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摘要：
实现 24/7 全天候无碳能源远比每年将能源使用量与可再生能源采购量相匹配要复杂得多，技术上也更具挑战性。科技巨头们正想方设法实现全天候无碳能源这一终极目标。
撰文 | Penn
编辑 | Tang
→这是《环球零碳》的第1118篇原创
面对日益严峻的气候问题，科技巨头们纷纷制定了自己的气候战略。
谷歌提出到 2030 年实现全天候使用无碳能源，亚马逊计划到 2040 年实现整个运营的净零碳排放，微软更是承诺2030年之前实现负碳排放，并且在2050年前，移除从公司自1975年创立以来全部直接或间接排放的二氧化碳当量。
其中，谷歌、苹果、脸书分别在2017、2018和2020年完成运营体系的100%可再生能源使用。但这距离24/7 全天候无碳能源 (CFE)这一终极目标仍有不小的差距。
全天候无碳能源意味着每千瓦时的电力消耗都由无碳电力来源满足，每天每时每刻，无处不在。这既是完全脱碳电力系统的最终状态，也是加速实现这一目标的关键，其要求将一天中每个小时的能源消耗与无碳能源进行匹配，并在所消费的能源来自于同一电网的生产。
实现 24/7 全天候无碳能源远比每年将能源使用量与可再生能源采购量相匹配要复杂得多，技术上也更具挑战性。而善于解决挑战的谷歌、微软、亚马逊们为了可持续的未来，正在全天候无碳能源的征程上加速狂奔，他们都做出了哪些努力？
图说：谷歌可再生能源采购量与总用电量的比较 来源：谷歌
01
大力购买无碳能源
早在 2010 年，谷歌就签署了其有史以来第一份协议，购买爱荷华州 114 兆瓦的风力发电。这笔交易使谷歌成为企业购电协议 (PPA) 的先驱，即直接从运营数据中心的电网上的开发商购买可再生能源的合同。从 2010 年到 2022 年，谷歌签署了 80 多份协议，总计约 10 吉瓦的清洁能源发电能力。
图说：谷歌数据中心全球零碳能源地图 来源：谷歌
2022 年，谷歌的所有数据中心（包括由第三方运营的数据中心）实现了约 64% 的全天候无碳能源。在谷歌的 41 个电网区域中，有7个达到至少 90% 的全天候无碳能源，13 个达到至少 85% 的 全天候无碳能源。
科技巨头亚马逊在绿电消费方面也是一马当先。根据BNEF的统计，亚马逊连续第四年成为全球最大的清洁能源买家，其光伏和风电购买量比后三家公司的总和还要多。
2023年，亚马逊在16个不同市场宣布了74笔单独的PPA，总购电量达到8.8GW。其中超过60%的交易为购买光伏发电，其余则为购买风电。这使得亚马逊宣布的企业PPA资产组合达到33.6GW，成为了全球第八大清洁能源资产组合，仅次于美国最大电力公司NextEra的34.6GW，尽管亚马逊自己并不拥有项目。Meta在2023年紧随亚马逊之后 ，宣布了3GW的PPA。
图说：全球企业可再生能源购电协议（PPA）亚马逊位居榜首 来源：BNEF
除了谷歌和亚马逊，微软的绿色电力消费实力也不容小觑。2021年7月，微软延展了“到2025年实现100%采用可再生能源”的承诺，提出到 2030 年，微软将在100%的时间里，实现100%的电力消耗与0碳能源采购相匹配。
根据微软最新的可持续发展报告，截至 2022 年底，微软在其全球业务中已在 16 个国家签订了超过 13.5 吉瓦的清洁能源合同。2024年5月1日，微软更是与博枫资产管理公司宣布签署一项全球可再生能源框架协议，将投资 100 多亿美元开发可再生能源发电能力，以满足人工智能和数据中心日益增长的需求。
根据协议，博枫将于2026年至2030年期间在美国和欧洲地区向微软提供超10.5吉瓦的新增可再生能源发电，并有望扩大服务范围至亚太地区、印度和拉丁美洲。该协议的购电规模几乎是此前最大单一企业购电协议的八倍，成为了有史以来全球最大的企业级清洁能源采购协议，这也使微软成为了仅次于亚马逊的第二大清洁能源企业买家。
图说：微软签署协议投资 100 多亿美元建设可再生能源发电能力 来源：blackridgeresearch
02
加速推进新技术
风能、太阳能分布较广且总量巨大，但受地域、天气等自然环境影响较大，随机性和波动性等特点比较明显，电力输出不稳定，这与科技巨头们对数据中心持续且稳定供电的要求相悖。因此，谷歌、亚马逊和微软都把目光瞄向了可以全天候提供绿色能源的下一代能源技术。
