蘋果之後,微軟也要建「發電廠」了
周宇 / 何渝婷編譯
2021-09-01 10:00

從Windows到Surface電腦,微軟的產品大多給人一種特別的感受,直接且粗獷,就很理工科。

這一特質甚至還體現在微軟總部園區設計上,對比Apple Park園區「UFO」造型所營造的奇幻感,微軟位於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,就像是身邊的街區。

這或許是微軟主動為之的結果,讓辦公地點像城市一樣具備包容性。

不過前段時間這家極具理工科特質的公司,卻宣布了一個頗為奇幻的計劃,就是在自家園區地下建設一座地下發電廠。

理科生的「狂想」,微軟要建一個地下發電廠

這一切還要從微軟總部改造計劃說起。

1986年,微軟在正式上市前將自家總部落戶於美國西雅圖雷蒙德市,起初總部僅有4棟辦公樓,隨著公司逐漸發展壯大,才一步一步擴增、改建園區。

隨著新的辦公樓擴張需求出現,微軟也終於有機會實現建設地下發電廠的計劃,它們這次選擇了與西雅圖頗有名氣的設計公司NBJJ合作,推平總部的部分建築樓,並在原址建設一個地下發電廠。

根據計劃微軟將在總部2.5英畝的地下挖掘875個地熱井,每個地熱井的挖掘深度達550英尺(約167.6公尺)。

在地熱井中,微軟將投下一個高達65英尺(約17公尺)的熱儲能罐,罐中的主要物質是水,也就是能量轉換介質,更利於儲存熱量。

這個地下發電廠其實利用了地下一定深度恆溫的原理,通過熱泵、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。

在微軟總部地下還有著220英里長的傳輸管道,以實現能量的傳輸。

有趣的是,按照微軟的計劃一般情況下人們是看不到地熱井的,它們將被園區的樹木遮住或覆蓋,融於環境當中。

這和微軟總部的設計思路如出一轍,極高的綠化率、四通八達的公路、大學校園一般的開放性,不奇幻但卻讓人舒心。

當然,如果實在想看看這套「樹林中的機器」也不是完全不可以,微軟表示會在地熱發電廠附近設置一個透明的門廊,讓人們瞭解這些設備是如何運作的。

相比傳統的煤炭發電,地熱發電有著不小的優勢,就比如利用地下恆定溫度解決製熱/製冷需求,冬天天氣寒冷時,地上溫度低於地下,微軟就可以通過傳輸管道將地熱傳到到建築中,充當「暖氣」,反之亦然。

這樣不僅省下了不少電費,連供暖和空調設備數都能減少一部分,微軟表示對比原有系統,新的地熱系統能耗將降低50%。

這套地熱發電系統,使用時間越久越省錢,畢竟不用交電費了,要知道在美國不少地區可都是階梯式計算電費的,像微軟這樣的用電大戶,用電量只多不少。

而且地熱發電廠發電使用的熱能轉換介質水也是可以循環使用,其並不會被冷卻裝置排出,而是作為熱能儲藏到熱能罐當中。

這樣一來,微軟一年可以減少800萬加侖的用水量,幾乎相當於12個奧林匹克游泳池的用水量了。

更重要的是地熱發電並不需要和煤炭發電一樣消耗礦石資源,它和太陽能一樣是清潔能源,這也是微軟要在總部地下建設地下發電廠的主要原因之一,早前它就放出豪言,要在2030年實現碳中和。

不過園區改建終究是一項大型計劃,地下發電廠作為計劃中最後一座開工的建築,預計要在2023年才能開放。

和蘋果、特斯拉相比,微軟地下發電廠有什麼優勢?

造發電廠似乎成為了一種新的新趨勢,數據中心、雲端服務、儲存系統,科技公司們對算力的需求有多高,對電力的需求就有多高,再加上各家對於碳中和的承諾,建設發電廠就再正常不過了。

當然,各家具體的落地方案有些不同,這也代表了不同的技術方向。

作為新能源領域的新晉巨頭,特斯拉更擅長研發電池,甚至進入了消費級市場,賣起了儲能電池。

特斯拉家用級儲能電池產品有Powerwall ,其在疫情期間一機難求,一度漲價。企業級電池產品則有Megapacks,其最大儲能達3 MKh,甚至於蘋果都成了特斯拉的客戶,向它買了87個Megapacks電池。

