AI時代的能源轉型，成為各國政府與企業的迫切課題。示意圖。Unsplash by dhahi alsaeedi
【編按】AI時代，許多人認為「算力等於電力等於國力」，能源焦慮因此大幅攀升。但除了建置更多電廠、重啟核能，還有其他解方？3月，人稱「能源效率大師」的史丹佛大學Precourt能源研究中心資深學者盧安武博士訪台，帶來了深刻洞見，值得台灣各界參考。
文：方鈺宜（台灣氣候行動網絡 研究員）、楊沛為（台灣氣候行動網絡 研究員）、趙家緯（台灣氣候行動網絡 研究中心總監）共同撰寫
國際能源效率大師、美國知名智庫落磯山研究所（RMI）創辦人、史丹佛大學Precourt能源研究中心資深學者盧安武（Amory B. Lovins）博士3月訪台，於智慧城市展與淨零城市展進行以「透過整合設計實現大幅提升能源效率」為題的專題演講，探討能源轉型能夠如何突破既有思維，以「整合設計」（integrative design）提升整體系統的效率與轉變。
所謂「整合設計」意即從整體系統進行最佳化，透過反向由終端用途回推設計，並以跨領域的方式尋求解方，而非僅針對單一零件進行改良的設計思維。以建築領域為例，美國、印度等地已有多處辦公大樓與商業建築，透過可防止熱能流失的建築外殼、自然通風、吊扇設計等方式，在成本差異不大或甚至更低的情況下，降低體感溫度、提升建築能效。
在工業系統中，以「粗、短、直的管線」搭配「小型幫浦」，並且要求在工程布局時「先布置管線，再安置設備」，這兩個看似簡單且無需新科技的設計改變，亦能大幅降低幫浦與馬達的耗電，同時也具備減少設備體積空間、降低噪音、易於維護且延長設備壽命等多重優勢，對全球工業部門的減量可有極大潛力。
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從下游設計減少資料中心能耗
隨著人工智慧（AI）與數位化的快速發展，資料中心用電需求與能耗成為當前國內外高度關注的議題。
在傳統的能源系統和資料中心運作模式下，導入火力發電廠的燃料約有三分之二流失於電廠與電網之中，此後又有一半的計量電力（metered electricity）花費於冷卻系統和其他無法中斷的電力供應上。
接續又有一半進入資料中心伺服器的能源會流失於不具效率、利用率低的電力供應與風扇上。後續還有運算資源因缺乏虛擬化（virtualization）的嚴重利用不足和膨脹軟體（bloatware）執行非必要的線程與進程。種種因素疊加之下導致最初所投入的能源最終可能只有幾十萬分之一真正在為客戶創造價值。
針對此挑戰，盧安武博士強調應同樣以整合設計的視角，從下游開始節省：應優先從應用程式與業務流程端「精簡軟體（debloat software）」，確保每一個運算週期都是絕對必要的。
更新伺服器、晶片等IT硬體設備可將內部能源耗損大幅減少75%，在硬體的耗能與發熱量降低後，便能進一步將冷卻、照明和備用電源等設施的支援負載消減90%。在軟體最佳化、強化資料管理等一連串由下游回推的措施之下，能夠使最上游的電廠與電網的電力耗損減少約50%，並減少終端碳排放、減輕上游電力公司的負擔與風險。
盧安武：AI時代無需核能，不會把電網吃垮
而針對如何滿足AI時代的用電需求這一眾所關注的議題，盧安武博士進一步指出，AI 時代並不必然需要核能。依其近年論述，將 AI 資料中心需求直接等同於必須新建核電，是把高度不確定的需求預測誤當成既定事實。
國際能源署預估，到 2030 年資料中心帶動的新增用電僅約占全球電力需求成長的十分之一，資料中心用電占比也只是升至約 3%；同時，再生能源可支撐資料中心需求成長的幅度，IEA 估為其 10 至 20 倍，BloombergNEF 更估超過 100 倍。正因如此，盧安武直言「AI 不會把電網吃垮」，而核電既慢且貴，在 AI 追求快速上線的情境下，並無商業上或運轉上的必要。
他也強調，若任由 AI 熱潮成為核能與燃氣擴張的理由，反而可能使電力系統被鎖進高成本、長工期且高風險的路徑之中。他在演講與文章中，都舉出Google 位於德州規模達850 MW 新資料中心，將由現地太陽能、風電與電池在 18 個月內便可提供上線運轉，而非等待 5 年以上。
另在內華達州 Sparks，Redwood Energy 的太陽能微電網以 20 MW-DC 太陽能板搭配 63 MWh 儲能，提供 10 MW-AC 的全天候供電，而且僅用 4 個月建成。若從速度、成本與風險角度衡量，核能並非AI時代的必要解方，反而可能成為延誤轉型、加重用戶成本負擔的高風險選項。
