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    AI、算力之后,下个黄金赛道

    发布时间: 2024-03-09    浏览次数:227

    AI、算力之后,下个黄金赛道

    马斯克摘下了前世界首富的桂冠,当起了“预言家”。

    这位“钢铁侠”的惊天语录里,既有中二科幻迷的AI威胁论,也曾经成功预言过芯片短缺的情况,没人比马斯克更懂得贩卖焦虑。

    对人工智能的关注,人们总是在探讨算力需求的极限,因为这代表着英伟达市值的成长空间。而最近马斯克毫不客气地泼了盆冷水,他表示,算力增长目前已经快面临着瓶颈。

    什么瓶颈?

    到2025年,我们将缺少足够的电力来运行芯片。

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    从“缺芯”到“缺电”,马斯克曾表示,当2030年全球电动车渗透率达到50%后,我们需要更多的电力,“无论你认为需要多少电力,实际需要的都不止于此”。

    随着争夺AI军备竞赛日趋白热化,这一次,缺电可能还会阻碍AI的发展。

    据Digital Information World,数据中心为训练AI模型产生的能耗将为常规云工作的三倍,预计到2030年,美国数据中心的电力需求将以每年约10%的速度增长。

    AI需要算力扶持,而保证算力能够高效大规模运行的,一靠高性能芯片,二靠电力。

    二者的联系比你想象得要紧密。

    芯片作为AI训练推理的核心,需要稳定的电力供应才能正常运转。如果供给不稳定或者出现故障,可能会导致芯片运行不正常甚至损坏,从而影响AI训练效果。其次,芯片生产也需要大量的电力支持,运行过程中也需要消耗大量的电力。归根结底,电力的正常供应是发展基础。

    特斯拉的宏伟计划3.0里为解决未来能源供应,用太阳能发电,用锂电池来储存电能,是对发电侧和用电侧进行改造,但马斯克口中真正的燃眉之急,实际发生在输送电能的电网里,“接下来短缺的会是降压变压器”。

    从新能源发电并网,到下游人工智能的崛起,为避免出现第二次芯片危机,电网改造升级的需求陡然倍增!

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    事实上,随着能源转型的进程加深,全球范围的电网新一轮投资周期已经铺开。

    2022年全球电网投资总额约2740亿美元,其中中国和美国合计起来占全球一半。发、输、变、配、用五个环节里,电网投资于输变电(46%)和配用电(54%)两个部分,需求主要来自线路新建(41%)、线路升级(40%)以及线路替换(19%)。

    国内方面,中国已经连续十年领跑电网投资额,辽阔的覆盖面、庞大的用电需求,加上不断新增的新能源发电需要消纳,用电侧随着海量分布式电源、充放电设施的来回返送,对电力系统的可靠性、灵活性、稳定性提出了新的挑战。

    根据中电联,“十四五”期间,我国的电网投资规模有望达到3万亿元,较“十三五”新增四千亿元的额度。

    而海外,有些发达国家的电网投资来自于更新换代需求,如欧洲、美国均存在不同程度的电网老龄化问题,老化严重的电网设备在输电过程中会带来更大损耗,容易发生危险,因此存在扩容升级需求。

    欧洲投资电网的需求同中国类似,是为了解决新能源消纳,远距离输送、配电网扩容以及数字化升级。据BloombergNEF,2022年,仅英法、西班牙和意大利四国等待并网的风光发电项目容量就相当于现有装机容量的两倍,以及2023年目标的85%。

    而美国因为本土制造业回流开始增加的用电需求,电网设备端的改造升级紧迫性更为突出。自2019年,美国、欧洲先后加大电网投资,2018-2022年,电网投资额复合增速分别为8%和5%。

    另一些是为了消化新能源带来的新增发电量,比如说亚非拉国家们,拥有良好的风力、光伏发电的地理条件,发电量、装机量增速都非常快,这就更需要升级配套的电网基础设施,未来可能将成为电网设备的增长主力。

    可以看出,在全球能源转型的大势下,电网和电力设备的需求是非常明确的。未来三十年里,由于各个国家实现低碳的共识,发电侧的并网预计会有一个相对稳定的节奏,可控性高。根据西门子能源和IEA的测算,2022-2050年预计将有6倍的并网容量是提供给新增的新能源,同时终端电力消费也要翻一倍。

    但其实,用电侧的需求是难以预估的。

    如马斯克所说,一个新兴产业爆发所带来的电力需求,完全有可能颠覆原来的想象,更何况需要电力的不只是AI,还有电动车、机器人、电解水制氢等等。

    未来电力甚至会成为地球上最紧缺的能源。

    令马斯克担忧的问题所在,是输电项目和新能源发电的建设周期存在错配,输电线路施工时间一般会比新的风光项目耗时得多。

    一条超高压架空线路审批和建造短则5年,长甚至要10年以上,而风光项目一般4年内即可完成,所以输电项目是需要提前规划,以免用时方恨少,这个欧洲已经有大量风光项目在等着电网扩建了。