在加快新技术和改进技术的发展方面，谷歌在优化现有 CFE 技术的发电量、管理全球运营的能源需求、加快下一代能源的开发等方面均进行了努力。
其中，在管理全球运营的能源需求方面，谷歌开发了一个 "碳智能计算平台"，可根据当地的 CFE 可用性优化计算任务的时间和位置。进而能够将数据中心的部分计算任务转移到当地太阳能和风能最充足的时间段，并在各数据中心之间进行任务的地理转移，从而实现在可再生能源充足的地区进行更多的计算。
图说：ENGIE为谷歌数据中心开发的 CarbonMatcher 24/7 分析工具 来源：ENGIE
在加快下一代能源开发方面，2021年5月，谷歌和清洁能源初创公司 Fervo 签署了世界上第一份开发下一代地热发电项目的企业协议。Fervo Energy已于2023年11月开始向谷歌供应3.5兆瓦的无碳电力，大约相当于 500 个美国家庭使用的能源。而谷歌也正与 Fervo Energy合作开发人工智能和机器学习技术，以提高下一代地热能的生产率，使其更有效地响应需求，同时填补可变可再生能源留下的空白。
除了地热能，谷歌也在核能领域进行了探索。2022年7月，谷歌和雪佛龙参与了核聚变初创公司 TAE Technologies 的2.5 亿美元融资。TAE宣布该资金将用于建造名为“哥白尼”的下一代核聚变机器，并表示将于 2025 年完工，该聚变机器使用氢硼作为燃料，并采用光束驱动场反转配置。
图说：LM26 的关键测试平台的原型 来源：General Fusion
与此同时，亚马逊开始了核能布局。2021年11月，亚马逊创始人杰夫·贝索斯 (Jeff Bezos) 和其他投资者参与了淡马锡领投的加拿大核电公司 General Fusion 1.3 亿美元的E轮融资，以支持其追求磁化目标聚变 (MTF) 商业化计划中的多项举措和里程碑。该公司于2023年8月发布了聚变演示项目Lawson Machine 26 (LM26)，并计划在2025年和2026年实现的转型技术里程碑。
在下一代能源技术领域，微软也同样走在了前列。去年5月，微软与初创公司Helion Energy签署了核聚变发电领域的首个商业协议。由OpenAI创始人Sam Altman支持的Helion承诺在2028年之前开始通过核聚变发电，并在一年之后为微软提供目标为至少50兆瓦的发电量，否则将支付罚金。
今年1月，微软聘请了其首位核技术主管阿奇·马诺哈兰(Archie Manoharan)，其职责包括“完善和实施全球小型模块化反应堆和微型反应堆能源战略”。这表明，微软也将进军小型模块化反应堆领域。
图说：Helion正在建造一个原型，以展示通过核聚变生产电力的能力 来源：Helion
03
通过合作和宣传转变能源系统
2021年，谷歌与其他合作伙伴共同发起了联合国全天候无碳能源契约，这是一个致力于构建加速电网脱碳所需的技术、政策、工具、理念和倡导的全球社区。在欧洲，谷歌与欧洲24/7 CFE 中心合作，该中心与 Eurelectric 合作创建了一个平台，能源购买者、供应商和政策制定者可通过此平台了解有关 24/7 CFE 的更多信息，并接受技术培训和实施指导。
图说：联合国全天候无碳能源契约 来源：UN
如何确保清洁能源购买者在时间和地点上将其消费与清洁能源发电量相匹配是实现24/7全天候无碳能源的关键，而这其中准确的追踪能源负荷、能源需求并按小时购买无碳能源匹配需求成为了重点。
在改进能源数据和清洁能源跟踪方面，谷歌正在推动开发先进的清洁能源跟踪方法，包括基于时间的能源属性证书。谷歌还与 EnergyTag、Electricity Maps、FlexiDAO 等组织积极合作，努力提高电网电力数据的质量、一致性和颗粒度。
图说：粒度证书交易联盟 来源：谷歌
2023年12月，微软、谷歌、可再生能源交易平台 LevelTen Energy 以及能源公司 AES 和 Constellation共同发起了 "粒度证书交易联盟"（Granular Certificate Trading Alliance），该联盟致力于建立一个小时证书市场，帮助全天候匹配负载与清洁能源，使能源购买者能够全天候轻松获取无碳能源，并激励能源销售者在最需要的地方和时间生产清洁能源。
