萬凱

清明時(shí)節(jié)雨紛紛，外出總離不開雨傘。為什么傘以圓形的居多？原因有很多，比如在同樣的周長下，圓形的面積最大，更加省材實(shí)用；圓拱形的傘頂，使雨水更容易快速滑落；圓形的傘面使得每根傘骨的長度一致，受力更均勻，也更方便折疊攜帶。

在三月的最后一個(gè)周六，或許你也經(jīng)歷了“地球一小時(shí)”活動(dòng)——關(guān)掉不必要的電器，在夜色中體會(huì)幾乎沒有電力的一個(gè)小時(shí)。對(duì)于這漆黑的“地球一小時(shí)”，或許你沒有過于在意。畢竟，這個(gè)年代連停電都少之又少。你不會(huì)覺得，有一天人類社會(huì)將面臨電力極度匱乏的局面。

然而，這并不是危言聳聽，這與你的手機(jī)，與他的電腦，與龐大的網(wǎng)絡(luò)世界和萌發(fā)的人工智能有著莫大的關(guān)系。在未來，它們的電力需求會(huì)很大，大得像一頭頭電力怪獸，也許連把地球燒了用來發(fā)電也不夠。

電力怪獸，就在身邊？

其實(shí)，人類社會(huì)的發(fā)展，尤其從工業(yè)革命開始，其背后就是一部能源發(fā)展史。從蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)，從煤炭到石油……人類獲取能源的形式在不斷改變，對(duì)能源的需求和依賴越來越大。在現(xiàn)代社會(huì)，這一點(diǎn)體現(xiàn)得尤為明顯——

你可能不知道，一座擁有8 間放映廳的電影院，每天從早到晚不停地放電影，日均耗電就在5000 度左右，全年耗電通常約200 萬度。而你家全年用電量不過2500 度左右。別驚訝，更讓你吃驚的來了！還記得去年七月在美國拉斯維加斯拔地而起的“小黃臉”（MSG Sphere）嗎？它每年需要消耗近1 億度的電。現(xiàn)代社會(huì)城市中的各種巨型設(shè)施，如同一個(gè)個(gè)電力怪獸。

還有些電力怪獸藏在你看不到的地方！在你的手機(jī)，在他的電腦背后……隨著CPU 和顯卡的性能越來越強(qiáng)勁，如今的手機(jī)和電腦，耗電量早就達(dá)到了十年前的數(shù)十倍以上。在它們背后，AI 才是那個(gè)真正的電力怪獸！

AI 的成長離不開算力的發(fā)展，而這是要巨大的電力為代價(jià)的。你知道嗎？引領(lǐng)全球的ChatGPT，其母公司OpenAI 為它部署的各類AI 服務(wù)器，日均耗電量已經(jīng)超過了50 萬度！可以預(yù)見的是，隨著AI 的持續(xù)發(fā)展和所需的CPU、顯卡等硬件的更新，AI 這個(gè)電力怪獸的胃口只會(huì)越來越夸張！難怪OpenAI 公司一直期盼能源技術(shù)的革新，大概是交電費(fèi)交到心疼了吧？另外，作為最大顯卡供應(yīng)商，英偉達(dá)公司也指出：不久的將來，我們沒準(zhǔn)得燒掉14 個(gè)地球，才能支撐AI 的發(fā)展。

在我國，電力怪獸同樣成長得無比迅猛。2022 年，隨著我國算力規(guī)模達(dá)到180EFlops（每秒百億億次浮點(diǎn)運(yùn)算次數(shù)），數(shù)據(jù)中心耗電量也在瘋狂增加，達(dá)到了驚人的2700 億度。而預(yù)計(jì)到2025 年，我國算力規(guī)模將超過300EFlops，數(shù)據(jù)中心耗電量將達(dá)到3500 億度，并有可能在后續(xù)五年內(nèi)再翻一倍。如此巨大的電力怪獸，一口吞吐堪比一座城市！

物理啟蒙

九年級(jí)物理“電能”

“度”，就是電能的單位，它的學(xué)名叫做千瓦時(shí)，符號(hào)是 kW· h 。

為電力怪獸準(zhǔn)備菜譜

為了降服電力怪獸，人類該怎么辦呢？得發(fā)電，得發(fā)足夠多的電，讓電力怪獸有吃的。

目前，火力發(fā)電依然占據(jù)世界主流。英偉達(dá)公司得出的“燒掉14 個(gè)地球都不夠AI 發(fā)展”的結(jié)論，便是基于火力發(fā)電消耗燃料這一概念。除此之外，人類還在發(fā)展水力發(fā)電、核能發(fā)電，以及風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電等可再生能源。