    关注气候目标的机构鲜少像马斯克那样从需求侧看待电网投资的规模,电网侧投入滞后的问题的确已经成为了卡住上下游发展的掣肘,每年能带来的市场增量远远不止万亿元规模,电气设备厂家也已经提前进入了景气周期。

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    海外电网改造惠及了大批不同种类的电气设备厂家,国内企业有望凭借这波升级红利,拓展新的市场。

    电网升级改造投资中需要增加的电气设备包括:变压器(改变能量等级,匹配电网和新能源电站的电压差异),开关设备(控制电能流动,包括断路器、隔离开关和熔断器),电容器(改善电网的功率因数,减少无功消耗),智能电表(监测和记录电能消耗和生产),储能系统(平衡电网实时供需),通信系统(传输数据和控制信号)。

    拿美国十分紧缺的变压器来说,通过它提高电压输送到用电区域,然后再降低成各种电压送到最终用户。根据应用场景,可分为用在主干电网的电力变压器,和靠近用电侧的配电变压器两大类。海外市场长期由日立、伊顿、西门子、ABB、施耐德电气等传统电气巨头所占据,格局高度集中。

    面临变压器供应短缺的区域市场,是产能和需求长期错配导致的结果。

    以美国为例,上一轮大规模电力投资要追溯到上世纪50-80年代,使得电网大多数变压器的使用年限超过了平均30-40年的设计寿命,当前每年大约2/3的变压器销售是用于存量替换。同时要考虑外部新能源并网消纳、大规模制造业回流带来的电力需求,更加驱动这个市场增长。

    由伊顿这家龙头公司的订单表现可以证明这个市场的景气程度,截至2023Q4,公司积压的订单量几乎是历史平均水平的3倍,预计足够支撑公司业务增长到2025年。伊顿的营收和毛利润从2022年开始明显放量增长,很大程度即受益于高产能利用率导致的涨价红利。

    从周期规律看,这刚好是一轮资本周期的底部。近十年海外大型电力设备企业的资本性支出整体呈现下行趋势,占当年收入比例下滑至只有3%左右。针对变压器的产能投资往往需要数十年时间以实现收支平衡,海外大厂在北美扩厂动作保守,导致本土供应链仅能满足20%的需求。

    但想要提高产量并不容易。其一,扩产需要耗费大量时间和资源来修建;其二,招聘工人需要进行专门培训,很少教育机构提供变压器相关的学位来增加对口劳动力;还有,变压器的制造取决于能否获得足够的晶粒取向硅钢(GOES),在成本结构中占约25%,这种材料还被用于充电桩和电动车发电机,量少价增,进一步验证产能紧缺。

    如前所述,这是国内企业出海的机会。去年变压器的出口总金额同比增长27%,大中型变压器占66%,增长接近70%。地域上,主要出口亚欧、南美,而且欧美地区的增长幅度超过1倍。

    企业的出海路径,包括作为核心供应商,跟随大型央国企在海外的投资项目,设备企业如中国西电、特变电工、正泰电器等可通过其国际工程 EPC参与。

    或者通过并购、海外建厂,自行出海收获业务增量。发达国家市场产品认证技术门槛高、耗时长、费用高;与国内大包大揽集采不一样,海外电力市场下游分散,打开市场考验销售渠道的先发优势。

    政策性限制是企业出海的不确定因素。2020年美国曾对中国69kV以上变压器设置进口禁令,随后撤销,仍然保留谨慎性解释。但69kV以内的增量需求有望由国内企业补足,目前已经有部分上市公司在墨西哥布局了变压器产能,有望绕开潜在的出口限制。

    设备厂商提高市场份额,一是靠技术闯关;二是靠海外布局产能。国内龙头厂商—特变电工在超、特高压、大型水电核电等关键输电设备研制已达到世界领先水平。与海外厂商相比,国内企业产能更充沛,响应速度更快,目前正在加速出海布局。

    在行业下游景气推动下,与电力设备出海有关的相关公司在去年扛住了整个电新板块的大幅调整,有些公司甚至积累了翻倍的涨幅,已经是难得的逆势反弹。

    而且,变压器和开关柜等电力设备同时支撑着数据中心对于电力的需求,随着生成式AI等计算负载驱动数据中心功率密度大幅增加,也提升了对数量和性能的要求。

    根据伊顿预测,数据中心驱动的电气设备市场空间有望在2022-2025年以16%的速度增长。

    AI和算力的上限无法预估,眼前唯一有确定性的,就是新一轮建设周期的来临,还有一大批新能源等着并网,正如22年为景气驱动,估值猛涨数倍的户储和逆变器,电气设备的景气周期已经开始。

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