可再生能源來源和技術

當國家、企業和個人認識到全球暖化是終生的最大威脅之一後，可再生能源來源即大受歡迎並廣為利用。

何謂可再生能源？

您可能在全球暖化聽說過「可再生能源」一詞，接著又在氣候變遷聽到「可再生能源」一詞。但可再生能源到底是什麼？可再生能源為何如此重要？

可再生能源是指可以持續填補或複製的自然能源來源或生產過程。例如用之不竭的風和陽光。實際上，風力發電機和太陽能板都是主要的可再生能源來源。

除了取之不盡外，可再生資源 (或稱「流動資源」) 產生的汙染，通常比對應的不可再生資源少，是對人類和動植物更健康的選擇。也難怪全球領導人和環保倡議人士均大力支持使用可再生資源打造可永續發展的未來。

反之，石油、天然氣和煤等不可再生能源來源數量有限，無法快速填補，也無法供應全球各地。考慮原油：雖然有很多國家生產原油，但美國能源資訊局 (Energy Information Administration) 報告指出，全球的原油供應半數以上僅來自五個國家。而更重要的是，這些碳基化石燃料正是導致氣候變遷的元兇之一。

淨零要求

當國家、企業和個人正視全球暖化和氣候變遷是終生都要面對的最大威脅後，可再生資源即大受歡迎並廣為利用。在現代科技的幫助之下，目前的替代能源來源不僅更穩定，而且更符合成本效益，甚至比化石燃料獲益更高。

意識到個人對抗全球暖化和不可逆轉之氣候變遷的力量有限，全球各國於 2016 年簽署了巴黎協定。這份國際條約規定全球各國要努力於 2050 年達到「淨零排放」目標，亦即盡可能消除我們排放到地球大氣層中的二氧化碳。

世界持續改用釋放最少溫室效應氣體到大氣層的能源來源，正是我們成功扼止已發生的災難性環境變遷的方法。而比不可再生能源更「乾淨環保」的可再生資源，正是這項工作的重心主軸。

常見可再生能源來源

每天都有人努力開發及實施不會持續造成地球損傷的新可再生能源來源。讓我們看看一些最普遍的替代能源來源：

太陽能

由太陽又稱光電 (PV) 發電，以矽或其他材料製成的電池會將太陽光轉化成電能。能夠儲存及利用的太陽能量取決於日照時間、季節和太陽能電池的地理位置。美國能源部指出，90 分鐘地表陽光轉換的能量即足以供應全球整年的用電需求。

太陽能電場不限於陸地。也可以架設在水庫和湖泊等水體中。(這類的太陽能板稱為浮動式光電系統或太陽光電系統。) 以負責任的態度選址和製造後，太陽能系統因為不會產生空氣污染或溫室效應氣體，所以不會對環境造成不利的影響。

風能

風力發電機利用風力轉動渦輪機葉片發電。對風電最多的抱怨是利用風力發電的巨大風車佔地甚廣 (而且大多數人覺得很難看)。

現多以離岸風電場代替陸域風電場。雖然離岸風電場有其缺點，包括渦輪機可能需要靠不穩定的天氣和洶湧的海浪運行，以及架設海底電纜的費用高昂，但能無限供應的風力資源吸引力太強大。

地熱能

人工鑿井，抽取由地心岩漿 (礦物質和氣體的熔融混合物) 加熱的水，進而轉化產生的能源。熱水上升到地表時會變成蒸汽，推動渦輪機發電。將蒸汽和熱水抽吸回地下，會降低地熱能產生的碳排放量，讓這種地熱水資源成為一種綠色能源。

地球上有些地方 (例如冰島) 有豐富又容易取得利用的地熱能資源，但有些地方沒有這種自然資源。另一個缺點是在地質學上的熱點開挖鑿井，有可能產生重大的環境危害，增加地震風險。

水力發電

是指人工建造以控制水流的水壩與攔河堰。調配的水量會轉動發電系統的渦輪機葉片發電。因為來源可靠，所以水力發電比光電或風力發電更穩定。穩定性讓水力發電成為美國電能的最大可再生能源來源。

大型的水電場 (又稱為大壩) 因為會改變並減少自然的水流，所以不被認為是不可再生能源。生活在附近的動物和人類會因為失去部分或全部賴以生存的取水點而受害。反之，相較於大壩，小型的水電場 (裝置容量約小於 40 MW (千瓩)) 僅改變一小部分水流，且管理良好的小型水電場不會造成過多環境危害。

