人工智能（AI）数据中心正以前所未有的速度建设。目前美国有超过12000个正在等待电网接入的活跃项目，代表着1570吉瓦的发电机容量和1030吉瓦的储能容量。分析机构Omdia预测，未来五年AI将驱动超过50%的装机发电容量增长。
Black & Veach对能源行业相关人士的调查发现，电力短缺是阻碍AI发展的最大问题。53%的公用事业公司表示，可用电力是数据中心上线的首要障碍，输电（47%）和变电站升级（46%）紧随其后。
为应对这一局面，数据中心开发商纷纷抢购燃气轮机。一些公司打算为自己的设施供电，另一些则与公用事业公司合作，增强当地电网为AI供电的能力。然而，设备的交付周期很长，且还在不断延长。
“今天下的燃气轮机订单可能要到2032年才能交付，”数据中心开发运营商Applied Digital的董事长兼首席执行官韦斯·卡明斯说。该公司拥有数吉瓦规模的数据中心，目前正在运营、建设或开发中，包括在北达科他州埃伦代尔和哈伍德运营的两个AI设施。
他等不起燃气轮机。他的公司已为北达科他州另一座在建数据中心订购了1.2吉瓦由燃气工业锅炉驱动的蒸汽轮机，另外还有两座正在最终确定。每座设施都将采用这种工业锅炉/蒸汽轮机配置。第一座计划于2028年末投入运营。
Applied Digital与独立电力生产商Base Electron签订了这项24亿美元的设计/建造协议。
“无论是专注于AI模型训练还是向用户提供AI结果（即推理）的数据中心，都需要大量电力，”卡明斯说。“为应对AI的规模需求，锅炉与蒸汽轮机的组合是一种经过验证的方案。”
当燃气轮机在几年后可以交付时，Applied Digital打算将这些设施转换为联合循环电厂，以进一步提高效率。但锅炉仍将继续使用。锅炉产生的蒸汽将补充燃气轮机废热在余热回收蒸汽发生器（HRSG）中产生的蒸汽。
**优先选用组装式锅炉**
为使锅炉制造的速度与AI发展节奏相匹配，组装式锅炉成为首选方案。这些锅炉不是在现场建造，而是在工厂制造和组装完成，并连同燃烧器和控制系统一起打包，以完整系统的形式运输交付（图1）。设备运抵现场后，只需进行少量安装工作，并建立燃料、水和电力的基本连接即可。如果锅炉尺寸过大无法通过公路或铁路运输，则会被拆分成模块，每个模块运至现场进行最终组装。但即便如此，现场工作量也很小，因为这些模块设计为可快速集成。
位于德克萨斯州阿比林的Rentech Boiler Systems公司表示，其收到订单后一年内即可制造并交付组装式锅炉，该公司锅炉销售副总裁杰拉尔多·拉拉介绍说。Rentech在其30年历史中已交付超过1000台锅炉和HRSG，蒸汽产量从每小时20000磅到650000磅不等，压力范围从200到2000磅/平方英寸。拉拉表示，其型号最适合10兆瓦至20兆瓦的蒸汽轮机，而模块化设计可容纳多个供应商提供的高达50兆瓦的蒸汽轮机。
“组装式锅炉有两种基本设计类型：火管式和水管式，”拉拉说。“前者通常更适合较小的商业负荷，后者则更适合工业应用中较高压力/温度容量的需求。”
Rentech生产的火管式水管锅炉采用水冷全膜式墙体结构，具有低维护和良好的气侧密封性能。
“组装式锅炉是行业的主力产品，市场非常强劲，数据中心领域对此表现出浓厚兴趣，”拉拉说。“锅炉与蒸汽轮机的组合能实现典型的兰金循环效率。”
他的公司提供保守设计、配备大型炉膛的锅炉，以确保最佳的循环、高效的热传递，以及在满足排放标准的同时输出大量蒸汽，从而降低设施人员的维护负担。其汽包设计具有较长的停留时间和坚固的蒸汽分离内部结构。
组装式锅炉几乎应用于所有行业，包括制造业、化工业、食品加工业以及石油天然气业。当与蒸汽轮机配对使用时，锅炉燃烧天然气，将锅炉管内的水转化为蒸汽。锅炉内部一系列复杂的管道、通道和汽包将蒸汽以发电所需的温度和压力直接输送到蒸汽轮机。