善用整合設計，化解半導體擴張焦慮
針對近年台灣用電量增長主因，2030年用電量將占全台灣20%的半導體產業，盧安武博士此次來台時，亦有安排行程前去台積電討論可能的解方。盧安武博士演講時分析半導體晶圓廠的節能潛力，指出晶圓廠的高耗能並非僅來自製程本身，而是大量疊加於冷卻、送排氣、超純水、潔淨乾燥空氣、備援電源與其他公用設施之上的結果。其所展示的新晶圓廠設計序列顯示，若依照「先定義需求、再縮小負載、最後配置設備」的整合設計邏輯，即使尚未計入製程工具本身的效率提升，總用電也可大幅下降。
以 Texas Instruments 的 RFab 為例，相關方法已帶來 40% 的節能與 2.3 億美元的資本成本節省，並在後續 17 年持續降低單位產品能耗、用水與溫室氣體排放，說明半導體產業仍具有可觀的深度節能潛力。
破除能源轉型兩大迷思，加速整合設計概念實踐
再將視角拉升至電力系統層次，盧安武博士認為需優先破除各界對能源轉型常見的兩大迷思。
首先，電氣化必然導致電力需求大幅增長是最大迷思。他以挪威為例，強調該國熱泵普及率快速成長至2023年的63%，電動車普及率也已達三成。但在如此巨幅的轉變下，挪威的總體電力需求在此區間並未出現大幅飆升。顯示高能效所能提供的緩衝作用。德國在2010至23年同步推動廢核與減煤的過程中，再生能源與能源消費的減少相加之下也抵消了核能和火力機組除役所留下的空缺。日本雖然再近年重新轉向仰賴核能機組，但其在2010至2024年間因福島核災後停用核電的1850億度供電缺口，也完全由再生能源和節能彌補。
第二個迷思，則是各界常以再生能源固有的間歇性質疑其穩定供電之能力。對此，盧安武博士指出，即便是傳統的火力或核能等電廠也無法全天候運轉，也會因故障、歲修電網需求等因素彈性調度。況且，目前對於風能和太陽能等變動性再生能源發電量預測的精準度，已可與電力需求的預測並駕齊驅。
盧安武博士以指揮家引導交響樂團比擬電網調度：其關鍵在於各個樂器與樂手能否在適當的時刻做出貢獻，而非各樂器是否能夠長期、不間斷的發聲。透過整合多樣化的電網彈性資源，包括需量反應、分散式儲能（包含電動車電能回輸電網V2G技術）、多樣化的綠電組合、準確的發電預測和使用端的效率，電網便可穩定運作。
全球已有多個國家與地區證實了高綠電滲透率的實務可行性：蘇格蘭2023年的再生能源發電量為使用量的152%、丹麥2025年超過88%、德國2025年為57%、葡萄牙2023年達76%、南澳大利亞電網更預計將於明年達成全再生能源供電。
對台灣的啟示：整合設計與制度改革落實真正的深度節能
在全球能源發展正經歷由化石燃料向再生能源與「電力科技（Electrotech）」全面轉型的趨勢之下，盧安武博士指出光電、風機、電動車等電力科技已具成本優勢且得以透過大量的實驗、學習與規模擴大達成正向學習曲線，使成本急劇下降。
對於地狹人稠的台灣而言，發展地面型太陽能光電雖面臨土地空間與建置環境的限制，但透過創新與模組化的設計，例如：摺疊式、波浪型等可靈活展開的模組化光電板結構，則可以突破組裝、支架系統、布線等硬性需求，如此一來不僅能適應各種受限空間並大幅縮短部署時間，預估更能將太陽能光電系統的整體成本大幅降低高達一半。
若將盧安武博士的整合設計觀點放回台灣當前政策脈絡，其實與政府近年主推的「深度節能」方向具有高度一致性。行政院於 2024 年核定「深度節能推動計畫」，作為 113 至 116 年的重要政策工具，預計 4 年投入 353 億元，促進節電 206 億度電，並帶動約 3,266 億元節能投資。官方並指出，台灣 2019 至 2023 年能源效率年均改善率已達 5.1%，已提前達成 COP28 所倡議全球能效年均提升 4% 的方向。
但盧安武在本次演講中，最強調若以整體系統而非零件堆疊的方式重新設計建築、車輛與工廠，從交付能源到最終服務的能源生產力可提升至多 5 倍；在工業系統中，僅重新設計幫浦、風機、馬達、管線與風管，就可能帶來 40%–90% 的節能，而且資本成本反而更低。若再疊加晶片架構優化、伺服器效率改善與軟體端的精簡設計，半導體與資料中心相關設施的整體用電仍有顯著下修空間。因此若台灣可進一步採納盧安武博士的整合設計建議，方能落實真正的深度節能，提升台灣能源韌性。
（作者意見不代表《遠見》立場）