繼蘋果之後,微軟也要建「發電廠」了

作者 | 發布日期 2021 年 09 月 05 日 0:00 | 分類 Microsoft , 能源科技 , 電力儲存 Telegram share ! follow us in feedly


從 Windows 到 Surface,微軟產品大多給人特別的感受:直接粗獷,很理工科。這特質甚至也體現在微軟總部園區設計。比起 Apple Park 總部「飛船」造型的奇幻感,微軟西雅圖雷蒙德市的總部顯得有些普通,沒有特別吸睛的建築,就像一般辦公大樓。

這或許是微軟有意為之,讓辦公地點像城市具包容性。不過日前微軟卻宣布頗奇幻的計畫:在自家園區地下建設發電廠。

理科生的「狂想」,微軟要建地下發電廠

這要從微軟總部改造計劃說起。1986年,微軟正式上市前總部落戶美國西雅圖雷蒙德市,起初僅4棟辦公大樓,隨著公司逐漸發展壯大,才逐步擴增改建園區。

隨著新辦公大樓擴張需求出現,微軟終於有機會實現建設地下發電廠,這次選擇與西雅圖頗有名氣的設計公司NBJJ合作,推平總部部分建築大樓,並在原址建設地下發電廠。

微軟計劃將在總部2.5英畝地下挖掘875個地熱井,每個地熱井深度達550英尺(約167.6公尺)。

(Source:微軟

微軟將投放高達65英尺(約17公尺)的熱儲能罐,罐裝物主要是水,也就是能量轉換介質,更利儲存熱量。地下發電廠是利用地下一定深度的恆溫原理,透過熱泵、冷卻器、發電機等設施,將熱能轉化為機械能,機械能最終轉化為電能。

微軟總部地下還有220英里長傳輸管道,以傳輸能量。有趣的是,照微軟計畫是看不到地熱井,將被園區樹木遮住或覆蓋,融入環境。這和微軟總部的設計如出一轍,極高的綠化率、四通八達的道路、大學校園般的開放性,不奇特但讓人舒服。

當然,如果實在想看這套「樹林中的機器」也不是完全不行,微軟表示會在地熱發電廠附近設置透明門廊,讓人了解這些設備如何運作。

比起傳統煤炭發電,地熱發電有不小優勢,如利用地下恆溫解決制熱/制冷需求,冬天寒冷時,地上溫度低於地下,微軟就可透過傳輸管道將地熱傳到建築,充當「暖氣」,反之亦然。這不僅省下不少電費,連暖氣和空調設備數都能減少。微軟表示比起原有系統,新地熱系統能耗降低50%。

這套地熱發電系統使用時間越久越省錢,畢竟不用繳電費了,美國不少地區都是階梯式電費,像微軟這種用電大戶,用電量只會多不會少。且地熱發電廠的熱能轉換介質水也可循環使用,不會被冷卻裝置排出,而當作熱能儲存到熱能罐。這使微軟一年可減少800萬加侖用水量,相當於12個奧運泳池。

更重要的是地熱發電不會像煤炭發電消耗礦石資源,和太陽能一樣是清潔能源,這也是微軟要在總部建設地下發電廠的主因,稍早微軟就豪言,要在2030年實現碳中和。

不過園區改建終究是大型計劃,地下發電廠為計畫裡最後開工的建築,預計2023年才開放。

▲ 根據具體用電需求,地熱井數量可能有變化。(Source:微軟

和蘋果、特斯拉相比,微軟地下發電廠有何優勢?

造發電廠似乎成為新趨勢,資料中心、雲端服務、儲存系統,科技公司對算力需求有多高,對電力的需求就多高,再加上各家的碳中和承諾,建設發電廠再正常不過。

當然,各家方案有些不同,這也代表不同技術方向。身為新能源領域的新巨頭,特斯拉更擅長研發電池,甚至進入消費級市場賣儲能電池。特斯拉家用級儲能電池產品有Powerwall,疫情期間一機難求,一度漲價;企業級電池產品有Megapacks,最大儲能達3MKh,甚至蘋果都是客戶,買了87個Megapacks電池。

