編按：人工智慧的蓬勃發展，帶動資料中心的用電量大增，台電公司日前更暫停桃園以北地區5MW以上的資料中心申設。因應資料中心對於電力供應帶來的挑戰，本文作者盧展南參考國外的做法與經驗，對營運商與電力公司提出建言。
人工智慧新應用正在重塑整個世界，智慧運算爆發式的成長對資料中心的運算能力和效能提出了新的需求，資料中心產業目前正處於快速發展和技術變革的特殊時期，也為資料中心所需的電力供應帶來了挑戰。
根據國際能源總署(IEA) 的報告，在最壞的情況下，到2026 年，全球資料中心的用電量將增加一倍，該報告將這種不斷增長的電力需求歸因於人工智慧和加密貨幣挖礦等電力密集工作負載的增加。該報告的作者表示：「更新的法規和技術改進，包括效率方面的改進，對於減緩數據中心能源消耗的激增至關重要。」一個先進半導體晶圓廠的用電契約容量約70-120 MW（百萬瓩），外加AI及資料中心產業政策推動之用電成長所需的電網建設須儘早面對。
支持資料中心快速擴展的3個基本供電策略
人工智慧模型通常比過去20年推動資料中心成長的資料檢索、串流媒體和通訊應用程式更加耗能。依照每個ChatGPT 請求需要2.9 瓦時的電能，人工智慧查詢預計需要的電量是傳統 Google 查詢的10倍，而傳統 Google 查詢每次大約消耗0.3瓦時；新興的計算密集型功能（例如圖像、音訊和視訊生成）是史無前例的。隨著向雲端運算和人工智慧的轉變，新資料中心的規模不斷擴大。一到兩年的建置期、對高度可靠電力以及對新型非碳排電力的需求，可能會對區域電力供應帶來挑戰。美國電力研究院（EPRI）強調了支持資料中心快速擴展的3個基本策略：
- 資料中心能效提高並增加靈活性。
- 資料中心開發商和電力公司在資料中心電力需求、時間安排和靈活性以及電力供應和交付限制方面密切協調。
- 更好的電網分析建模工具可以規劃5至10 年以上的電網投資，以預測和適應資料中心的成長，而不會對其他客戶產生負面影響，並根據這些巨大的新需求確定維持電網可靠性的策略。
資料中心選址考量6大因素，永續營運重要性增
最佳的資料中心位置對於利用雲端運算、邊緣運算、人工智慧和其他資料密集型應用程式的企業至關重要。電網建設與電源及用電場所息息相關。廠商選擇資料中心位置涉及評估幾個關鍵標準，以確保最佳效能、效率和未來成長，包括：通訊連接性和頻寬、氣候和冷卻、電源充足性和永續性、政治和經濟穩定、災害風險、需靠近最終使用用戶。
靠近最終用戶是選擇資料中心位置的關鍵因素，因為它會顯著影響延遲、服務提供和整體用戶體驗。高速互聯網和多個光纖線路和路由，對於減少延遲和確保可靠的資料傳輸至關重要，大幅改善通信連接性和頻寬會吸引更多資料中心投資。資料中心策略性的位於關鍵用戶群（例如製造區或金融區）附近，可以提供更快、更可靠的資料和服務存取。
.jpg)
取得再生能源及提高能源效率對於資料中心的永續營運越來越重要。（圖片來源：iStock）
為了確保不間斷運行，會優先考慮自然災害風險較低的地點。而較涼爽的氣候可減少人工冷卻的需求，從而降低了能源成本，而取得再生能源及提高能源效率對於永續營運越來越重要。
資料中心所處理的工作若對反應延遲並不敏感，例如訓練AI大語言模型 (LLM)、資料聚合和索引、網路搜尋等工作，在郊區建造資料中心園區更為經濟。許多資料中心開發人員開始在不尋常的地方尋找具有過剩電力的站點。儘管這些社區並不以光纖連接和低延遲數據需求而聞名，但它們會從數據中心開發中獲益，數據中心開發產生了大量稅收、就業和其他社會投資，而不會給城市基礎建設帶來太大負擔。
新加坡發布綠色資料中心路徑，促進能源效率提升
放眼國外，新加坡雖然土地、能源和人力成本較高，但符合建置AI等運算資源關鍵因素，許多跨國公司和營運商繼續尋求在新加坡經營業務，需求不斷增長，新加坡政府力保其在東南亞資料中心樞紐地位。因應這樣的發展，該國政府強化需求面管理，發布「綠色資料中心路徑圖」(Green Data Centre Roadmap)，主要目標是促進創新以加快能源效率提升，重點包含：