“过去一年我们非常忙碌，为数据中心开展了大量项目，”拉拉说。“由于燃气轮机交付积压如此严重，将组装式锅炉与蒸汽轮机配对以提供AI所消耗的巨大能量的兴趣正在上升。”
绕过燃气轮机的交付积压
燃气轮机的订单积压很长，且还在延长。GE Vernova报告称已有超过100吉瓦的订单和预订席位。即便该公司增加了班次、投入数十亿美元建设新的制造空间并简化生产流程，仍无法满足需求。西门子能源、索拉透平（Solar Turbines）和三菱电力等其他供应商也报告了类似的供应延迟。
尽管交付周期延长，数据中心开发商仍继续下单订购更多燃气轮机。他们也在对冲风险——大量购买燃气发动机，以及燃料电池、电池储能系统（BESS）和可再生能源。此外，他们还在投资地热能、基于核能的小型模块化反应堆（SMR），以及任何看起来有前景的能源来源。AI正在推动各类电力生成技术的创新浪潮。
锅炉/蒸汽轮机组合是开发商需求清单中相对较新的技术选项。蒸汽轮机和组装式锅炉具有直接的优势：两者都是经过验证的技术，交付周期短得多，且容量表现良好。
“组装式锅炉的交付周期通常在一年以内，”拉拉说。
工业锅炉存在的历史悠久，因此供应链和制造能力都很充足。该行业经历过许多次繁荣与萧条的周期，习惯于在减产和增产之间快速转换。预计锅炉制造商将迅速提升产能，以填补其他众多行业电力供应不足的空缺。
同样，蒸汽轮机制造商也数量众多。除了西门子能源，还有GE Vernova、三菱电力、豪登（Howden）、Ebara Elliot、斗山斯柯达（Doosan Skoda）、东芝能源、上海电气、Everllence（原MAN）、贝克休斯、Triveni和Bharat。这些公司之间已建立起完善的供应链。根据McCoy Reports的数据，该行业最近一次产量高峰出现在2015年（图2）。那一年，接近140吉瓦的5兆瓦以上蒸汽轮机被制造出来。到2019年，这一数字降至50吉瓦以下，至今尚未完全恢复。
因此可以合理推断，现有供应链中可能存在约50吉瓦的产能提升潜力。一旦数据中心开发商了解到这一情况，这部分过剩产能预计会很快被消耗殆尽。或许在几年后，蒸汽轮机的订单积压时长将开始接近燃气轮机的水平。
对于超大型蒸汽轮机而言，这种情况已经开始出现。随着核电站的重启，对1吉瓦以上蒸汽轮机的需求正在上升。联合循环电厂的建设也创下纪录，这意味着300兆瓦以上的蒸汽轮机需求旺盛。同样，随着许多SMR项目的开发，150兆瓦至300兆瓦范围内的蒸汽轮机也开始迎来复兴。然而，中小型蒸汽轮机领域仍存在大量闲置的供应链产能。但这种状况还能持续多久？
Global Market Insights预测，蒸汽轮机市场在2025年至2034年间将增长近三倍。工业锅炉市场也预计将呈现类似的增长趋势。
“我们预计未来几年将有更多数据中心选择组装式锅炉和蒸汽轮机，”拉拉说。“在一个地点安装一系列组装式锅炉和蒸汽轮机以提供大量电力是可行的。”
Q&A
Q1：AI数据中心为什么开始使用工业锅炉和蒸汽轮机发电？
A：因为燃气轮机的交付周期太长，有些订单甚至要等到2032年才能交付。相比之下，组装式锅炉的交付周期通常在一年以内，蒸汽轮机也是经过验证的成熟技术，能更快满足AI数据中心的紧迫电力需求。
Q2：组装式锅炉和现场建造的锅炉有什么区别？
A：组装式锅炉是在工厂中制造和组装完成，连同燃烧器和控制系统一起打包，以完整系统形式运输到现场，只需少量安装和基本连接工作即可投用。如果尺寸太大无法运输，会拆分成模块运至现场组装，现场工作量依然很小。
Q3：未来蒸汽轮机和锅炉市场会如何发展？
A：Global Market Insights预测，蒸汽轮机市场在2025年至2034年间将增长近三倍，工业锅炉市场预计有类似的增长趋势。随着核电重启和联合循环电厂建设增多，大型蒸汽轮机需求也在上升。