▲ 多個Megapacks電池組成的儲能系統。(Source:特斯拉

蘋果和特斯拉發電方式殊途同歸,都靠太陽能。蘋果2015年耗資8.7億美元,於美國加州建造約1,300英畝的超大型太陽能發電廠,為自家總部等多個設施供電。

說到這,大家可能也猜到太陽能發電的劣勢了,無論蘋果還是特斯拉,太陽能發電對陽光要求高,微軟可在總部地下直接建發電廠,蘋果卻要跑到總部外。中間還牽扯到大量電力傳輸設施,又是一筆費用,更長的傳輸距離意味更多電能損失。微軟地下發電廠僅從地下到地上,傳輸距離短多了。

另一劣勢是佔地面積,太陽能發電占地面積要求遠高於地熱發電,這從蘋果示意圖就能看出,兩者等級差很多。國家地理曾提出數據,發電量1GWh的地熱發電廠占約404平方英里,有相同能量風能電場需約1,335平方英里,太陽能發電場更到約2,340平方英里。

▲ 蘋果太陽能發電廠。(Source:蘋果

地熱發電穩定性也更好,如上所述,地下溫度恆定,甚至能根據不同地面溫度使用不同轉化方式。蘋果太陽能發電廠只能白天使用,當初向特斯拉買儲能電池,也是因電池能儲藏太陽能電能,不至於浪費白天轉化的電量,夜間也能滿足總部用電需求。

地熱發電當然不是沒缺點,比起太陽能、風能,地熱最大的缺點是效率太低,發電量比不上前兩者。且地熱發電需提前預估用電需求量,以評估要建設的地下熱能井數量。一旦遇到高發電需求,供電量可能不夠。微軟建設地下發電廠時也表示,總部並非全靠它發電,太陽能發電仍是重要輔助,高需求時地熱發電是發電主力,太陽能發電為輔。

這就像遊戲角色屬性,無論地熱發電還是太陽能發電,都不是六邊形戰士,兩者各有優勢,互相配合發揮長處,反而是常態。

地熱發電,向10%進發

微軟的地下發電廠其實只能算地熱發電小規模運用,利用相對常見的地下恆溫層,溫度並不會太高,因此提供能量也有限,更適合家用或商業建築。一旦微軟2023年完成地下發電廠,對其他公司來說也是鼓勵。除了公共電網,大型科技公司也可選擇長久使用更划算的方案。

地熱發電大規模應用,其實是充分利用地球各大洲板塊相交區的地熱資源,比起普通地下恆溫層,有更高溫度也更容易利用,但也使大規模地熱發電受限於特定地區。

▲ 溫泉是典型地熱資源之一。(Source:shutterstock)

西藏羊八井鎮就有大量地熱資源,不僅有溫泉、噴泉,甚至還有熱水田等,同時也是中國首個開發地熱發電的區域,1977年羊八井地熱電站建設完成,至今仍是西藏主力發電廠之一。相比其他地區,西藏地熱資源較多,煤炭等化石資源較少,自然成為中國發展地熱發電的主要地區。

▲ 羊八井地熱發電站。(Source:Taken by Fanghong, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons)

地熱發電大規模應用受限於地熱資源,太陽能、風能發電轉化率和覆蓋率均較優,因此不少國家地區太陽能、風能的發展往往先於地熱發電。

隨著時間流逝,情況逐步變化,溫泉旅遊等熱能應用案例推動旅遊業發展,加上觀念轉變,地熱為清潔能源再次進入主流視角。同時新能源探索也不限環境保護,也能帶動產業升級,甚至成為養育水土的新產業,地熱不僅可發電,供暖、溫泉旅遊、療養甚至養殖都是新應用。

目前太陽能、風能、地熱能等潔淨能源還未能全面取代煤炭等化石資源發電,原因除了技術限制,也是開發程度不足,地熱發電就是典型案例,全球還有許多未開發的地熱資源。

荷蘭台夫特理工大學長期關注地熱能源的學者Kenneth Gavin和William Craig就出書表示,地熱是電力和供暖的可再生能源,充分開發的地熱能源有望滿足全球10%用電需求。

可預見的未來,地熱發電效能只會越來越接近這數字。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:微軟

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