基础设施大困局：美国电网的百亿烂账

本文来自微信公众号： 心智观察所 ，作者：心智观察所

美国正在为一件事陷入系统性焦虑：电不够用了。

因为数据中心。AI大模型的训练和推理，正在以过去难以想象的速度消耗电力。英伟达的GPU机架，一个柜子的功耗动辄超过100千瓦，是传统服务器的十倍以上。微软、谷歌、亚马逊、Meta，每一家都在美国本土抢地盖楼，每一栋楼都是一个贪婪的用电怪物。

这场需求侧的革命，正在撞上供给侧的一堵老墙。

那堵墙叫PJM

大多数中国读者对PJM这个名字没什么感觉。但如果你知道它覆盖了美国东部约6600万人口的用电，大概就会意识到这不是一个可以忽视的机构。

PJM是美国最大的区域电力市场运营商，统筹协调区域内的发电、输电和用电，维持电网的平衡。

在过去二十年里，PJM基本上活得很滋润。美国东部的工业需求平稳，人口增长缓慢，PJM几乎没有经历过真正的需求压力。它那套设计于2000年代初的市场机制，对于一个缓慢老去的成熟电网来说，算是够用。

但2024年之后，一切都变了。

AI数据中心的用电需求如同一头闯入瓷器店的公牛。PJM突然需要为前所未有的新增负荷找电，而它的系统，包括市场设计、电网接入机制、建模方法，全都是按照“没有增长”来优化的。

AI数据中心让美国电价飙升（@彭博社）

PJM有一套容量市场机制。简单说，就是电力公司不光要卖电，还要保证在用电高峰时有足够的备用发电能力。PJM每年通过拍卖，向发电商购买这种备用能力，费用最终摊到每个用电用户的电费账单里。

2024年，PJM对容量拍卖模型进行了升级。旧系统叫EFORd，新系统叫储备需求研究（Reserve Requirement Study，简称RRS）。这次升级的背景，是2022年12月的冬季风暴Elliott。那次风暴让PJM损失了46GW的发电量，24%的总发电能力瞬间消失，其中三分之二来自天然气发电机组。

新模型理论上更精密：它把每年8760个小时逐一模拟，而不是用一个简单的峰值裕量来估算风险。PJM因此对天然气机组的可靠性评级打了折扣，降幅达到10%到20%。结果，容量市场要采购的发电量从147GW骤降至135GW，等于一口气从账本上抹掉了相当于十几座大型发电厂的产能。

这直接引发了价格崩盘式上涨。

拍卖价格从原来的每兆瓦日28.92美元，飙升至270至333美元。四轮拍卖的总成本合计636亿美元，比过去高出一个数量级。2025年6月，PJM各州的家庭电费账单普遍上涨17%到24%，各州监管机构普遍将容量拍卖列为主要推手。

636亿美元，几乎全部落进了现有发电商的口袋。

这里有一个关键的反直觉之处值得停下来细想。

钱付出去了，但新电厂并没有建起来。四轮拍卖总共只新增了4.8GW的发电容量。PJM的独立市场监察人自己说，现有天然气机组的投标价格是每兆瓦日8到14美元，英国同期的拍卖给现有机组的价格是18美元。但PJM支付的价格是270至333美元。差价有多大？大约是现有机组实际成本的20到40倍。

那些老机组，不需要那么多钱来维持运转。PJM自己的监察数据显示，2025年，中位数联合循环发电机组仅靠能源市场和辅助服务市场，就回收了其成本的407%，一分容量市场的钱还没拿。它们不需要这笔钱，但PJM的机制把这笔钱送过去了。

模型黑箱里藏着的错误

故事到这里还没完。问题不只是市场设计本身，还有支撑整个体系的那个计算黑箱。

今年，能源研究机构SemiAnalysis花了六个月时间，对PJM的储备需求研究模型进行逆向工程。结果令人瞠目，PJM的模型存在两个严重的系统性偏差，导致它持续低估了电网现有的发电能力（如下图）。

第一个偏差，与冬天的冷空气有关。

这听起来有点反常识。冬天不是天然气机组最脆弱的时候吗？没错。但冷空气同时也让正常运行的机组输出功率更高。原理很简单，冷空气密度更大，进入燃气轮机的空气质量更多，热效率更高；对于蒸汽机组，冷却水温度低、冷凝器压力下降，同样提升了循环效率。对于燃气轮机，冬季的额定功率可以比夏季高出多达25%，PJM自己的分类表格显示平均提升约8.4%。

