数据中心供电架构基本演进路径 [page::1][page::2]

• 电力电子技术链路越短效率越高，传统UPS的转换链路长，效率最低。

- 供电架构依次进化为UPS→HVDC→巴拿马电源→固态变压器，逐渐集成化和简化转换环节。

• HVDC取消逆变环节直接输出直流，巴拿马电源则通过移相变压器集成变压和配电，固态变压器支持更高频率及能量管理功能。

供电架构效率、投资及占地综合比较 [page::2][page::5]

| 方案类型 | 效率排序 | 投资排序 | 占地面积排序 | 建设周期 | 可用性 |
|------------------------|----------|----------|--------------|---------------|----------------|
| UPS（市电+UPS） | 4 | 4 | 3 | 10-12个月 | 结构复杂，一般 |
| UPS（2N UPS） | 5 | 5 | 5 | 10-12个月 | |
| HVDC（市电+HVDC） | 2 | 1 | 2 | 6-8个月 | 结构简化，高 |
| HVDC（2N HVDC） | 3 | 3 | 4 | 6-10个月 | |
| 巴拿马电源（2N） | 1 | 2 | 1 | 3个月左右 | 极高 |

• 巴拿马电源效率最高（约97%-97.5%），并且投资低、占地少，建设周期短。

- HVDC效率其次，投资和占地优于UPS。UPS系统投资最大，占地和建设周期最长。

• 随着机柜功率提升，节省占地和提高效率的空间价值凸显。

不同年代数据中心功率增长趋势及配电面积需求 [page::5][page::6]

• 机柜功率规模从传统机房几kW逐步提升至AI DC时代可达20-50kW甚至上百kW，推动供电架构演进。

- 随着机架功率增加，配电房面积与机房面积比提升显著，空间节省意义尤为突出。

HVDC技术特点及国内外应用现状 [page::7][page::8][page::9]

• HVDC减少转换环节、效率最高可达97%以上，同时拓扑简单故障点少，可靠性和稳定性优于UPS。

- 国际市场发展较慢，国内电信、互联网头部厂商积极推广，装机装容量保持快速增长。

• 腾讯数据显示，2023年HVDC数据中心故障频次远低于UPS。

- HVDC更便于接入新能源构建微电网。

HVDC与UPS的CAPEX及OPEX对比 [page::10][page::11]

| 设备类型 | 2套400KVA UPS系统 CAPEX万元 | 市电直供+240V HVDC系统 CAPEX万元 | 差异 |
|-----------------------|------------------------------|----------------------------------|----------|
| 设备投资（不含电池） | 154 | 110 | HVDC更优 |

| 运营成本 | 2套400KVA UPS系统 | 市电直供+240V HVDC系统 |
|-----------------------|-----------------------------|--------------------------------|
| 电源效率 | 95.1% | 96.8% |
| 电费浪费（年） | 12.4万元 | 8.1万元 |
| 维护人员成本 | 较低 | 较高（技术较新人员少） |

• HVDC总体CAPEX低，系统效率更高电费更省，但运维人员成本较UPS稍高。

巴拿马电源技术优势及应用案例 [page::11][page::12][page::13]

• 巴拿马电源集成交流配电、移相变压器直流输出、模块化设计，提高整体效率至97%以上。

- 通过移相变压器替代传统变压器，简化PFC、滤波等模块，减少设备数量约40%，降低占地近50%，投资约降低20%。

• 预制化，快速交付，模块冗余支持和热插拔提升可靠性和维护便捷性。

- 渗透率当前仍较低，2023年全国装机估计约1GW，渗透率不足5%，阿里、腾讯、中国移动、中国联通等为主要应用者。

固态变压器（SST）现状与前景 [page::14][page::15]

• SST是基于电力电子技术的变压器，效率超过98%，占地为巴拿马电源60%，重量减少至1/5。

- 支持多能源集成接入（光伏、储能、氢能），构建直流微电网。

• 技术尚不成熟，主要处于试点阶段，需进一步完善生态和可靠性。

风险提示 [page::15]

• 算力资本开支落地不及预期，将影响整体数据中心供电投资需求。

- 新技术（HVDC、巴拿马电源）推广速度不及预期，渗透率提升缓慢带来不确定性。

深度解析报告：《AI 探电（三）：AIDC供电架构进化论》——中金公司

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一、元数据与概览

• 报告标题：AI 探电（三）：AIDC供电架构进化论

- 作者：曾韬、江鹏等

• 发布机构：中金公司

- 发布时间：2025年2月6日

• 主题：聚焦数据中心供电架构的演进，特别是从传统UPS到HVDC、巴拿马电源，乃至未来的固态变压器（SST）的技术路线发展及其在智能数据中心（AIDC）中的应用前景