而在一年之前的2022年12月，Meta、亚马逊、英特尔、通用汽车、喜力等公司联合创建了"排放优先伙伴关系"（Emissions First Partnership）旨在将减排优先于任何特定的时间匹配结构。该联盟倡导的碳匹配主张清洁能源购买者计算其消费产生的碳排放量，然后减去其清洁能源采购避免的碳排放量，目标是独立地制定消费和发电策略，以尽快达到零排放的最终结果。
有些人认为这两个阵营是直接冲突的。实际上，碳匹配和每小时能源匹配有一个共同的长期目标：无碳电网。然而，碳匹配和每小时能源匹配是实现该目标的两种不同策略，应被视为替代选项（而不是相互排斥的选项），每种选项都比现状有所改善。
路虽远，行则将至。虽然现实世界距离24/7 全天候无碳能源 (CFE)这一终极目标仍有不小的差距，但在各方的积极推动下，向 100% 无碳能源网过渡的进程正在加快。
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参考资料：
[1]Google Environment Report 2023
[2]https://sustainability.aboutamazon.com/climate-solutions
[3]https://blog.google/outreach-initiatives/sustainability/google-fervo-geothermal-energy-partnership/
[4]https://blog.google/outreach-initiatives/sustainability/how-do-offices-run-on-247-clean-energy/
[5]https://blog.google/outreach-initiatives/sustainability/new-progress-toward-our-247-carbon-free-energy-goal/
[6]https://cloud.google.com/blog/topics/sustainability/clean-energy-projects-begin-to-power-google-data-centers
[7]https://www.bnnbloomberg.ca/ai-is-exploding-data-center-energy-use-a-google-created-technique-may-help-1.2038994
[8]https://about.bnef.com/blog/amazon-is-top-green-energy-buyer-in-a-market-dominated-by-us/
[9]https://www.bnef.com/insights/33423
[10]https://www.bnef.com/insights/33375
[11]https://www.cnbc.com/2022/07/19/google-chevron-invest-in-fusion-startup-tae-technologies.html
[12]https://www.cnbc.com/2023/09/25/microsoft-is-hiring-a-nuclear-energy-expert-to-help-power-data-centers.html
[13]https://www.un.org/en/energy-compacts/page/compact-247-carbon-free-energy
[14]https://www.wri.org/insights/247-carbon-free-energy-progress
[15]https://www.leveltenenergy.com/post/gctradingalliance-pressrelease
[16]https://sustainability.fb.com/blog/2022/12/13/putting-emissions-first/
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