AI時代の電力価格

AIの需要は爆発的に増加しています。GPUやメモリのサプライチェーンについては多くの議論がありますが、AI能力拡張の真の制約は電力です。データセンターはすでに米国電力消費の約5%を占めています[1]。データセンターの電力需要は2年ごとに倍増するため[2]、理論上は2030年代半ばまでに米国の総発電量を上回ることになります。データセンターの建設には、許認可、周辺インフラ、予測される電力価格などを考慮した慎重な計画が必要です。多くの場合、電力の変動費がデータセンターの実現可能性を左右します。私は大手ヘッジファンドの元クオンツリサーチャーで、電力とガスを担当していました。過去数年間、データセンターの建設（GPU調達、石炭火力発電所との交渉、用地選定）について、起業家や投資家に助言してきました。この電力とデータセンターに関する入門記事は、エネルギー市場に機会があると感じており、知識を深めたいと考えているより広い読者を対象としています。この記事を読み終える頃には、以下のことを理解できるようになるでしょう。パート1：発電所の仕組み、データセンターの開発方法、企業がどのように対応するか（起業家/投資家向け）。パート2：米国電力市場の価格設定方法（トレーダー向け）。電力に本当に興味があるなら、全体を読むことをお勧めします。タイムリーで興味深いものとなれば幸いです。編集上のフィードバックをくれたTina HeとSamuel Spitzに感謝します。 本章について コモディティは、供給、需要、純輸出、在庫変動を結びつけるシステムバランス方程式によって管理されています。競争市場では、コモディティの価格は、追加の需要に対応するための限界費用に等しくなります。グリッド安定化に必要な物理的制約のため、特に電力市場は独立系統運用機関（ISO）によって管理されることがよくあります。電力について詳しく説明する前に、それがより広い文脈の中でどのように位置づけられるかを理解する必要があります。コモディティには3つの主要なカテゴリがあります：エネルギー（例：電力、原油、天然ガス）、農業、金属です。すべてのコモディティは、他の資産クラスとは異なるいくつかの基本的な特性を共有しています。 株式 vs コモディティ 株式とコモディティは、主に2つの点で異なります。第一に、株式には、価格をそのファンダメンタルズ価値に収束させるような強制的な機能はありません。対照的に、コモディティ契約には固定された決済日があります。決済日には、誰かがその取引可能なコモディティを物理的に売買しに来ます。トウモロコシが高すぎる場合、彼らはそれを購入しません。価格は現実に収束しなければなりません。第二に、株式が表す基盤となる企業は、契約、共有顧客、サプライチェーンなど、解きほぐすのが難しいさまざまな関係を持っています。コモディティは、はるかに直接的な方法で互いに影響を与えます。地面に掘られた油井からは、ある量の原油とある量の天然ガス（主にメタン）が産出されます[3]。原油は世界中に容易に輸送できるため、非常に価値があります。そのグローバル市場は、海外の価格が米国の価格に影響を与えることを意味するため、ホルムズ海峡の閉鎖に対する広範な懸念があります。その原油には市場価格があり、製油所はそれを購入して留分（ガソリン、ディーゼル、ジェット燃料などの石油製品）を生産します。それはあなたがガソリンスタンドで購入するのと同じガソリンです。油井がほとんど油を産出しない場合、それは専用ガス井と呼ばれ、国内の天然ガスの大部分はそこから供給されます。天然ガスは、その生の形態では容易に輸送できませんが、冷却して液化天然ガス（LNG）の形で輸送できます。最近、海外の天然ガス価格は米国内価格をはるかに超えているため、可能な限り輸出しています。その結果、短期的に海外の天然ガス価格は米国内価格ほど影響を与えません[4]。単純化すると、米国内にある天然ガスは、物理的に輸出できなかった供給分です[5]。天然ガスは、一部の産業用途（例：化学製造）、住宅・商業用途（例：家庭の暖房）、そして電力[6]（この記事の焦点）で消費されます。 システムバランス方程式 コモディティ市場は、各場所で特定の「解」を出す必要があります：供給 = 需要 + 純輸出 + 在庫変動[7] 供給は、地元の商人が生産する必要がある量です。需要は、特定の場所で消費される量です。純輸出は、地域から輸出された単位から輸入された単位を差し引いたものです。在庫変動は、貯蔵された量から引き出された量を差し引いたものです。この方程式は、世界のすべての場所で真でなければなりません。追加の制約があります： ある地点から別の地点へ供給を移動できる量には限りがある（利用可能なトラック/船の数、または電力線の許容伝送量には限界がある - これについては後述）。 貯蔵から引き出せる量には上限があり、また、特定の時点での貯蔵量には最大値がある。 上記の各変数は価格の関数です。価格とは、消費者が支払い、供給者が受け取る金額です。ある場所で価格が上昇すると、そこでより多くの供給を生産することが経済的になり（非効率な生産者でも損失なく需要を満たせる）、地元の需要は減少します。もちろん、純輸出（もしあれば）も減少し、貯蔵されている供給（もしあれば）を引き出すことを奨励します。システムが「バランス」するまで、価格はあらゆる場所で変動します。任意の時点で、販売されるすべての単位は、「最初の」単位であろうと「最後の」単位であろうと、同じ価格で販売されます。もし供給者にとって商品の生産コストが非常に安い場合、少し安く請求しようとするかもしれないと考えるかもしれません。しかし、競争市場では、自分で販売価格を「選ぶ」ことはできません。これはコモディティ価格設定の仕組みの重要な仮定です。では、その市場価格は何によって決まるのでしょうか？需要/在庫/輸出を満たすために、最後の供給単位を生産する場合、私たちは満杯ではない生産者の中から最も安い生産者を選びます。その供給単位を生産するコストは「限界費用」と呼ばれます。例えば、100バレルの石油が必要だとしましょう。生産者Aは1バレルあたり5ドルで99バレルを提供し、生産者Bは次に安いオファーを1バレルあたり6ドルで持っているとします。その場合、限界費用は6ドルになります。競争市場では、全員が販売する市場価格は、その限界費用に正確に等しくなります。もしあなたが最後の供給単位を提供した生産者（つまり生産者B）である場合、その最後の単位で0ドルの利益しか得られないことに注意してください。価格は限界費用に等しくなります。この特性は「限界価格設定」と呼ばれます[8]。電力価格設定において非常に重要になります。これが真実である簡単な理由は次のとおりです。もしその限界生産者が限界費用で販売することを拒否すると仮定しましょう。彼らはより高い価格でのみ販売する意思があります。問題は、市場が競争的であるということです。その試みられた市場価格を切り下げる別の供給者がいます。市場価格が追加の供給単位を提供できる最も安い生産者の限界費用に正確に等しくなるまで、これは続きます。もし価格がそれより低ければ、誰かがその単位を供給するのは経済的ではなくなります。 電力は特別 電力は、物理的な「バス」でグリッドに注入または引き出されます[9]。これらのバスは多数あり、米国のすべての都市に分散しています。それらはすべて送電線で接続されています。上記の電力に関する方程式を特定の場所（物理的な電力バス、都市全体、または州全体）に書き換えると、次のようになります：発電 = 電力消費 + 純電力輸出 + 在庫変動 + 損失 発電とは、その場所の発電所によって生産される電力であり、これについては後述します。消費とは、その場所での電力使用量です。輸出/送電は、物理的な電力線を通じて行われます。電力線に電力を流すと、加熱します。その熱により、途中でわずかな電力が失われます。金属は、拡張すると...