秒级的功率脉冲,电网和本地供电系统根本跟不住,会导致电压跌落甚至宕机。

BBU负责秒级到分钟级的备用供电,超级电容负责0.1秒内的瞬时功率补偿,两者协同才能“平滑”这种极端负载。

  • 第三个节点就是20263月发布的Vera Rubin NVL72

这是英伟达第一款专门为“代理式AIAgentic AI)”设计的机架级系统,72Rubin GPU36Vera CPU,通过NVLink6互联,算力密度达到前所未有的水平。对应的功耗密度也创了新高——单机柜160-180kW,这意味着一个标准的100MWAI数据中心,只需要500-600个机柜就能填满。

如此高的功率密度,对供电系统提出了三个硬要求:一是必须上800VHVDC,传统54V方案铜耗太高;二是必须配BBU,否则功率波动会直接冲击电网;三是必须考虑液冷,因为风冷已经压不住这个热密度。

  • 与之相应的,英伟达数据中心供电架构的演进,可以概括为三次范式切换:

  • 第一次切换:从UPSHVDC2020-2024年)

传统数据中心用UPS(不间断电源)做备用,市电正常时走旁路,市电中断时切换到电池逆变。

UPS的问题是效率低(90-93%)、占地大、维护成本高。HVDC(高压直流)方案省掉了逆变环节,效率提升到95%以上。

国内HVDC的先行者是中恒电气2015年就开始在阿里巴巴数据中心推广240V HVDC。但英伟达推的800V HVDC,电压等级比国内方案高了3倍多,技术难度不是一个量级。

  • 第二次切换:从48V800V2025年)

这次切换的驱动力是铜耗。根据英伟达官方白皮书,800VHVDC相比传统54V方案,铜耗减少45%

道理很简单:功率=电压×电流,电压提高15倍,同样功率下电流降到1/15,而线路损耗和电流平方成正比,所以铜耗大幅缩减。此外,800V方案把机架电源从64U缩减到外置,释放的机架空间可以多放GPU,这对算力密度是实质性提升。

  • 第三次切换:从被动供电到主动储能2025-2026年)

这是最深刻的变化。传统供电架构把电网当成无限大电源,数据中心只是“用电端”。但AI数据中心功率波动太剧烈,电网根本承受不了。

GB300开始,英伟达BBU超级电容内嵌到机架里,形成“电网+储能+芯片级缓冲”的三层架构。这本质上让数据中心从纯用电端变成了“用电+储能”的混合体。

西门子、英伟达Fluence三方在202661日发布的参考架构,就是把这种三层架构标准化、工程化。

西门子-英伟达-Fluence三方架构:AIDC配储的终极方案

202661日,西门子、英伟达Fluence联合发布了一套面向Vera Rubin NVL72平台的参考供电架构。这个时间点非常敏感——距离Vera Rubin发布不到三个月,说明英伟达在下一代产品发布前就已经把供电方案锁定。

这套架构的核心规格是136MWAI数据中心供电系统,面向超大规模AI工厂。三方分工明确:

  • 英伟达:提供Vera Rubin NVL72平台的技术规格和负载特性,定义芯片级的供电需求。

  • 西门子:负责表前(Front of Meter)和表后(Behind Meter)的全价值链供电方案,包括中压配电、HVDC整流、工业电网方案。

  • Fluence:提供电池储能系统(BESS),作为峰值调节和备用电源的核心模块。

  • 三层供电架构详解

这套参考架构的核心创新在于把供电系统分成三个层次,每层解决不同时间尺度的功率问题。

  • 第一层:表前发电与电网接入(秒级以上)

这是西门子最擅长的领域。136MWAI数据中心,需要从电网接入中压电(13.8kV-35kV),经过变电站降压后进入场内。西门子方案的特点是模块化可扩展,支持从60MW2000MW的灵活配置。对于AI数据中心,西门子推荐三种发电组合:

  • 传统方案:燃气轮机(DLE+电网接入,适合有稳定市电的地区。

  • 低碳方案:联合循环电厂(CCPP+氢能就绪,适合有碳中和要求的项目。

  • 未来方案:光伏/风电+PEM燃料电池+Qstor BESS,实现零排放。

  • 第二层:表后储能缓冲(秒级到分钟级)

这是FluenceQstor BESS发挥作用的地方。AI数据中心的功率波动有两个特征:一是频率高,GPU负载变化在秒级;二是幅度大,峰值可能是平均值的1.5-2倍。电网的响应速度跟不上这种波动,必须用储能来“削峰填谷”。

FluenceQstor BESS在这个架构里承担三个功能:一是峰值功率调节,在GPU负载突增时放电,避免冲击电网;二是备用电源,在市电中断时提供>24小时的供电能力;三是频率调节,配合电网做辅助服务,赚取额外收益。

  • 第三层:机架级BBU+超级电容(毫秒级到秒级)

这是英伟达的“芯片到供电(chip-to-power)”方案。每个NVL72机架内部集成BBU超级电容模组,形成最后一道缓冲。超级电容响应速度在0.1秒以内,负责应对毫秒级的功率尖峰;BBU用高倍率磷酸铁锂电池,响应速度在秒级,负责应对持续几秒到几分钟的功率波动。

英伟达官方数据显示,GB300BBU模块可以在功率突增时提供高达20kW的瞬时功率输出,持续时间3-5分钟。这个时间窗口足够让上层储能系统(Fluence BESS)和发电系统(西门子燃气轮机)响应并接管负载。

与传统数据中心供电的对比

来源:九方金融研究所整理

小结

Fluence参与的场级BESS,是数据中心配储中容易被忽视的环节。一个136MWAI数据中心,通常需要配置20-30MW/40-60MWhBESS,用于峰值调节和备用电源。按1.5/Wh计算,单项目BESS价值约6000-9000万元人民币。

全球AI数据中心建设规划(2025-2030年)超过1000个,假设每个项目平均配20MWBESS,总需求超过20GW。这相当于2025年全球储能装机量的30%以上。数据中心正在从储能的“边缘应用”变成“核心场景”。

数据中心配储的代表性公司梳理

来源:九方金融研究所整理

参考研报

  • 20260511-华安证券-电力设备行业周报:数据中心配储订单落地,能源助力AI发展

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