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作为人工智能的引擎，大型数据中心的耗电量可与中等城市相当，这给电网带来压力，并促使美国能源基础设施进行昂贵的升级。新研究发现，居民，尤其是低收入和农村居民，正不成比例地承担这些成本。
在这项于11月9日发表在《Nature Energy》上的研究中，Cornell 的研究人员分析了2020年至2025年间美国四大电网的能源需求增长和基础设施项目，发现数据中心推高了批发电价，而平均仅支付了与其增长相关的38%的基础设施成本——2025年82.5亿美元账单中的31.2亿美元。剩余的51.3亿美元（62%）主要由居民承担，其中最低收入家庭的额外能源成本最高可达其收入的28%。
“我们试图回答一个非常简单的问题：随着数据中心的蓬勃发展，谁为这种扩张买单，谁从中受益？”Fengqi You 说，他是 Cornell Duffield 工程学院 Roxanne E. and Michael J. Zak 能源系统工程教授。“这不仅仅是发电量是否足够的问题，还在于电网付费规则是否跟得上推动新增需求的主体。”
这项研究是首个多区域、长期性的评估，考察数据中心发展如何影响基础设施增长以及成本如何在不同社区间分配。它出台之际，正值数据中心建设热潮。
研究人员发现，能源基础设施项目中的输电投资从2020年的20亿美元增加到2025年的340亿美元，其中大部分增长由数据中心推动。随着增长加速，从当地社区到州政府再到国会，关于谁来买单的争论仍在继续；预计到2030年，数据中心将消耗美国8%至17%的电力，其中70%至80%归因于AI。
You 与第一作者、博士后研究员 Cheng Feng 还研究了数据中心的经济效益，发现每吉瓦的数据中心容量可在整个经济中创造15,000个就业岗位，其中平均2,700个岗位与数据中心直接相关（尽管不一定全部在現場）。
“在当前的许多讨论中，人们要么站一边，完全支持数据中心，要么完全反对，”You 说，他是 Cornell AI for Sustainability Initiative 的主任。“但既有收益也有成本，最终的关键问题是如何平衡这些权衡。”
分担电力基础设施成本
该团队分析了4,000个现有和拟建数据中心的数据，以及电价记录、公用事业公司的费率申报、输电线路计划，以及联邦家庭和就业数据。他们研究的主要电网涵盖了数据中心集群最大的地区，包括旧金山湾区南部；达拉斯-沃斯堡周边的北得克萨斯；中西部；以及包括北弗吉尼亚在内的中大西洋地区，迄今为止最大的数据中心集中地就建在那里。
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研究发现，各州对数据中心的激励措施虽然回报并不稳定，但确实带来了投资回报。以加利福尼亚州为例，每投入1美元可带来180美元的劳动者收入；弗吉尼亚州每投入1美元则增加2美元收入。研究人员认定，相比激励支出规模，现有合格劳动力的存在是更高回报的更强指标。
数据中心还推高了批发电价，即公用事业公司在将电力输送至家庭之前向区域电力市场支付的费用。在受影响最严重的枢纽地区，到2025年数据中心增长使这些价格上升了近10%甚至更多。弗吉尼亚州成本上涨15%，加利福尼亚州南部湾区上涨20%。相比之下，研究人员发现，在数据中心建设有限的纽约州和新英格兰地区，居民尚未看到数据中心扩张导致的明显价格上涨。
“我认为这意味着我们在纽约州处于一个良好的起点，可以思考下一步，”You说。“经济效益、就业效益、投资、成本公平分摊——这些是我们需要考虑的维度和权衡。”
一个关键问题在于新基础设施项目的成本目前如何分摊：分配往往基于以往的能源消费模式。
“这有点像先有鸡还是先有蛋的问题，”You说。“因为如果要建数据中心，就需要扩建电力基础设施，否则就没有电供其运行。但在建设之前，它们并不消耗能源。所以在这种依赖历史消费的模式下，家庭最终承担了大部分基础设施成本。”
更多农村和低收入居民按比例承担了更高的账单；承担高能源负担（能源支出超过收入6%）的农村家庭比例比城市居民高出76%。作者引用一项全国调查发现，农村居民使用ChatGPT等AI工具的可能性也低于城市居民。
对能源账单的影响还具有广泛的地理范围。例如，研究人员表示，新泽西州、宾夕法尼亚州和俄亥俄州的居民也在为与弗吉尼亚州数据中心增长相关的电网升级付费。
“你不需要住在数据中心旁边才能为其电力基础设施付费，”You说。“电网连接着各州的社区，成本分摊规则将它们在经济上联系在一起。”
利用数据中的洞察，You和Feng建议修改成本分摊规则并采取降低负担的策略。在这四个地区，他们发现，如果数据中心每年在该地区22个峰值需求时段减少用电，就能缓解电网压力并最大限度减少扩建需求。科技公司通常在不同州甚至不同国家拥有多个数据中心，可以在峰值需求期间将运营转移至其他地区。
“这是可行的，挑战更多在于实施，”You说。“需要协调，但更好的协调有明确的好处。”
各州也可以根据数据中心新增的电力需求直接向其收费，或者设立项目（比如明尼苏达州最近的一项法律），将资金导向低收入家庭，以抵消更高的能源开支。税收优惠也可以与创造就业和增加工资挂钩，从而更有保障地实现这些效益。
You 和 Feng 的建议提出之际，各州正努力解决如何分摊成本的问题；最近有六个州为超大型能源消费者设定了特殊条款，而在三月份，七家大型科技公司签署了 White House Ratepayer Protection Pledge，承诺为所需的电网升级付费。
“这个问题直接关系到许多州和国会的辩论，”You 说。“我们希望提供基于科学的证据和具体数据，以便所有利益相关者更好地了解情况并权衡他们的选择。”
这项研究的资金来自 Eric and Wendy Schmidt AI in Science Postdoctoral Fellowship。
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