數(shù)據(jù)中心日益增長的能源消耗促使管理員在其基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)探索并采用可持續(xù)能源解決方案。利用風(fēng)能的風(fēng)力渦輪機正成為數(shù)據(jù)中心一種頗具前景的可再生能源。
為了增加發(fā)電量，風(fēng)力渦輪機的尺寸正在不斷增大，但這也增加了它們占用的空間。本文探討了風(fēng)力渦輪機的發(fā)電量和效率、理想位置、實施挑戰(zhàn)以及哪些公司利用風(fēng)能為其數(shù)據(jù)中心供電。
風(fēng)力渦輪機的發(fā)電量和效率
風(fēng)力渦輪機的發(fā)電量主要取決于風(fēng)速和所使用的渦輪機的具體類型——垂直或水平。這項技術(shù)在過去十年中發(fā)展迅速。根據(jù)國際可再生??能源機構(gòu)的數(shù)據(jù)，現(xiàn)代陸上渦輪機的容量為3兆瓦至4兆瓦，海上渦輪機的容量為8兆瓦至12兆瓦。
現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機更高，葉片更長，轉(zhuǎn)子直徑更大。這種設(shè)計使它們能夠覆蓋更大的區(qū)域，即使在風(fēng)力較小的地區(qū)也能有效地捕獲更多風(fēng)力，從而產(chǎn)生更多的電力。
海拔越高，風(fēng)的流動就越自由，風(fēng)速通常會越高。高海拔地區(qū)和水域與地球表面物體（例如樹木、山脈和建筑物）的摩擦力較小。這就是為什么海上風(fēng)力渦輪機即使在較低的高度也能產(chǎn)生更多電力的原因。
風(fēng)力渦輪機的理想位置
對于陸上風(fēng)力渦輪機而言，風(fēng)切變（風(fēng)速隨海拔高度的變化）高于平均水平的地區(qū)是風(fēng)電場的理想地點。根據(jù)伯克利實驗室的《陸基風(fēng)電市場報告：2024年版》，大多數(shù)高度超過110米的風(fēng)力渦輪機塔架集中在美國中西部和東北部，因為這些地區(qū)的風(fēng)切變較大。
直接土地使用和風(fēng)電場總面積
風(fēng)力渦輪機在地面上的占地面積不大，但它們占用了相當(dāng)大的空域。根據(jù)密歇根大學(xué)可持續(xù)系統(tǒng)中心的風(fēng)能情況說明書，美國風(fēng)力渦輪機每兆瓦裝機容量的直接土地使用量為85英畝（0.13平方英里），其中塔架和進場道路占地1%。這意味著一臺 2-3 兆瓦的風(fēng)力渦輪機占用 170 至 255 英畝（0.27 至 0.40 平方英里）的土地。
更大的挑戰(zhàn)在于安裝多臺渦輪機。風(fēng)電場需要在渦輪機之間留出相當(dāng)大的空間，以最大限度地減少湍流，順應(yīng)自然的地形并避開其他障礙物。單臺渦輪機與另一臺渦輪機之間的距離應(yīng)約為轉(zhuǎn)子直徑的七倍。這一間距可以保護渦輪機及其附近的建筑物免受湍流的影響，并使渦輪機能夠以最佳狀態(tài)運行。
根據(jù)美國能源部的數(shù)據(jù)，現(xiàn)代風(fēng)力渦輪機的平均轉(zhuǎn)子直徑為 133.8 米（438.98 英尺）。這意味著渦輪機之間的空域應(yīng)為 936.6 米（3,072.83 英尺），即 0.58 英里（0.58 英里）。渦輪機下方的大部分間接土地可用于其他用途，例如農(nóng)業(yè)農(nóng)場和牧場。許多現(xiàn)有的風(fēng)電場都位于美國中西部的農(nóng)業(yè)區(qū)。
數(shù)據(jù)中心風(fēng)力發(fā)電的挑戰(zhàn)
數(shù)據(jù)中心使用風(fēng)力發(fā)電面臨諸多挑戰(zhàn)，包括空間、發(fā)電限制和政府法規(guī)。
空間
主要的挑戰(zhàn)在于空間——不僅在于安裝空間，還在于材料運輸空間。大型轉(zhuǎn)子葉片難以運輸，因為它們一旦組裝完成就無法折疊或彎曲。這限制了運輸路線和轉(zhuǎn)彎半徑。較高的渦輪機塔架直徑較大，難以安裝在橋梁或高速公路立交橋下。
由于大多數(shù)數(shù)據(jù)中心都位于交通受限的地區(qū)，因此設(shè)施所有者很難自行安裝高容量風(fēng)電場。垂直渦輪機的安裝間距可以比水平渦輪機更近。然而，垂直渦輪機的發(fā)電量低于水平渦輪機。
發(fā)電限制
到2023年，為人工智能工作負載、服務(wù)器和容器供電的美國數(shù)據(jù)中心至少需要176太瓦時的電力，遠遠超過水平渦輪機的總發(fā)電量。風(fēng)能有助于實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，但如果不利用大量土地，僅靠風(fēng)能來產(chǎn)生足夠的能源來運行大型數(shù)據(jù)中心是不可行的。
政府法規(guī)
美國的風(fēng)電分區(qū)法規(guī)主要由地方市政區(qū)域制定，這使得數(shù)據(jù)中心所有者難以滿足相關(guān)要求。許多地區(qū)除了運輸和物流指南外，缺乏全面的風(fēng)電法規(guī)。這導(dǎo)致了一些武斷的規(guī)定，例如渦輪機后退要求，而這些要求在不同司法管轄區(qū)之間存在很大差異。
利用風(fēng)能的企業(yè)
AWS、谷歌、Meta 和微軟等科技巨頭與風(fēng)電場所有者和可再生能源公司合作，將風(fēng)能作為其可再生能源計劃的一部分。
據(jù) AWS 稱，該公司投資風(fēng)能和太陽能，以推進其綠色能源目標(biāo)。AWS 即將在希臘擁有三個風(fēng)電場，這將減輕電網(wǎng)壓力，并支持該國實現(xiàn)可再生能源目標(biāo)。AWS 還與其他專注于俄勒岡州和德克薩斯州等州風(fēng)力發(fā)電的可持續(xù)能源公司合作。
谷歌表示，該公司已與荷蘭簽訂了電力購買協(xié)議，將使用海上風(fēng)力渦輪機為荷蘭數(shù)據(jù)中心供電。該公司還與意大利達成協(xié)議，將建設(shè)一個陸上風(fēng)力渦輪機項目，該項目將通過可再生能源公司 ERG 產(chǎn)生 47 兆瓦的清潔能源。
微軟表示，該公司已與荷蘭電力供應(yīng)商 Vattenfall 簽訂了電力購買協(xié)議，將購買 100% 的風(fēng)能為其本地數(shù)據(jù)中心供電。微軟還在愛爾蘭和懷俄明州簽訂了風(fēng)力發(fā)電協(xié)議。
其他利用風(fēng)能的數(shù)據(jù)中心設(shè)施包括：
- EcoDataCenter（瑞典）。100% 采用可再生能源，其中 25% 為風(fēng)能。
- Kao Data（英國）。100% 采用可再生資源供電，風(fēng)能是其中之一。
- Virtus 數(shù)據(jù)中心（英國）、Switch（美國）和 Scala 數(shù)據(jù)中心（巴西）。所有數(shù)據(jù)中心均采用風(fēng)能、太陽能和水力發(fā)電相結(jié)合的方式供電。
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