核心论点：
数据中心供电架构的演进遵循电力电子技术中“链路越短，转换损耗越低”的规律。传统UPS是主流，但随着AIDC时代的到来，HVDC和巴拿马电源技术因其高效率、占地面积小、投资成本适中等多方面优势，具备较好的推广潜力。未来固态变压器（SST）具备更高效率和多能接入能力，但当前仍处于试点阶段。报告整体呈积极预期，认为供电架构升级是AIDC发展的关键支撑。
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二、逐节深度解读

1. 报告摘要与背景（第0页、第1页）

• 供电架构传统依赖于UPS，电流在全链路AC-DC-AC反复转换，损耗较大。效率提升的关键是缩短链路，减少电力电子转换节点。

- 演进路线：UPS → HVDC → 巴拿马电源 → SST。

• 当前，UPS依旧占主要市场，但HVDC与巴拿马电源在经济性、使用效率和机房面积等方面展现优势。

- 国内大厂如腾讯和阿里带头推动HVDC和巴拿马电源，市场渐成示范效应，带动技术推广。
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2. 供电架构演进路径详细剖析（第1-2页）

• UPS：传统方案，具有全面保护电网异常、备用电源启动缓冲的机制，但AC-DC-AC转换频繁，损耗较大。

- HVDC：去除逆变环节，直流直接供电。体系支持240V/336V直流输入，电源模块PSU需兼容双电压输入。优势是链路短，损耗降低。

• 巴拿马电源：基于HVDC进一步整合10kV移相变压器、整流、配电，直接输出直流电，减少配电环节和设备数量，最大化提升效率及降低占地。

- SST：固态变压器，采用高频电力电子设备代替传统变压器，具备双向能量流、自主局部电能管理功能，是未来趋势，但尚处试点及技术成熟度提升阶段。
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3. 不同架构效率、投资、占地与建设周期对比（第2页）

• 效率排序：巴拿马 > HVDC > UPS

巴拿马电源缩短供电链路，输出至IT负载仅需三级转换，转换损耗最小。

• 整体投资排序：UPS > 巴拿马 > HVDC（市电+HVDC最经济）

尽管巴拿马需要定制移相变压器，整体大幅减少设备和工程工作量。

• 占地面积排序：UPS > HVDC > 巴拿马（巴拿马占地仅为HVDC的36%）

- 建设周期：传统UPS约10-12个月，HVDC约6-8个月，巴拿马电源最短，仅3个月左右。
此表详细对比了各技术路线的多维指标，反映巴拿马电源在综合效率和速度方面领先。
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4. 图表深度解读——各供电架构详细拓扑（第2-3页）

• 图表展示了UPS、HVDC、巴拿马电源及SST从市电到服务器板的供电流程路径。

- UPS经多级AC-DC-AC转换；HVDC省略逆变环节，直接输出直流；巴拿马电源将变压器整合为移相型，进一步缩短链路；SST实现全固态变压，输出高压直流。

• 该对比直观显示随着技术迭代，供应链路变短，设备复杂度降低，转换效率提升。

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5. 市场份额及应用现状（第4页）

• 2021年数据：UPS架构占78%，HVDC架构约12%，混合架构8%，其他2%。

- UPS仍占据主导市场，但HVDC和混合市场份额呈现增长趋势。

• AIDC时代，功率规模大幅提升，效率提升的重要性增强，HVDC因性能优势迎来发展机遇。

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6. AIDC时代的需求驱动（第4-6页）

• 随着单机柜功率提升（从IDC时代的12kW到AIDC时代可达20-50kW甚至100kW），数据中心配电室面积需求激增，采用占地少的供应架构将挤出更多用于IT设备空间。

- 图表显示，机架功率密度提高导致配电房面积占比从0.5:1提升到2.5:1。

• HVDC和巴拿马技术因设备紧凑、占地少获得推广动力。

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7. HVDC技术深入介绍与国内外市场推广（第6-8页）

