2024年10月22日 (優分析產業數據中心)
隨著人工智慧（AI）和雲端運算技術的迅速普及，數據中心的能源需求正以驚人的速度增長。這些設施需要大量的電力來運作伺服器、冷卻設備和網絡基礎設施。
根據報告，全球數據中心的能源消耗預計將從2023年的 152TWh 增長至2030年的 196至403TWh，年複合成長率（CAGR）將在3.7%至15%之間。這一增長主要受到AI運算需求的驅動。
例如：微軟和Google在2023年各自消耗了 24TWh 的電力，超越了包括冰島、迦納和突尼西亞等100多個國家的用電量。這些科技巨頭也在積極採用再生能源來滿足其能源需求。
因此，如何讓數據中心的能源使用更有效率，並減少對環境的負面影響，已成為全球關注的焦點。而氫能源市場被視為高潛力的清潔能源，尤其是針對高耗能的數據中心行業，其重要性日益增加。
根據市場預測，隨著全球對碳中和的需求上升，氫能源的應用正快速擴展。未來的全球氫市場預期將從2023年的229.46億美元增長至2028年的321.81億美元，年複合增長率達到7.0%。
氫能：資料中心供電的新選擇
氫能是一種未來的清潔能源，通過氫燃料電池將氫氣與氧氣結合，生成電力、水和熱能，不產生二氧化碳等有害排放物。目前最廣泛使用的氫燃料技術是質子交換膜（PEM）燃料電池，這種清潔且高效的能量轉換方式，特別適合像數據中心、交通和發電等高耗能領域。
依主要製造來源，可分為三種類型：
● 灰氫：由化石燃料製造，在2023年占市場的最大份額。但值得注意的是，它的增長速度最慢，顯示未來市場份額可能會逐漸減少。
● 綠氫：完全由再生能源（如太陽能和風能）生產，被認為是2023年至2028年間表現最好的細分市場，顯示它將成為市場增長的主要推動力。這可能反映了全球向低碳和可持續能源轉型的趨勢。
● 藍氫：透過碳捕集技術減少碳排放的氫能，市場份額較小。
而氫能資料中心相較於其他能源形式有幾大優點：
● 低排放：氫燃料電池幾乎不產生有害排放物或化學物質。
● 穩定性：與太陽能和風能不同，氫能不會因氣候條件而波動。
● 靈活部署：氫能可在任何地點部署，與地熱能不同。
● 安全性：即便氫燃料電池發生故障，也不會對環境和人類構成潛在威脅。
根據報告，微軟與能源產業合作夥伴已展示了氫燃料電池導入資料中心的可行性，但目前仍暫時僅將氫能視為備用能源，而非主要供電選擇。業界認為，在氫能未克服關鍵技術挑戰前，或許未來幾年內仍僅做為太陽能或風能無法使用時的替代解決方案，暫無法為多數資料中心供電，但相信未來資料中心氫燃料電池採用率將逐年緩步增加，甚至在實現重要技術突破後將快速成長。
上圖是專注於氫能在資料中心領域的應用市場預測。2023年，氫能在資料中心的應用市場規模僅為 5 億美元，但隨著資料中心行業對清潔能源需求的擴大，預計到2028年將增長至 25 億美元。該市場的成長顯示出氫能在解決資料中心高耗能與減碳需求上的潛力。
氫能為數據中心供電的案例
全球多家科技公司已經開始探索氫燃料電池的應用，試圖將其導入數據中心，來減少碳排放並提高能源效率。以下是幾個顯著案例：
● Microsoft案例
微軟一直致力於實現其數據中心的碳中和目標，今年成功展示了使用氫燃料電池為其數據中心提供48小時備用電力的可行性。這個項目模擬了一場長達兩天的電力中斷，並在嚴酷的環境下測試了氫燃料電池的穩定性。該測試顯示出氫能在高海拔和低溫條件下的潛力，並為數據中心提供了一種減少碳排放的可行解決方案，推動Microsoft朝2030年碳負排目標邁進。
● ECL案例
ECL 宣布在靠近德州休士頓地區建立全球首座1吉瓦的氫能供電離網數據中心，名為 TerraSite-TX1。這座 AI 工廠數據中心將完全由氫燃料提供動力，第一階段將於2025年夏季完工，具備50兆瓦容量，專為 AI 和雲端運營商提供服務。ECL 的技術不僅能減少碳排放，還可實現更高的能源效率和更高的數據密度，是一個完全可持續的數據中心。
● Equinix案例
Equinix 與新加坡國立大學能源研究與技術中心（CERT）合作，探索氫燃料電池作為數據中心的綠色能源方案。這項研究將比較氫燃料的質子交換膜（PEM）燃料電池與靈活燃料線性發電機，後者能靈活切換多種清潔燃料，包括氫氣、沼氣和多種可再生液體燃料。研究將考慮熱帶氣候和當地政策等因素，目標是減少數據中心的碳排放，並在全球推廣綠色基礎設施。未來，Equinix 計劃將這些技術應用於其數據中心設計中。
● NTT與Panasonic案例
NTT 與 Panasonic 合作，計劃在 2025 年大阪世博會展示一個完整的氫能供應鏈。NTT Anode Energy 將負責「創造」和「傳輸」綠色氫氣，並透過地下管道將氫氣從 NTT 展館輸送到 Panasonic 展館，兩者相距約200米。Panasonic 將使用自家研發的純氫燃料電池來產生電力，展示氫能在數據中心和其他場景中的應用，目標是推動日本碳中和進程。
● Keppel案例：液態氫供應鏈的創新應用
與其他依賴氫燃料電池的數據中心不同，Keppel 與澳大利亞的 Woodside 合作，專注於液態氫供應鏈。他們計劃最快在2030年開始，每天從位於珀斯的H2Perth工廠向新加坡的Keppel數據中心供應大約1000公噸的液態氫。
液態氫具有高能量密度，適合長距離運輸與大規模供應，是清潔能源的有效儲存方式。然而，與直接使用壓縮氫氣發電的氫燃料電池不同，液態氫需要先轉化為氣態後才能用於燃料電池發電，這使得它處於氫能供應鏈的上游部分，專注於生產與運輸環節。
Keppel 的液態氫供應鏈模式為氫能技術提供了新的解決方案，不僅拓展了氫能在資料中心的應用範疇，還有助於克服距離和供應規模的限制。
氫能作為資料中心供電來源的潛力巨大，隨著技術的進步和成本的降低，氫燃料電池有望成為資料中心的重要能源選項。儘管目前仍面臨一些挑戰，但隨著更多企業和技術合作夥伴的加入，氫能在資料中心的應用前景將更加光明。
