随着由人工智能驱动的高功耗数据中心迅速增加，其能源消耗预计将占电网总用量的显著比例。从芯片层面到配电系统层面，旨在提高其效率的创新层出不穷。本文将探讨微软工程师们正在研究的两个概念，它们有助于减少功率损耗并提升效率。

基于高温超导的电力传输电缆

高温超导体的转变温度约为零下180°C(约90开尔文)。在此温度以下，材料的电阻急剧下降，接近于零欧姆。钇钡铜氧是一种基于稀土钡铜氧化物的新型材料，其载流能力可达约900万安培每平方厘米，比以往的高温超导材料高出数倍。

据估计，在长距离高压电缆中，超过10%的能量会被损耗。使用高温超导电缆有助于回收几乎所有这部分能量。这些钇钡铜氧电缆可以通过液氮的强制循环进行冷却，液氮沿电缆流动，温度约为零下200°C(约70开尔文)。液氮相对廉价、来源广泛且对环境安全。

图1

与传统的铜缆系统相比，基于高温超导的电力传输具有以下优势：

· 由于电阻几乎为零，电力可以在没有损耗的情况下进行长距离传输。通常每隔几公里需要设置一个液氮冷却站以维持低温。

· 可以在很小的横截面上传输大容量的电流。例如，对于4000安的配电，一根2英尺宽的铜母线可以被一根直径4英寸的高温超导电缆替代。

· 当电流超过一定阈值时，高温超导体会转变为高电阻相，从而提供固有的故障电流限制功能。

· 无需根据环境温度进行I²R降额。

· 高温超导电缆具有磁自屏蔽特性，因此可以紧密捆绑在一起，实现紧凑且无电磁干扰的安装。

· 部署高温超导电缆所需的基础设施侵入性较小，从而可以减少对当地社区的影响。

· 由于具备无损耗的大载流能力，实现了低压输电。

此外，高温超导技术为数据中心的布局带来了灵活性，因为变电站可以远离放置服务器机架的建筑。

微软云运营与创新部门的首席基础设施工程师鲁斯兰·纳吉莫夫在2025年OCP全球峰会上提出了用于数据中心的高温超导电力传输系统概念。将中高压功率转换级与实际数据中心分开的优势，如图1所示，该图来自加州圣何塞OCP 2025全球峰会“高级数据中心交直流配电与转换电源架构”专题讨论会上的“超导电源架构”演讲。