• HVDC通过将交流转换为高压直流供电，减少变换环节，提高效率并支持蓄电池直供保障。

- 海外从2000年代开始尝试但推广缓慢，主要因安全、成本及设备兼容性等因素。代表公司如Validus被ABB收购。

• 国内由电信行业先行推广，240V与336V电压制式共存，由中国电信和移动分别主推。顶级互联网企业如腾讯、阿里在自建数据中心积极采用，且服务器电源端也同步支持直流兼容。

- 国内装机容量持续增长，据中恒电气数据，2022年新增装机达930万安培，同比大幅增长。
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8. HVDC性能优势解析（第9-11页）

• 效率：HVDC系统由于省去逆变环节，模块化设计且具备智能休眠功能，效率达到97%以上，领先塔式高频UPS（约94%）和模块化UPS（约96%）。

- 可靠性：架构简洁，故障节点减少。腾讯数据显示，HVDC实际运行中一级事件率显著低于UPS，单路可用性分别为99.9999%（HVDC）和99.999%（UPS）。

• 稳定性：HVDC系统中蓄电池直连母线，突发负载时响应更快，增加供电的稳定性。

- 新能源兼容性：HVDC便于接入光伏、风电、氢燃料电池等分布式能源，配合微电网建设。

• 投资运营成本：CAPEX方面，HVDC系统投资成本显著低于两套400kVA UPS方案（约110万元对比154万元），且占地面积较小。

- OPEX层面，HVDC由于效率高节省电费和空调散热费，但运维人员成本偏高因技术相对新颖。
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9. 巴拿马电源技术介绍与优势（第11-13页）

• 巴拿马电源由台达和阿里联合提出，特点是将传统10kV工频变压器替换为移相变压器，实现交流配电、隔离变压和直流输出在设备集成设计中的高度融合。

- 该方案进一步缩短供电链路，提高转换效率至97%-97.5%。

• 设备数量减少约40%，投资成本节省约20%，占地面积接近降低50%。

- 采用模块化、预制化设计，交付周期缩短至1-3个月，维护更方便且支持在线热插拔。

• 应用案例包括阿里巴巴、腾讯、中国移动、中国联通等。

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10. 巴拿马电源市场应用现状与前景（第13-14页）

• 全国巴拿马电源装机约1GW，渗透率不足5%。推广受限于技术运维差异、设计阶段布局需求。

- 智算中心单机柜功率提升和互联网厂商自建设施比例提高将推动巴拿马电源渗透率大幅提升。

• 核心供应链厂商包括台达电、中恒电气、维谛技术等，伊戈尔为核心移相变压器供应商。移相变压器核心技术壁垒高，产品要求稳定性强，市场壁垒明显。

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11. 固态变压器（SST）技术展望（第14-15页）

• SST基于电力电子，具备更高频率变换、数字化控制和多能接入特色。

- 系统效率可达98%以上，占地面积是巴拿马电源的60%。

• SST兼具直流供电与电能路由能力，可接入光伏、风电、氢燃料电池等能源，构建直流微电网。

- 当前仍处于技术成熟和市场推广早期，存在电压标准、设备可靠性及维护难题，应用局限于试点项目。
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12. 风险提示（第1页、第15页）

• 算力资本开支不及预期可能导致数据中心建设和升级减缓，从而影响对新型供电架构需求。

- 新技术（HVDC、巴拿马电源）推广节奏慢，市场渗透率提升不及预期，影响相关产业链投资回报和成长。
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三、图表深度解读

图表1：数据中心供电架构演进（第2页）

展示UPS、HVDC、巴拿马电源和SST四种架构的电气流向和设备配置。UPS为传统复杂的AC-DC-AC转换，HVDC省略逆变环节，巴拿马电源整合变压器功能，SST实现全固态，显示了架构演进中链路变短的趋势。