潮汐發電

另一種水力發電範例是潮汐發電，這種資源僅利用海洋一天兩次的潮汐水流動能推動渦輪發電機。潮汐發電雖然還是一種新生資源，但因為潮汐升降極易預測，所以成為吸引力強大的永續發展能源來源。和水壩一樣，有些潮汐發電方式對野生動物及其周圍環境有害。例如攔潮堰，其運作方式類似水壩，只是位在海灣或潟湖中。

生質能

是指利用在電站中燃燒物質所產生的熱能，推動蒸汽渦輪機發電。生質能是將廢棄物轉化成燃料所產生。將廢棄物轉化成能源可以低經濟和環境成本供電。

以廢材 (例如鋸木廠的各種廢料) 為例，可用於產生生質能，而不是丟在垃圾掩埋場中分解，提高碳含量。但也有很多生物質不被認為是乾淨的能源來源，因為它們會產生比化石燃料還高的碳排放。

可再生能源技術和雲端運算

雖然實施可再生能源資源的行動呼籲如火如荼，例如個人層面的住家太陽能和地熱發電，但產業界和企業層面的氣候危機處理仍然很重要。個人消費者方面以屋頂太陽能板為電動車供電的活動取得大幅進展，而產業界支持與提升乾淨能源解決方案的進展一定要加上雲端運算的環境效益。

雖然數位技術因所需能源較少而降低對環境的有害影響，但雲端運算仍要透過資料中心才能「接地」和地面交流溝通。有些雲端運算消耗大量的不可再生能源，例如加密貨幣挖礦。劍橋大學的分析估算指出，僅一家公司的加密貨幣挖礦 (比特幣)，每年所用的燃煤發電，就超過國家規模如挪威或阿根廷的全國用電量。

有些雲端服務公司，例如 Microsoft，透過提升效能和效率以及降低用電量專注於支援可再生能源技術，以協助減少實體資料中心對環境造成的影響。

雲端運算創新

雲端運算的環境效益範例包含下列創新：

液體浸沒式冷卻：這種伺服器冷卻方法有助於減少水電消耗，同時提供更高的處理能力。
電網互動式 UPS 電池：實作電網互動式 UPS 電池這種小步驟，有助於減少電網需求。
為後備電力提供更潔淨的燃料：資料中心備用發電機從使用傳統柴油改為使用低耗碳燃料，有助於減少碳排放量。

雲端運算不是解決氣候變遷問題的萬靈丹或單一解決方案，但有很多令人振奮的數位技術支援可再生能源。這些技術有助於減少能源耗用，並且協助轉型成為更接近碳中和的生活方式。

了解 Microsoft 的永續性承諾

電力與公用事業的雲端創新

以下為電力與公用事業的創新雲端解決方案範例：

智慧型或「智慧」電網

這些雲端技術最佳化了公司的能源管理。其利用來自個人客戶使用的數百萬個感應器之互動資料，依賴屋頂太陽能電池板和電動汽車等替代能源來更有效地運行電網。

人工智慧和機器學習

能源公司使用資料和 AI 來智慧比對可再生能源的需求和供應。數位對應項等技術使公司能够改善負載平衡，整合分散式能源資源，控制裝置，並自動化作業，以最佳化能源使用。

IoT (物聯網)

使用裝置感應器和預測性維護，公司可以管理和延長機械和其他資產的生命週期。這允許减少新製造中涉及的不可再生能源和資料的使用。

探索能源業適用的 IoT

碳捕集技術

雖然碳捕集本身不是可再生能源，但它透過擷取和儲存煙囪的排放物來減輕二氧化碳對環境的影響。它甚至可以從空氣中擷取二氧化碳，然後將其儲存在地下或回收利用以製造新產品，如燃料或建築材料。這些技術使用先進的排放儀表板、AI 和 IoT 數位對應項技術來改善碳捕集和儲存。

閱讀雲端運算的碳效益研究

可再生能源產業趨勢

採用可再生能源來源打破歷史記錄。國際能源署 (IEA，由 29 個國家組成之推廣健全能源政策的能源論壇) 表示，全球可再生能源容量目標在 2024 年前將再擴大 50%。就成長面而言，太陽能領先群倫，但風力、地熱和水力發電也不遑多讓。

偏向太陽能

IEA 也預測到 2025 年時，太陽能將佔全球可再生能源產業成長的 60%。中國、比利時、荷蘭、奧地利、澳大利亞和美國有望領先其他各國，預測各將增加數百萬部太陽能裝置。

太陽能為何大行其道？原因之一，是太陽能板的安裝費用多年來一直下降，而且預期會暴跌。另一個原因是，相較於對地理位置有特定要求的風力和水力發電等等能源來源，太陽能更容易取得，設備安裝更方便。不管氣候如何，地球上每一處都能照到陽光。