PJM完全没有在模型里计入这一点。它用夏天的功率来为冬天的机组评级。结果是它低估了寒冬中的实际发电能力。

PJM雇用的咨询机构E3，在2025年12月的报告里明确指出了这一偏差，PJM在温度升高时会对机组降级，但在温度下降时却不会对机组升级，这是一种不对称处理。PJM自己的敏感性分析也显示，如果把冷空气因素计入，冬季失负荷小时数将减少33%，备用裕量需求降低约1.1个百分点。而PJM测算的冬季额外产能提升规模是8.5GW，按每千瓦1500美元的保守造价折算，相当于至少130亿美元的新发电厂建设价值。

但PJM没有把这个修正写进模型。

第二个偏差，来自冬季加固改造。

Elliott风暴之后，美国联邦能源监管委员会（FERC）和北美电力可靠性公司（NERC）联合要求所有发电厂完成冬季强化措施。到2024年1月，PJM的约450座天然气机组中，超过400座已向PJM报告了完成情况。

但PJM的模型依然在用Elliott风暴期间的大规模跳闸数据来估算机组可靠性。这就好像你的员工三年前感冒了一次，你还在假设他每到冬天就会请假。后来的数据是清楚的，2024年1月的Gerri风暴，同期强制停机的峰值是16GW，仅为Elliott的三分之一；2025年1月的MLK风暴，与Elliott天气相当，停机率同样是9%，而Elliott时是24%。电网已经比模型预想的更加强韧，但模型还没更新。

SemiAnalysis的测算结论是，如果这两个偏差得到修正，PJM实际上多拥有约3.8GW的可靠发电能力，折合约8座大型天然气发电厂，新建成本约100亿美元。而由于这3.8GW没有被计入，PJM在2025/26年度和2026/27年度两轮拍卖中，总计浪费了约120亿美元的用电者资金。

AI数据中心：是解药，还是加速剂？

就在PJM深陷这场混乱的时候，AI带来的用电需求开始急剧放大。

数据中心的用电有一个独特之处，它非常稳定，全年几乎以恒定功率运行，对电网来说其实是优质负荷。但它的规模正在以超出任何历史预期的速度膨胀。2026年4月，PJM重开大规模并网申请窗口，一次性涌入了220GW的申请，这个数字相当于PJM现有装机规模的1.5倍以上。

需求来了，但电网接入的闸门早就堵死了。

从2021年10月到2026年4月，PJM整整四年半暂停了大规模并网研究通道，理由是要清理积压的申请队列。结果是大量数据中心项目陷入等待，要么转向其他电力市场，要么转向自备供电，也就是直接在厂区内自建发电，绕开公共电网。微软、谷歌在这条路上已经走得很远，核电、天然气直供的模式在数据中心圈子里越来越流行。

PJM为了应对这种局面，推出了两个快速通道，一个是2025年5月筛选出的51个铲子已下地项目，如今已缩水至41个，且没有一兆瓦已经并网；另一个是2026年7月开放的快速通道，每年只接受10个项目，同样还没有任何产出。

更大的问题在于PJM的容量拍卖合同只有一年期，而电厂建设往往需要三年以上。这意味着一个开发商很难在拍卖前就锁定收益预期，从而获得融资、启动建设。PJM变相扼杀了真正的新增产能，而它偏偏是美国东部AI基础设施扩张的核心地带。

一场没有买家的紧急拍卖

面对持续恶化的供需缺口，PJM在2026年7月宣布启动一场史无前例的紧急备用拍卖，计划于9月30日到10月21日进行，12月公布结果。这场拍卖打算采购6.8GW的发电容量，合同期限长达十五年，一直到2043年。

但这场拍卖有一个根本性的问题，买单的人还没确定。

PJM的计划是让各州自行制定政策，把成本转嫁给区域内新增的大用电客户，主要是数据中心。但各州目前没有任何一个通过了这样的政策，且各州的政策可能各不相同，充满不确定性。一些数据中心开发商意识到局面的混乱，已经开始放弃PJM辖区，转向其他地区，或者直接走自供电路线。

PJM自己的文件里有一句关键表述，大意是由于PJM没有向个别数据中心直接分配零售成本的管辖权，各州的行动至关重要。换句话说，整个方案依赖于各州立法机构在几个月内协调动作，而这些立法机构迄今为止一动不动。

如果最终没有足够的大用户参与分摊成本，最终的账单将再次落到普通家庭用户头上。

更荒诞的是，PJM这场紧急拍卖的背后是一场被否决的民主程序。今年春天，经过PJM成员单位的快速讨论，他们提出了一个自愿认购方案，让大用电户先行签约，承诺在产能采购之前就锁定付款义务。这个方案得到了超过三分之二的加权赞成票。

然后，PJM董事会推翻了成员的选择。

董事会在7月27日的决定信中，以该方案不足以保证实际采购到所需产能为由，否决了这一设计。而SemiAnalysis逆向模型显示，如果修正建模偏差，PJM实际缺口只有3GW，而不是6.8GW，自愿认购的模式原本完全有可能覆盖。

