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苹果之后,微软也要建「发电厂」了

爱范商业 2021-09-06 14:35:55

从 Windows 到 Surface 电脑,微软的产品大多给人一种特别的感受——直接且粗犷,就很理工科。

这一特质甚至还体现在微软总部园区设计上,对比 Apple Park 园区「飞船」造型所营造的奇幻感,微软位于西雅图雷蒙德市的总部显得有些普通,没有特别吸睛的建筑,就像是身边的街区。

苹果之后,微软也要建「发电厂」了

这或许是微软主动为之的结果,让办公地点像城市一样具备包容性。

不过前段时间这家极具理工科特质的公司,却宣布了一个颇为奇幻的计划——在自家园区地下建设一座地下发电厂。

理科生的「狂想」,微软要建一个地下发电厂

这一切还要从微软总部改造计划说起。

1986 年,微软在正式上市前将自家总部落户于美国西雅图雷蒙德市,起初总部仅有 4 栋办公楼,随着公司逐渐发展壮大,才一步一步扩增、改建园区。

苹果之后,微软也要建「发电厂」了

▲  图片来自:微软

随着新的办公楼扩张需求出现,微软也终于有机会实现建设地下发电厂的计划,它们这次选择了与西雅图颇有名气的设计公司 NBJJ 合作,推平总部的部分建筑楼,并在原址建设一个地下发电厂。

根据计划微软将在总部 2.5 英亩的地下挖掘 875 个地热井,每个地热井的挖掘深度达 550 英尺(约 167.6 米)。

苹果之后,微软也要建「发电厂」了

▲根据具体的用电需求,落成后的地热井数量可能有变化. 图片来自:微软

在地热井中,微软将投下一个高达 65 英尺(约 17 米)的热储能罐,罐中的主要物质是水,也就是能量转换介质,更利于储存热量。

这个地下发电厂其实利用了地下一定深度恒温的原理,通过热泵、冷却器、发电机等设施,将热能转化为机械能,机械能最终转化为电能。

在微软总部地下还有着 220 英里长的传输管道,以实现能量的传输。

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▲图片来自:微软

有趣的是,按照微软的计划一般情况下人们是看不到地热井的,它们将被园区的树木遮住或覆盖,融于环境当中。

这和微软总部的设计思路如出一辙,极高的绿化率、四通八达的公路、大学校园一般的开放性,不奇幻但却让人舒心。

当然,如果实在想看看这套「树林中的机器」也不是完全不可以,微软表示会在地热发电厂附近设置一个透明的门廊,让人们了解这些设备是如何运作的。

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▲图片来自:微软

相比传统的煤炭发电,地热发电有着不小的优势,就比如利用地下恒定温度解决制热/制冷需求,冬天天气寒冷时,地上温度低于地下,微软就可以通过传输管道将地热传到到建筑中,充当「暖气」,反之亦然。

这样不仅省下了不少电费,连供暖和空调设备数都能减少一部分,微软表示对比原有系统,新的地热系统能耗将降低 50%。

这套地热发电系统,使用时间越久越省钱,毕竟不用交电费了,要知道在美国不少地区可都是阶梯式计算电费的,像微软这样的用电大户,用电量只多不少。

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而且地热发电厂发电使用的热能转换介质水也是可以循环使用,其并不会被冷却装置排出,而是作为热能储藏到热能罐当中。

这样一来微软一年可以减少 800 万加仑的用水量,几乎相当于 12 个奥林匹克游泳池的用水量了。

更重要的是地热发电并不需要和煤炭发电一样消耗矿石资源,它和太阳能一样是清洁能源,这也是微软要在总部地下建设地下发电厂的主要原因之一,早前它就放出豪言,要在 2030 年实现碳中和。

苹果之后,微软也要建「发电厂」了

▲ 图片来自:微软

不过园区改建终究是一项大型计划,地下发电厂作为计划中最后一座开工的建筑,预计要在 2023 年才能开放。

和苹果、特斯拉相比,微软地下发电厂有什么优势?

造发电厂似乎成为了一种新的新趋势,数据中心、云服务、存储系统,科技公司们对算力的需求有多高,对电力的需求就有多高,再加上各家对于碳中和的承诺,建设发电厂就再正常不过了。

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▲ 微软数据中心

当然,各家具体的落地方案有些不同,这也代表了不同的技术方向。

作为新能源领域的新晋巨头,特斯拉更擅长研发电池,甚至进入了消费级市场,卖起了储能电池。

特斯拉家用级储能电池产品有 Powerwall ,其在疫情期间一机难求,一度涨价。企业级电池产品则有 Megapacks,其最大储能达 3 MKh,甚至于苹果都成了特斯拉的客户,向它买了 87 个 Megapacks 电池。

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▲多个 Megapacks 电池组成的储能系统 图片来自:特斯拉