我們將可以從風(fēng)和太陽能中獲得取之不盡的電力，足以將電力怪獸喂得飽飽的。

電力菜譜1：高空風(fēng)力發(fā)電

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在現(xiàn)有技術(shù)下，地球上可用來發(fā)電的風(fēng)力資源約有100 億千瓦。或許，這只能滿足電力怪獸一時(shí)的胃口。但隨著高空風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在逐漸投入運(yùn)行，人類將可以向高空的風(fēng)索取電力。

高空的風(fēng)吹得更猛，也更頻繁，幾乎處于無休止的狀態(tài)，其中蘊(yùn)含了大量的能量。高空風(fēng)力發(fā)電，就是在500～10000 米的高空，采用獨(dú)有的設(shè)備組合完成對(duì)高空風(fēng)能的捕獲，轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)電。根據(jù)預(yù)估，高空的風(fēng)能密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過地表附近，約為20 倍，將能大大填補(bǔ)電力怪獸那日益增長的胃口。

電力菜譜2：太空光伏發(fā)電

對(duì)于光伏發(fā)電，可能你不再陌生，它主要基于光伏效應(yīng)，利用太陽能來發(fā)電。據(jù)估算，太陽輻射到達(dá)地球陸地表面的能量，每一小時(shí)就大約是12000 億度。這些能量要是都利用起來，電力怪獸一點(diǎn)不愁吃了！

而在未來，光伏發(fā)電也許不再局限于地球表面?？茖W(xué)家們一直有在太空建造光伏發(fā)電站的想法——建在地球同步軌道上的光伏發(fā)電站，幾乎可以一直沐浴在太陽的照射之下，以最大能力發(fā)電。在那里，根據(jù)推算，一塊兩平方千米的太陽能板的年發(fā)電量就與三峽電站不相上下。 多鋪上幾塊，來再多電力怪獸也能被吃撐！

電力菜譜3：人造太陽

不管是風(fēng)力發(fā)電還是光伏發(fā)電，其實(shí)能量都可以追溯到太陽。那么，大膽一點(diǎn)，要是我們能自己造一個(gè)太陽呢？

是的，這就是人造太陽，也是可控核聚變。在太陽上，核聚變已經(jīng)持續(xù)了約50 億年。在地球上，人們已經(jīng)了解核聚變的原理，發(fā)明了威力無比的氫彈。只是，那一瞬間的能量只會(huì)毀天滅地，還不是人類可以控制的。但科學(xué)家們從未停止探索，人造太陽一直都是人類解決能源問題的終極目標(biāo)——氘，用于核聚變的原料在海水中蘊(yùn)藏豐富，如果全部用于核聚變，足夠全人類使用幾百億年。到那時(shí)，我們想的就不只是喂飽電力怪獸，而會(huì)是遠(yuǎn)征星辰大海。

投喂電力怪獸

當(dāng)然，只把飯菜弄好還不夠的。電力怪獸們可是些懶蟲，得喂到它們嘴邊才行！為此，我們還得進(jìn)行投喂。

投喂方案1：高溫超導(dǎo)送電

電力怪獸往往出現(xiàn)在工業(yè)、商業(yè)用電密集的地方，一般和發(fā)電基地相隔甚遠(yuǎn)。為了投喂，我們會(huì)用到特高壓輸電。我國的特高壓輸電是世界上最先進(jìn)的輸電技術(shù)，可以大大降低輸電過程中的損耗。而在將來，高溫超導(dǎo)送電或許能將輸電損耗接近0。這可以讓我國西部的電力在輸送到沿海，讓太空光伏發(fā)電的電力傳到地面上之后，還能讓電力怪獸吃上新鮮熱乎的。

投喂方案2：超級(jí)電池

跟吃飯一樣，電力怪獸不是每道菜都能馬上吃光的。因此，我們還可以為它們選擇“預(yù)制菜”，將電力儲(chǔ)存下來。當(dāng)然，現(xiàn)在的電池容量可滿足不了它們。但科學(xué)家正在研究各種新型的超級(jí)電池，比如微型核電池，它的能量密度驚人，擁有幾乎無限長的使用壽命；比如鋅錳氧化物電池，它也具有超高的能量密度，能支持國家級(jí)電網(wǎng)的大規(guī)模儲(chǔ)能。

有一天，怪獸將成為皮卡丘

“燒掉14 個(gè)地球也不夠”的警示就在眼前，不過人類沒有坐以待斃，你我他都有參與“地球一小時(shí)”，科學(xué)家們也在積極探索能源新方式……未來，我們一定能與電力怪獸和諧相處，讓它們成為我們可愛的皮卡丘。到那時(shí)，我們不僅不用憂慮，更能享受無處不在的AI 和取之不盡的能源，生活將會(huì)充滿更多便利和美好。