PJM建立在一个错误的缺口数字上，做出了一个需要各方共同为这个错误数字买单的决定。

否决政治：为什么PJM无法自我修复

读到这里你可能会想，这些问题PJM自己难道不知道吗？它当然知道。

2023年，PJM自己提出引入双季容量市场，分别为夏季和冬季建立独立的容量采购机制。方案在独立市场监察人和其他方的反对下被撤回，FERC在2024年1月批准了年度单一拍卖方案，并未要求引入季节性机制。

2024年9月，独立市场监察人测算，如果仅仅为天然气机组的冬季产能升级进行信用计算，在保持备用裕量不变的情况下，可以节省当年容量账单27亿美元；如果不设约束，可节省高达80亿美元。其常驻建议写道：没有任何理由不立即将冬季超额产能信用分配给相关机组。

2025年5月，PJM自己的分析确认，电厂在冬季的产能比夏季评级高出8561兆瓦。同月，成员单位以3.699票（满分5票）投票支持推进冬季季节性容量方案。

2025年7月，PJM自己的工作组在C方案中为冬季评级制定了条款，获得了178票赞成对54票反对，通过率达77%。

26天之后，高级委员会以30.7%的加权票否决了这一方案。发电商的理由是更高的冬季评级会提高机组在夏季表现不达标时被罚款的基准线。消费者板块随即支持两个替代方案，发电商又把这两个一并否决了。

这是一个教科书级别的否决政治案例。PJM的规则修改需要五个利益相关方板块中任意两个投反对票就可以封杀，任何改革都极难推进。FERC已经给PJM发出最后通牒：在9月底之前启动治理改革，否则介入。但FERC本身更多是被动监管者，缺乏主动重构市场规则的权力。

一套二十年前为零增长时代设计的机制，现在被要求适应增速十倍的时代。结果是每一次改革都被某个利益方否决，每一次否决都让下一次危机更加严重。

美国电力困局：一个更大的裂缝

把视角从PJM拉远一些，这个故事其实是美国更大基础设施困局的一个切面。

美国在过去二十年里基本上没有建设大型输电基础设施。各州之间的输电通道受制于本州政治，跨州输电线路的审批动辄耗费十年以上。电网互联是联邦权力和州权的交叉地带，没有人真正对整个体系负责。

与此同时，美国本土的AI用电需求正在以无法被遮掩的速度放大。谷歌、微软、亚马逊都在提高核电、天然气直供的采购比例，部分原因正是公共电网无法提供有效承诺。三哩岛核电站在关闭多年后重启，原因是微软签了一份为期二十年的购电合同。Constellation Energy宣布启封已关闭的核电机组，背后是大型科技公司的需求拉动。

这种脱网趋势，反过来对PJM这样的公共电网构成了额外压力。那些拥有资本和议价能力的大用户，选择自建发电，留在公共电网的是没有能力脱网的普通家庭，他们最终需要独自承担整个系统的固定成本。

从这个角度看，PJM的问题不只是一个建模失误，或者一个市场设计的历史遗留。它是一个关于谁来为增长买单、谁有能力逃离系统、谁只能留下承受后果的政治经济学问题。

AI算力的基础设施竞争，最终是在争夺那些能稳定供应廉价电力的地方。德克萨斯的ERCOT用能源市场的高峰溢价来吸引发电投资；PJM用容量市场的稳定预期来维持供给。但这套容量市场如今卡在了否决政治里，既无法高效采购新产能，又在用错误的模型浪费纳税人的钱。

SemiAnalysis在报告里提出了一个常被忽视的视角，数据中心如果处理得当，其实是让电力系统变得更便宜的机会，而不是压垮电网的稻草。

逻辑在于规模经济。数据中心是稳定的大用户，它可以分摊系统的固定成本——输电线路、备用产能、基础维护。如果数据中心愿意自己承担增量产能的建设成本，同时带来更多电力消费来平摊系统费用，整个系统的每千瓦时边际成本是可以下降的。

但前提是市场机制要能顺畅地传导这种激励。PJM目前的状态恰恰相反，数据中心不确定成本如何分摊，不确定接网时间表，不确定各州政策走向，最终选择绕道而行。绕道意味着公共电网失去了最有价值的新增负荷，留下来的是风险，走掉的是机会。

这场博弈的结果，将在未来几年内决定美国AI基础设施的地理分布。哪个地区的电力市场能率先解决这道供需错配的题，哪个地区就能在下一轮算力竞赛中率先建成最密集的GPU集群。目前为止，PJM代表的美国东海岸正在失分。