環保專案

無碳能源應該要像網際網路一樣,24 小時天候供應無虞

2019 年 9 月
奧克拉荷馬州明科市的風力發電廠

有了電力,我們的資料中心得以每天 24 小時持續提供數十億次 Google 搜尋、YouTube 影片播放等多種服務。單在 2017 一年,我們就購買了超過七十億千瓦時的電力 (大約等於羅德島州一年的用電量),而供給這些電力的太陽能和風力發電廠都是專為 Google 而打造。這也讓我們直接購入的再生能源量等同於 100% 的年度用電量。

能夠達到這項里程碑確實令人高興,不過這還只是邁向另一項宏大長期挑戰的第一步:我們要將 Google 的全球用電量完全轉換為無碳能源。也就是說,每座 Google 設施未來將 24 小時全天候使用當地的無碳能源。2018 年 10 月,我們朝這個目標邁出了重要的一步:發布 Google 的全球電力來源解析資料,以評估我們的計畫完成進度。這份內容詳盡的討論報告指出,我們有些資料中心在這方面已卓然有成,其他資料中心雖有進步,但仍有改進空間。這份報告包含特定地點的碳排放熱視圖,方便讀者以視覺化的方式瞭解 Google 資料中心每小時的能源使用狀況。

這份報告及其他再生能源計畫所提供的深入分析,將引領我們在這趟旅程上走得更遠,邁向無碳能源全年無休的目標。

取得全天候無碳能源的重要性

雖然擁有大規模的再生能源採購制度,但 Google 的設施目前仍會使用碳基電力。就像任何其他用電戶一樣,每座 Google 設施都會連接至所在地區的電力網路。通常,每個地區提供的電力除了會包含風能、太陽能、水力、核能等部分無碳能源之外,也會混合透過煤、天然氣和石油等方式產生的碳基電力。有時我們仍需仰賴這些碳基電力,特別是在風力微弱或陽光不足的時候,或者是在可取得的無碳能源有限的地方。

為瞭解決使用碳基能源的問題,我們會在可充足供應太陽能或風能的地區或時段購買多餘的再生能源。例如,我們會在美國中西部等地區購買大量風能,以填補在亞洲買不到再生能源的缺口。在某些地區,我們會在白天購買多餘的太陽能,以彌補夜間使用碳基能源所造成的碳排放量。

這樣的購買方式能直接讓更多再生能源加入用電網路 (也就是所謂的專案外加性1),並減少二氧化碳排放量。如果放眼全球,就整年情況來看,Google 購買的太陽能與風能已足以抵銷營運用電產生的所有碳足跡。但這樣的解決方案不夠完美,我們的目標是打造一個完全不依賴碳基能源的未來。為了在用電方面完全脫碳,便需要 24 小時供應無虞的無碳能源。

Google 之所以追求這項轉變,出於多個迫切的原因。緩解氣候變遷是 Google 企業的首要之務。身為用電大戶,我們致力於將自身的環境足跡降至最低。同時,Google 也是一間成長中的企業,非常重視再生能源的成本效益和財務穩定性。透過追求這項長期目標,我們能夠協助發展無碳能源產業,讓這類重要能源從全球供電組合中的稀少元素,躍升為可全面供給 Google 營運用電,最終拓展至所有電網的重要資源。

無碳能源架構 任何不直接排放二氧化碳的發電方式都符合我們對無碳能源的定義。這包括太陽能、風能、地熱、水力發電和生質燃料2等再生能源,以及核電。

透過分析精細的能源資料,我們可以測量出一座資料中心的每小時用電量,並與地區電網中每小時無碳電力的供應量做比較。現今,這類無碳電力普遍由兩種電力組成:一是 Google 透過長期購電合約 (PPA) 向某地區風能或太陽能專案3所購買的電力,二是從範圍較廣的地區電網中獲得的電力,其來源可能是 Google 未直接簽約的核能、水力發電與其他再生能源。在評估資料中心每小時使用了多少比例的無碳能源時,我們會優先考慮特定地區中,與 Google PPA 相關聯的再生能源所產生的電力。4 如果 Google 購買的地區性再生能源在某一小時內產出的電力等同或大於資料中心的用電負載,那麼該資料中心在這個小時中就能算是使用了 100% 的無碳能源。然而,如果 Google 的地區性再生能源產能不足以供給資料中心該小時的用電負載,那麼差額的電力就會來自該地區電網的電力組合。

資料中心碳排放熱視圖

芬蘭 我們在分析中發現,在 2017 年時,Google 沒有任何一座資料中心園區達成全天候使用 100% 無碳能源的目標。不過,仍有幾座園區已開始揭示未來可能性,例如我們在芬蘭的資料中心。如下圖所示,該資料中心在 2017 年的每小時用電已大部分來自當地的無碳能源。

