前有电力怪兽！人类当心

万凯

清明时节雨纷纷，外出总离不开雨伞。为什么伞以圆形的居多？原因有很多，比如在同样的周长下，圆形的面积最大，更加省材实用；圆拱形的伞顶，使雨水更容易快速滑落；圆形的伞面使得每根伞骨的长度一致，受力更均匀，也更方便折叠携带。

在三月的最后一个周六，或许你也经历了“地球一小时”活动——关掉不必要的电器，在夜色中体会几乎没有电力的一个小时。对于这漆黑的“地球一小时”，或许你没有过于在意。毕竟，这个年代连停电都少之又少。你不会觉得，有一天人类社会将面临电力极度匮乏的局面。

然而，这并不是危言耸听，这与你的手机，与他的电脑，与庞大的网络世界和萌发的人工智能有着莫大的关系。在未来，它们的电力需求会很大，大得像一头头电力怪兽，也许连把地球烧了用来发电也不够。

电力怪兽，就在身边？

其实，人类社会的发展，尤其从工业革命开始，其背后就是一部能源发展史。从蒸汽机到内燃机，从煤炭到石油……人类获取能源的形式在不断改变，对能源的需求和依赖越来越大。在现代社会，这一点体现得尤为明显——

你可能不知道，一座拥有8 间放映厅的电影院，每天从早到晚不停地放电影，日均耗电就在5000 度左右，全年耗电通常约200 万度。而你家全年用电量不过2500 度左右。别惊讶，更让你吃惊的来了！还记得去年七月在美国拉斯维加斯拔地而起的“小黄脸”（MSG Sphere）吗？它每年需要消耗近1 亿度的电。现代社会城市中的各种巨型设施，如同一个个电力怪兽。

还有些电力怪兽藏在你看不到的地方！在你的手机，在他的电脑背后……随着CPU 和显卡的性能越来越强劲，如今的手机和电脑，耗电量早就达到了十年前的数十倍以上。在它们背后，AI 才是那个真正的电力怪兽！

AI 的成长离不开算力的发展，而这是要巨大的电力为代价的。你知道吗？引领全球的ChatGPT，其母公司OpenAI 为它部署的各类AI 服务器，日均耗电量已经超过了50 万度！可以预见的是，随着AI 的持续发展和所需的CPU、显卡等硬件的更新，AI 这个电力怪兽的胃口只会越来越夸张！难怪OpenAI 公司一直期盼能源技术的革新，大概是交电费交到心疼了吧？另外，作为最大显卡供应商，英伟达公司也指出：不久的将来，我们没准得烧掉14 个地球，才能支撑AI 的发展。

在我国，电力怪兽同样成长得无比迅猛。2022 年，随着我国算力规模达到180EFlops（每秒百亿亿次浮点运算次数），数据中心耗电量也在疯狂增加，达到了惊人的2700 亿度。而预计到2025 年，我国算力规模将超过300EFlops，数据中心耗电量将达到3500 亿度，并有可能在后续五年内再翻一倍。如此巨大的电力怪兽，一口吞吐堪比一座城市！

物理启蒙

九年级物理“电能”

“度”，就是电能的单位，它的学名叫做千瓦时，符号是 kW· h 。

为电力怪兽准备菜谱

为了降服电力怪兽，人类该怎么办呢？得发电，得发足够多的电，让电力怪兽有吃的。

目前，火力发电依然占据世界主流。英伟达公司得出的“烧掉14 个地球都不够AI 发展”的结论，便是基于火力发电消耗燃料这一概念。除此之外，人类还在发展水力发电、核能发电，以及风力发电和太阳能发电等可再生能源。

我们将可以从风和太阳能中获得取之不尽的电力，足以将电力怪兽喂得饱饱的。

电力菜谱1：高空风力发电

据统计，在现有技术下，地球上可用来发电的风力资源约有100 亿千瓦。或许，这只能满足电力怪兽一时的胃口。但随着高空风力发电技术在逐渐投入运行，人类将可以向高空的风索取电力。

高空的風吹得更猛，也更频繁，几乎处于无休止的状态，其中蕴含了大量的能量。高空风力发电，就是在500～10000 米的高空，采用独有的设备组合完成对高空风能的捕获，转换成机械能，带动发电机组旋转，实现持续稳定发电。根据预估，高空的风能密度远远超过地表附近，约为20 倍，将能大大填补电力怪兽那日益增长的胃口。

电力菜谱2：太空光伏发电

对于光伏发电，可能你不再陌生，它主要基于光伏效应，利用太阳能来发电。据估算，太阳辐射到达地球陆地表面的能量，每一小时就大约是12000 亿度。这些能量要是都利用起来，电力怪兽一点不愁吃了！

而在未来，光伏发电也许不再局限于地球表面。科学家们一直有在太空建造光伏发电站的想法——建在地球同步轨道上的光伏发电站，几乎可以一直沐浴在太阳的照射之下，以最大能力发电。在那里，根据推算，一块两平方千米的太阳能板的年发电量就与三峡电站不相上下。 多铺上几块，来再多电力怪兽也能被吃撑！

电力菜谱3：人造太阳

不管是风力发电还是光伏发电，其实能量都可以追溯到太阳。那么，大胆一点，要是我们能自己造一个太阳呢？

是的，这就是人造太阳，也是可控核聚变。在太阳上，核聚变已经持续了约50 亿年。在地球上，人们已经了解核聚变的原理，发明了威力无比的氢弹。只是，那一瞬间的能量只会毁天灭地，还不是人类可以控制的。但科学家们从未停止探索，人造太阳一直都是人类解决能源问题的终极目标——氘，用于核聚变的原料在海水中蕴藏丰富，如果全部用于核聚变，足够全人类使用几百亿年。到那时，我们想的就不只是喂饱电力怪兽，而会是远征星辰大海。

投喂电力怪兽

当然，只把饭菜弄好还不够的。电力怪兽们可是些懒虫，得喂到它们嘴边才行！为此，我们还得进行投喂。

投喂方案1：高温超导送电

电力怪兽往往出现在工业、商业用电密集的地方，一般和发电基地相隔甚远。为了投喂，我们会用到特高压输电。我国的特高压输电是世界上最先进的输电技术，可以大大降低输电过程中的损耗。而在将来，高温超导送电或许能将输电损耗接近0。这可以让我国西部的电力在输送到沿海，让太空光伏发电的电力传到地面上之后，还能让电力怪兽吃上新鲜热乎的。

投喂方案2：超级电池

跟吃饭一样，电力怪兽不是每道菜都能马上吃光的。因此，我们还可以为它们选择“预制菜”，将电力储存下来。当然，现在的电池容量可满足不了它们。但科学家正在研究各种新型的超级电池，比如微型核电池，它的能量密度惊人，拥有几乎无限长的使用寿命；比如锌锰氧化物电池，它也具有超高的能量密度，能支持国家级电网的大规模储能。

有一天，怪兽将成为皮卡丘

“烧掉14 个地球也不够”的警示就在眼前，不过人类没有坐以待毙，你我他都有参与“地球一小时”，科学家们也在积极探索能源新方式……未来，我们一定能与电力怪兽和谐相处，让它们成为我们可爱的皮卡丘。到那时，我们不仅不用忧虑，更能享受无处不在的AI 和取之不尽的能源，生活将会充满更多便利和美好。