图表2：不同供电架构对比表（第2页）

• 投资、占地面积、建设周期均最低的是市电+HVDC方案，其次是巴拿马电源，UPS最高。

- 可用性从“结构复杂、一般”逐步到“环节简洁，极高”，说明效率递升同时可靠性提升。
该表充分反映升级供电架构带来的多维效益。

图表3-4：UPS与HVDC供电效率对比（第3页）

两图细化展示两路和市电混合供电下的各环节电压和能效，HVDC路径整体效率达95.1%-98.5%，UPS则为83.7%-95.1%，HVDC优势明显。

图表5：市场份额饼图（第4页）

2021年UPS依然占据接近78%的份额，HVDC低于12%，渗透率较低但潜力空间大。

图表6：单机柜功率演进曲线（第5页）

显示从传统机房的信息技术时代到AI DC智能时代，单机柜平均功率从2-3kW激增至20-50kW甚至近100kW，为进阶供电需求奠定基础。

图表7-8：配电与机房面积比及占地面积对比（第5-6页）

体现配电面积随机柜功率大幅增加的趋势，HVDC技术可节省超半数占地。

图表9-10：效率与可靠性对比（第9-10页）

塔式高频UPS效率最低，模块化UPS次之，HVDC最高。HVDC单路可用性超过UPS多个“9”，说明更高的运行稳定性。

图表11：CAPEX与OPEX详细对比（第10-11页）

详列2N UPS与市电+HVDC系统中各设备及配电柜投资金额，显示HVDC系统总初始投资低33%，并在运营成本中因效率提升减少电费支出。

图表12：巴拿马电源效率与占地比较（第12页）

巴拿马电源系统效率普遍在97%以上，较传统方案有3个百分点提升，同时占地面积大幅缩减。

图表13-14：巴拿马电源设计与移相变压器实物（第13-14页）

展示了核心设计电路和实地产品，说明技术成熟且供应链稳定。

图表15-16：SST方案架构及微电网集成示意（第15页）

展示固态变压器的模块化构造和其作为电能路由器连接太阳能、风能及氢能微电网的应用蓝图。

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四、估值分析

报告并不包含明确的估值模型与目标价设定，主要聚焦于技术演进与产业趋势。财务预测也未详细展开，侧重于投资与运维成本对比的经济性分析，基于CAPEX和OPEX视角佐证技术升级的经济合理性。

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五、风险因素评估

• 算力资本开支不足：IT算力需求和建设拐点可能放缓，导致供电新技术需求萎缩。

- 新技术推广滞后：HVDC与巴拿马电源的低渗透率源于市场认可和成熟生态不足，推广不及预期将拖慢产业链发展。
报告未具体量化风险发生概率，但强调这些为产业发展中的主要不确定因素。
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六、批判性视角与细微差别

• 报告积极看好HVDC和巴拿马电源，但也提及其市场渗透率仍低，推广面临技术成熟度、运维能力不足和设计阶段布局需求等问题，显示视角相对审慎。

- 固态变压器作为未来技术被寄予厚望，但仍以试点为主，存在一定技术风险。

• 文中多个数据来源于厂商自有统计（如腾讯、台达电等），需注意潜在的行业诉求偏差。

- 展望中生态构建与行业协同是关键，缺乏深度讨论相关标准制定和行业统一的问题可能制约技术发展。

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七、结论性综合

该报告系统梳理了数据中心供电架构的技术演进及其经济技术优势，重点在于：

• 传统UPS作为主流方案由于链路长、转换多，效率偏低，投资与占地成本较高。

- HVDC技术凭借删减逆变环节，提升效率至97%左右，同时结构简化提升可靠性，降低投资与运营成本。

• 巴拿马电源方案通过引入移相变压器实现更高集成度和更短链路，系统效率进一步提升至97%-97.5%，同时建设周期更短，专业性集成优势显著。

- SST代表未来技术方向，具备98%以上的效率和多能源响应能力，但仍处于发展早期。

• AIDC时代的算力需求和单机柜功率跃升，强化了对高效、低占地供电架构的需求。

- 国内由互联网巨头和电信运营商共同推动，HVDC和巴拿马电源技术渗透率虽低但增长显著，未来有望成为主流。

• 经济性分析显示新技术在CAPEX与OPEX均呈优势，其中投资回收的时间窗口和运营效率尤其突出。

- 风险主要围绕资本投入变动和新技术推广节奏，市场认可度和运营成熟度将是关键变量。

综上，报告明确表态：随着AIDC发展及算力需求加速，HVDC与巴拿马电源等高效供电技术具备显著上升空间，行业核心厂商享有长期成长机会。该观点对产业链投资者具有较强的指导意义。
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参考文献与资料来源

• 报告内引用多家咨询机构、厂商官网、中恒电气、台达电、腾讯云开发者社区、CDCC等原始数据与案例。

- 详见报告尾页版权及免责声明部分。

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该分析结构清晰，深入解构了每个报告章节的技术、市场、经济和风险要点，详细阐述图表背后的信息含义，同时揭示了不同技术架构的优势劣势及其对AIDC未来发展的支撑作用。

报告