但苹果和特斯拉的发电方式殊途同归,都依靠太阳能,苹果在 2015 年耗资 8.7 亿美元,于美国加州建造了一座约 1300 英亩的超大型太阳能发电厂,为自家总部等多个设施供电。

说到这你可能也猜到太阳能发电对比地热发电的劣势了,无论苹果还是特斯拉,太阳能发电对于阳光要求更高,微软可以在自己总部地下直接开干,苹果却要跑到总部外建发电厂。

这中间还牵扯到大量电力传输设施,又是一批大投入,更长的传输距离往往意味着更多的电能损耗。微软的地下发电厂,仅仅是从地上到地上到地上,传输距离可短多了。

另一个劣势则是占地面积,太阳能发电对地区大小的要求远高于地热发电,这个从苹果发布的图片就能看出,两者的宏大级别不在一个等级。

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▲ 苹果太阳能发电厂

国家地理曾发布数据,一个发电量在 1GWh 的地热发电厂将占用大约 404 平方英里,具有相同能量输出的风能电场则需要大约 1335 平方英里,一个太阳能发电场需要大约 2340 平方英里。

地热发电稳定性也会好上一些,正如上文所述,地下温度是恒定的,甚至能根据不同的地面温度,使用不同的转化方式。

苹果的太阳能发电厂则只能在白天使用,当初它向特斯拉买储能电池,也是因为电池能储藏太阳能转化的电能,不至于浪费白天转化的电量,在夜间也能满足总部的用电需求。

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▲ Megapacks 超大的储电量能适应不同用电需求

当然,这也并不是说地热发电没有缺点,对比太阳能发电、风能发电,地热最大的缺点是效率太低,发电量比不上前两者。

而且地热发电需要提前预估用电需求量,并以此为基准数据预估要建设的地下热能井数量。一旦遇到高发需求,供电量很可能会不够。

所以微软在建设地下发电厂时也表示,总部并非全部靠它发电,太阳能发电仍然是很重要的补充部分,高并发需求时地热发电是主力发电设施,太阳能发电则是辅助设施。

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这就像是游戏中的角色属性一样,无论地热发电还是太阳能发电,都不是六边形战士,两者各有各的优势,互相配合发挥自己的长处,反而是常态。

地热发电,向 10% 进发

微软的地下发电厂其实只能算作是地热发电的小规模运用,它只是利用了相对常见的地下恒温层,其温度并不会太高,因此提供的能量大小也有限,更适合家用或商业建筑使用。

苹果之后,微软也要建「发电厂」了

一旦微软在 2023 年完成地下发电厂,对于其他公司来说都是一种鼓励。除了公用电网,大型科技公司们也可以选择长久使用更划算的建设方案。

而地热发电的大规模应用其实是充分利用地球各大洲板块相交区域的地热资源,相比普通的地下恒温层,它们有着更高的的温度,也更容易利用,但这也让大规模地热发电受限于特定地区。

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▲ 高温温泉是典型的地热资源之一

我国西藏羊八井镇就是一个有着大量地热资源的区域,不仅有温泉、喷泉、甚至还有热水田等资源,这也让它成为了我国首个开发地热发电的区域,1977 年羊八井地热电站建设完成,至今仍然是西藏的主力发电厂之一。

相比其他地区,西藏的地热资源较多,同时煤炭等化石资源较少,自然而然地成为了我国发展地热发电的主要地理区域之一。

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▲ 羊八井地热发电站.

地热发电大规模应用受限于地热资源,而太阳能、风能的发电转化率和覆盖率均优于它,因此在不少国家和地区太阳能、风能的发展优先级往往会高于地热发电,现在我国多个地区都已经有了太阳能发电厂。

随着时间流逝,情况在逐步发生变化,温泉旅游等热能应用案例推动了旅游行业的发展,再加上观念转变,地热作为清洁能源再次进入主流视角当中,曾经的「煤都」山西今年就建成了一座高温地热发电试验电站。

根据山西日报的报道,新建成的地热发电试验电站项目一期占地面积为 50 亩,其中 1 号试验机组装机容量到了 300kW,是一个不错的开始。

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▲山西地热发电试验电站. 图片来自:中国城市能源周刊

同时,对新能源的探索也不仅仅限于环境保护的角度,它仍然可以带动产业升级,甚至成为养育一方水土的新产业,地热不仅可以发电,供暖、温泉旅游、疗养甚至养殖都是新的应用方式。

目前太阳能、风能、地热能等清洁资源还未能全面取代煤炭等化石资源发电,个中原因,除了技术限制也有开发程度不足的原因,地热发电就是一个典型案例,全球仍然还有许多未曾开发的地热资源。

代尔夫特理工大学两位长期关注地热能源的学者 Kenneth Gavin 和 William Craig 就曾著书表示,作为电力和供暖的可再生能源,充分开发的地热能源有望满足全球 10% 的用电需求。

在可预见的未来,地热发电的效能只会越来越接近这个数字。

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