但蘋果和特斯拉的發電方式殊途同歸,都依靠太陽能,蘋果在2015年耗資8.7億美元,於美國加州建造了一座約1300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,你可能也猜到太陽能發電對比地熱發電的劣勢了,無論蘋果還是特斯拉,太陽能發電對於陽光要求更高,微軟可以在自己總部地下直接開幹,蘋果卻要跑到總部外建發電廠。

這中間還牽扯到大量電力傳輸設施,又是一批大投入,更長的傳輸距離往往意味著更多的電能損耗。微軟的地下發電廠,僅僅是從地上到地上到地上,傳輸距離可短多了。

另一個劣勢則是佔地面積,太陽能發電對地區大小的要求遠高於地熱發電,這個從蘋果發布的圖片就能看出,兩者的宏大級別不在一個等級。

國家地理曾發布數據,一個發電量在1GWh的地熱發電廠,將佔用大約404平方英里,具有相同能量輸出的風能電場則需要大約1335平方英里,一個太陽能發電場需要大約2340平方英里。

地熱發電穩定性也會好上一些,正如上文所述,地下溫度是恆定的,甚至能根據不同的地面溫度,使用不同的轉化方式。

蘋果的太陽能發電廠則只能在白天使用,當初它向特斯拉買儲能電池,也是因為電池能儲藏太陽能轉化的電能,不至於浪費白天轉化的電量,在夜間也能滿足總部的用電需求。

當然,這也並不是說地熱發電沒有缺點,對比太陽能發電、風能發電,地熱最大的缺點是效率太低,發電量比不上前兩者。

而且地熱發電需要提前預估用電需求量,並以此為基準數據預估要建設的地下熱能井數量。一旦遇到高發需求,供電量很可能會不夠。

所以微軟在建設地下發電廠時也表示,總部並非全部靠它發電,太陽能發電仍然是很重要的補充部分,高併發需求時地熱發電是主力發電設施,太陽能發電則是輔助設施。

這就像是遊戲中的角色屬性一樣,無論地熱發電還是太陽能發電,都不是六邊形戰士,兩者各有各的優勢,互相配合發揮自己的長處,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作是地熱發電的小規模運用,它只是利用了相對常見的地下恆溫層,其溫度並不會太高,因此提供的能量大小也有限,更適合家用或商業建築使用。

一旦微軟在2023年完成地下發電廠,對於其他公司來說都是一種鼓勵。除了公用電網,大型科技公司們也可以選擇長久使用更划算的建設方案。

而地熱發電的大規模應用,其實是充分利用地球各大洲板塊相交區域的地熱資源,相比普通的地下恆溫層,它們有著更高的的溫度,也更容易利用,但這也讓大規模地熱發電受限於特定地區。

中國西藏羊八井鎮就是一個有著大量地熱資源的區域,不僅有溫泉、噴泉、甚至還有熱水田等資源,這也讓它成為了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,至今仍然是西藏的主力發電廠之一。

相比其他地區,西藏的地熱資源較多,同時煤炭等化石資源較少,自然而然地成為了中國發展地熱發電的主要地理區域之一。

地熱發電大規模應用受限於地熱資源,而太陽能、風能的發電轉化率和覆蓋率均優於它,因此在不少國家和地區太陽能、風能的發展優先級往往會高於地熱發電,現在中國多個地區都已經有了太陽能發電廠。

隨著時間流逝,情況在逐步發生變化,溫泉旅遊等熱能應用案例推動了旅遊產業的發展,再加上觀念轉變,地熱作為清潔能源再次進入主流視角當中,曾經的「煤都」山西,在今年建成了一座高溫地熱發電試驗電站。

根據《山西日報》的報導,新建成的地熱發電試驗電站項目一期佔地面積為50畝,其中1號試驗機組裝機容量到了300kW,是一個不錯的開始。

同時,對新能源的探索也不僅僅限於環境保護的角度,它仍然可以帶動產業升級,甚至成為養育一方水土的新產業,地熱不僅可以發電,供暖、溫泉旅遊、療養甚至養殖都是新的應用方式。

目前太陽能、風能、地熱能等清潔資源,還未能全面取代煤炭等化石資源發電,箇中原因除了技術限制,也有開發程度不足的原因,地熱發電就是一個典型案例,全球仍然還有許多未曾開發的地熱資源。

台夫特理工大學兩位長期關注地熱能源的學者Kenneth Gavin和William Craig,就曾著書表示,作為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%的用電需求。

在可預見的未來,地熱發電的效能只會越來越接近這個數字。

(以上圖片取自微軟官網)

本文為愛范兒授權刊登,原文標題為「蘋果之後,微軟也要建「發電廠」了