一、提高資料中心硬體和軟體層面的能源效率。包括：(1)根據資料中心的需求制定機體冷卻解決方案。(2)透過熱帶資料中心機體安全運作溫度的提高，以減少冷卻的能源消耗(資料中心運作溫度每升高1°C，就可以節省2%-5%的能源)。(3)透過使用軟體的工具(例如伺服器虛擬化)、應用綠色軟體技術來提高伺服器的能源效率。
二、加速資料中心綠色能源之使用。促進產業提供低碳能源，包括生質能、建築應用光電、碳捕獲技術、燃料電池、低碳氫與氨。
三、建立合作夥伴關係以實現綠色能源與解決方案。以更有效地設計和營運資料中心，並鼓勵企業最終用戶採用節能技術。
四、為促進轉型和永續發展，與業界共同強化制定標準和認證。預計2024年底前更新資料中心的綠色標章，以提高資料中心的能源效率標準，2025年之前推出IT設備能源效率和液體冷卻標準，促進這些技術在新加坡的使用。
此外，亦將透過對資料中心部門的新能源效率補助金，促進企業最終用戶升級到節能的IT設備。這些從需求面考量，管理處於熱帶地區的資料中心營運及供電需求法規，值得各國學習。
電網區域供需不平均，易引發機組跳機
電網需要冗餘的發電能力及輸電容量，因應可能發生的重大電網事故，維持電網供電韌性及資料中心運轉持續性。而電網輸電線的輸電能力，主要受3個限制因素影響：熱容量限制、電壓降限制、穩定度限制。穩定度及電壓降會受到電網架構的影響，當電網呈現狹長走向且電源及負載集中區域供需不平均，電源需經長途大量的輸送，易導致電網暫態穩定度問題；若穩定度不足，保護機制失效，則可能出現大範圍跳電的情況。
國內北部電力多從中南部輸送，當電源需經長途大量的輸送，易導致電網暫態穩定度問題。（圖片來源：iStock）
雖然發生輸電線路N-2事故 (指同鐵塔與不同鐵塔的兩輸電迴路同時故障或維護停供) 的機率率不高，但電力公司若採用N-2輸電運轉安全準則，過高的南電北送，可能導致機組跳機，造成大範圍事故，電力公司須謹慎以對。
針對台電公司暫停桃園以北地區5MW以上的資料中心申設，台電表示不是缺電問題，而是北部電廠及電網不夠，中（南）電北送有其限制。的確，若不做電網架構調整或另做設備投資，目前台灣只要全系統負載超過40000MW，主幹線輸電量都有可能超過南電北送的N-2安全輸電限制3600MW。
採行區域電價，實際反映供電成本
電力公司若願意擴大資訊公開，把每年南電北送輸電量超標的次數加以統計，就可大致瞭解台灣在區域電力供需不均下，大量長途輸電上所面對的風險。
在能源組合上，台灣將擴大天然氣發電容量及廣設液態天然氣(LNG)接收站，冷排放能LNG (Bp：-162℃)之超低溫液體，估計每公斤LNG具有160Kcal冷能，若能於LNG接收站附近建立資料算力園區，可有效運用冷能協助資料中心冷卻，有助紓解排碳電源的使用及輸變電設備投資溝通的壓力。
創新的電價機制可確保工商業用戶支付電網投資較大比率，有助於減輕家庭納稅人的負擔，使他們能夠獲得資料中心電網改進的好處，而無需承擔電網容量擴張的成本。
台灣若能參考國際電力自由市場，反映因發電成本及輸電系統壅塞和輸電損失，採用區域電價，確實反映各區域供電的實際成本，將可以協助影響資料中心申設地點，激勵包括資料算力產業的能源效率提升，再生能源和區域電源及電網的建設意願，舒緩輸電瓶頸，滿足產業用電申設需求。
參考資料：
- Best Data Center Locations 2024，Omdia
- Powering Intelligence: Analyzing Artificial Intelligence and Data Center Energy Consumption，EPRI
- Charting green growth pathways at scale for data centres in Singapore，IMDA
- 星國迎AI浪潮，資料中心容量擬增35%！最新計畫拚增建綠色設施，助數位與永續雙贏，RECCESSARY
※ 本文為中山大學電機工程學系中山講座教授盧展南投稿，原文標題：〈AI算力產業擴充可以協助能源產業及電網的改革〉。
（觀點文章呈現多元意見，不代表《RECCESSARY》的立場）
《RECCESSARY》長期徵稿，針對新能源、減碳議題，需要您的獨特觀點，歡迎各類專業人士來稿一起交流。投稿請寄reccessary@gmail.com，文章若採用將經編輯潤飾。