因為大量普及，所以太陽能產業現在著重於擴大儲存容量和改善配電，以便住家和企業無論在什麼樣的天候下都有電可用。這種增長同樣也刺激更多公司、國家和一般居民住家全部重押太陽能。

風能：陸域和離岸

風能採用也隨著全球風能容量的增加而增加。中國目前佔全球第一位，但美國和日本因為相關法規傾向支持，正逐漸趕上。

拜登-賀錦麗政府承諾，美國將於 2030 年部署完成 30 GW (百萬瓩) 的離岸風電。日本國會已制定激勵製造河海港口渦輪機的法規，並鼓勵開發人員打造離岸風電場。日本甚至可能以離岸渦輪機取代核子反應爐。

水力發電盛行與地熱能興起

IEA 表示，雖然在可見的將來，水力發電仍會是全球可再生能源的主要來源，但卻不會像太陽能發電或風力發電這樣蓬勃發展。合適且符合成本效益的地點短缺，致使成本增加。

冰島和環太平洋地區國家盛行的地熱能，預期可在 2024 年成長 28%。亞洲國家，特別是印尼和菲律賓已開始增加容量，目前不見絲毫縮減跡象。

拋棄「污」電力

可再生的未來對傳統電力來源而言是何意義？看到乾淨能源有較低的成本和上漲的需求，會促使大量的油氣公司擴大可再生資源的投資。實際上，IEA 預測「可再生資源將於 2025 年取代煤，成為全球最大的發電來源。」

與此同時，沙烏地阿拉伯等中東國家可能因為有豐厚大量的可再生能源來源：太陽能，而由產油國家全部轉型為產光電國家。專家表示，如果儲能技術持續進步，且立法機構通過合適的法條，沙國有可能在 2040 年改換 100% 可再生能源系統。

北美超級電網

雖然世界看似已準備好全面擁抱可再生資源，但目前的電力基礎建設仍未完善，無法有效率地支援這項改變。以美國為例，目前最大的問題之一，即如何有效率地全國供電。

進入北美超級電網。這張電網由位在美國華盛頓特區的非營利組織 Climate Institute (氣候研究所) 所建議，讓可再生能源更容易取得。架設完成後，美國就可以將西南部電場的太陽能送到東北部的各大城市。

理論上，節點式的高壓直流輸電 (HVDC) 網路會安裝在現有區域配電系統的上層，所有人都能使用可再生能源，不用改變目前家庭和企業的用電方式。如果實施，這張超級電網會讓乾淨能源在化石燃料主導的市場中更具競爭力。

實際的可再生能源創新和範例

許多企業、產業和國家令人敬佩地將智慧型創新雲端技術併入可再生能源工作中，有些甚至在近期即可主要或全部使用可再生能源來供電。

Axpo

Axpo 是瑞士最大的可再生能源製造者，它使用 Azure 認知搜尋、Azure 地圖和 Power BI，讓網格線工程師和維修小組輕鬆找到有關每個網格線資產狀況的全方位最新資料。這會將搜尋時間最多減少 99%，更輕鬆以接近即時的方式識別問題區域，並簡化自動化數個網格線資產管理工作的方式。這可大幅縮短完成許多作業活動所需的時間。

閱讀案例

SSE Renewables

歐洲另一家頂尖的再生能源公司 SSE Renewables，是全球建造最多離岸風力電場的公司，使用 AI、IoT 和雲端技術確保其工作不會危害到周邊的野生動物和生態系統。例如，該公司使用遠端數位攝影機，將資料上傳到啟用 AI 的雲端系統，追蹤個別動物的活動和活力，監測附近鳥類的健康。

閱讀案例探索如何使用 IoT 管理能源

Vattenfall

Vattenfall 是瑞典國營的多國電力公司，可再生能源的又一先鋒。此公司與 Microsoft 攜手合作，建立了即時可再生能源需求與立即可用供電的配對服務。有些可再生資源不一定能在企業需要時即時供應。(畢竟，太陽不會時刻閃耀，風也不會吹不停。) 有了 Vattenfall 的全年無休配對服務後，想要 100% 改換無化石供電的公司就可以達成願望了。例如，在無太陽能電可用的特定時段，此服務會為企業配對可用的可再生能源來源。

深入了解

波蘭國家環境保護和水管理基金

在公部門中，波蘭國家環境保護和水管理基金運用雲端運算，讓波蘭公民更容易申請與收到讓住家能源使用更有效率且對空氣汙染較無害的補助款項。該組織將補助款申請流程完全數位化，藉以簡化此獎勵計劃的行政工作，讓公民更容易申請有效率使用能源的補助款，以及獲得該組織的獎勵。自從該組織將其獎勵計劃現代化後，已有超過 215,000 名的波蘭物業業主收到這些能源補助款。