圖中顯示 2017 年芬蘭資料中心每小時的用電情況

經過分析,這個現象可歸因於兩項因素。首先,歸功於北歐競爭激烈的電力市場結構,Google 得以在這個地區簽署多個風能 PPA。5 這些 PPA 向電網提供了大量電力,且每小時的供電量經常超過 Google 芬蘭資料中心的用電量。其次,芬蘭的電網中還包含了其他來源提供的豐沛無碳能源,包括核能、水力發電和生質能源。

北卡羅來納州 即使某些地區能提供太陽能和風電等再生能源,但由於變數眾多,而無法全天候供應電力。如果某個地方的無碳能源種類較少,無法在陽光和風力減弱時提供替代方案,那麼就會造成問題。以 Google 在北卡羅來納州勒諾的資料中心為例,為解決這個問題,我們與當地的公用事業公司合作,建立了美國最早的公用事業太陽能採購計畫之一。這項計畫成功地提供了足夠的無碳能源,抵銷了Google 資料中心的日間用電量。不過,我們在夜間使用的電力組合則明顯含有更多碳基能源。整體而言,在 2017 年度,這座資料中心有 67% 的每小時用電量採用了無碳能源。

2017 年北卡羅來納州資料中心每小時的用電情況

台灣 儘管 Google 許多資料中心園區每小時抵用的無碳電力比例皆已顯著提升,其他園區仍有需要改進的空間。其中一個例子是我們座落台灣彰化的資料中心。雖然電網中已混有一些核能、太陽能和風能等無碳能源電力,但電力的主要來源仍為煤和天然氣。從下方熱視圖可明顯看出,2017 年時,台灣資料中心的每小時用電量只有不到 20% 來自地區性無碳能源。

這張熱視圖顯示,如果以每小時用電量計算,2017 年時,我們在台灣的資料中心只有不到 20% 的用電量來自地區性無碳能源。

2018 年,Google 簽署了我們在亞洲的第一份再生能源合作計畫,也是台灣第一份企業購電合約。我們將在台灣向台南市一座大型太陽能電廠認購一組太陽能板陣列產出的 10 MW 電力。電廠將在大片商業魚塭上方鋪設 4 萬片太陽能板,最大化土地利用效率,惠及當地水產養殖業。這也將大幅提升當地 Google 資料中心的無碳電力組合。

未來的道路 打造無碳的未來並非一蹴可幾,但面對迫在眉睫的氣候變遷,必須大刀闊斧加以應對。除了衡量進度,Google 也歸納出幾項自身以及全球人士都應該採取的重要行動,包括在更多地區積極購買再生能源,以達成 24小時全年無休使用無碳能源的目標。

這同時需要創新的政策、技術和商業模式。我們將需要改革既有政策和市場,進而打破無碳能源的採購壁壘,也需要更多認可無碳能源社會重要性的新政策,並依據不同發電來源的屬性來訂定適當價格。Google 將繼續推動電力市場改革,讓全球都能獲得無碳能源。

我們為自己立下了艱鉅的任務,未來也會勇往直前,持續朝目標邁進。

1 為了確保 Google 成為推動使用乾淨新能源的動力之一,我們堅持所有專案都必須擁有「外加性」的特質。這表示我們會向尚未開始建設的發電設施購買能源,而這些新設施都將以高於現有能源法規的條件建設而成。

2 雖然生質能源的發電過程會產生生物二氧化碳,不過因為在某些條件下也能達成淨排碳量為零的目標,所以我們暫時將生質能源歸類於無碳能源。最近幾年,科學界對於生質能源與水力發電所排放的溫室氣體提出了值得關注的疑慮。我們之所以在目前的架構中將這兩種能源歸類於無碳能源,是因為只要管理得當,便能將發電過程造成的影響降至最低。我們會持續監控這類能源的發展,掌握它們對環境和社會的可能影響,以及溫室氣體排放狀況。我們的目的是鼓勵可持續執行且真正無碳的計畫,並在架構中賦予這類能源適當的位置。

3 Google PPA 站點產生的無碳能源會與該資料中心位於相同的電網營運地區,但這些能源並不專屬也不會直接供給至該資料中心。在發電後,這些電力會以無區別的方式混入一般供電之中,供給該地區包括 Google 資料中心在內的所有用電客戶。

4 在計算資料中心每小時使用了多少地區性無碳能源時,我們會優先計算 Google 的再生 PPA 能源。這麼做是因為,依據合約,我們有權擁有該電力生產成果及其環境效益 (environmental attributes),且這些 PPA 直接為電網帶來了額外的無碳能源。

5 2017 年時,Google 在北歐地區的大部分再生電廠都位於瑞典境內,而非芬蘭本土。雖然芬蘭和瑞典實際上各自營運電網,不過這兩國都屬於同一個競爭性電力市場 (名為 Nord Pool),而芬蘭會從瑞典直接進口大量電力。因此我們才會說,Google 在芬蘭境內的每小時用電量「使用了」瑞典境內生產的風力發電能源。