資料中心數量的成長為何需要再生能源？人工智慧將如何改變能源的未來？

✅ 粗略地說

介紹

這次，我們將從法律和實踐的角度，解釋「隨著資料中心數量的增加，為什麼再生能源變得必要？」這個主題。
前幾天，我收到一家對投資資料中心感興趣的公司的一般性諮詢，其中提到了這個主題，所以我認為這是一個很好的討論主題。

在幕後，資料中心全年 365 天、每天 24 小時運轉，為我們每天使用的數位服務（如 ChatGPT、Google 搜尋和視訊串流）提供支援。
然而，似乎很少人知道，生成式人工智慧的快速普及導致這些資料中心的電力消耗爆炸性成長，這對能源政策構成了嚴峻挑戰。

根據國際能源總署 (IEA) 於 2025 年 4 月發布的題為《能源與人工智慧》的報告，預計到 2030 年，全球資料中心的電力消耗量將達到約 945 太瓦時 (TWh)，比 2024 年的水準翻一番。
這略高於日本目前的年度總用電量（約 900-950 太瓦時）。

在這種情況下，採購再生能源實際上已成為資料中心營運商的「必備條件」。
採購再生能源不僅僅是環境方面的考慮；對於企業而言，這也是參與 RE100（100% 可再生能源：一項國際倡議，宣布 100% 的電力消耗將由可再生能源滿足）、響應 ESG（環境、社會、治理）投資以及保持其國際競爭力的必要條件。

這次，我想從多個角度分析這個問題，並盡可能引用具體數據，解釋全球公司的策略、技術應對措施以及日本國內的發展趨勢。

資料中心實際功耗情況

到2030年，資料中心消耗的電力將與整個日本的用電量相當。

根據上述國際能源總署報告，到 2024 年，全球資料中心的電力消耗量估計約為 415 太瓦時，但預計到 2030 年將翻一番，達到約 945 太瓦時。
光是這一增長就相當於日本目前的年度總用電量。

日本的情況更為緊迫。多項研究表明，日本資料中心的電力消耗預計將從2024年的19太瓦時(TWh)增長近三倍，到2034年達到57-66太瓦時。這相當於約1500萬至1800萬戶普通家庭的年用電量，預計尖峰電力需求將達到6.6-7.7吉瓦(GW)。這一規模將佔日本總尖峰負載的約4%，對電力供應系統的影響可能十分顯著。

ChatGPT：提出一個問題消耗的能量是Google搜尋的 10 倍。

造成電力需求激增的最大因素被認為是生成式人工智慧的普及。
根據《日本經濟新聞》（2025年6月）報道，在 ChatGPT 上提問並獲得答案所消耗的電量約為 2.9 瓦時 (Wh)，這大約是單次 Google 搜尋所消耗電量（約 0.3 瓦時）的 10 倍。

傳統搜尋引擎只是從現有索引中搜尋相關頁面，而生成式人工智慧則即時運行具有大量參數的神經網路來產生句子。
這種計算過程的複雜性體現在功耗的差異上。

事實上，調查結果顯示，在美國的一些地區，資料中心電力需求的增加導致一般家庭的電費每年上漲 6% 至 7%。

一個資料中心消耗的電量相當於一個小城市的電力。

我還想簡單談談大型資料中心（超大規模資料中心）的規模。
根據日本石油天然氣金屬礦產資源局（JOGMEC）的文件，一個典型資料中心的耗電量約為 50MW。
這相當於大約 10,000 至 16,000 個普通家庭的合約容量，與一個擁有 30,000 人口的區域性城市的用電量相當。

人們也擔心，如果如此大規模的電力需求集中在特定區域，會對電網造成影響。
根據日本經濟產業省（2024 年 6 月）的文件顯示，日本約 80% 的資料中心集中在東京和大阪地區，造成區域電力供需短缺。

為什麼再生能源至關重要—5個結構性原因

那麼，為什麼資料中心需要再生能源呢？
人們認為存在一些結構性原因，這些原因不能只用環境因素來解釋。

原因一：火力發電廠會導致碳排放快速增加，與氣候目標相反。

首先，存在著與氣候變遷措施一致性的問題。
如果 2030 年資料中心增加的電力需求（約 530 太瓦時）完全由燃煤發電廠滿足，據估計，二氧化碳排放量每年將增加 5 億噸以上。
這相當於日本年度總排放量的一半左右（約 11 億噸），可能會使各國幾乎不可能實現《巴黎協定》下的氣候目標。

溫室氣體會計系統已被國際社會廣泛採用，作為企業計算和報告溫室氣體排放量的標準。
尤其對於資料中心營運商而言，減少範圍 2排放（與使用其他公司提供的電力、熱能和蒸汽相關的間接排放）可能是最重要的問題。

原因二：RE100 和範圍 2 減排－企業「生存的必要條件」。

其次，遵守國際倡議正成為事實上的「准入要求」。
RE100 是由氣候組織和 CDP（碳揭露計畫）發起的一項國際倡議，參與該倡議的公司聲明，他們將 100% 從再生能源中獲取電力，並被要求每年報告其進展。

根據環境省的文件（2025年9月），截至2025年11月，全球將有444家公司參與RE100計劃，其中包括94家日本公司。參與公司包括蘋果、谷歌、微軟和Meta（Facebook）等全球IT公司，這表明再生能源採購已成為資料中心業務的「標準規範」。

尤其值得關注的是，不採用再生能源的公司可能會被排除在ESG投資之外。日本政府退休投資基金（GPIF）是全球最大的退休基金，其管理的資產規模約為6兆日圓，並採用ESG指數進行投資。未能充分應對氣候變遷的公司可能會被排除在投資目標之外。機構投資者撤資以及商業夥伴將其排除在供應鏈之外等風險，被認為是企業管理面臨的嚴重威脅。

原因三：企業購電協議－長遠來看，再生能源更經濟。

第三，從經濟理性的角度來看這個問題。認為再生能源價格昂貴的傳統觀點並不一定準確。

近年來，企業購電協議（企業購電協議：一種企業根據長期合約直接從發電公司購買再生能源電力的系統）發展迅速。
根據彭博新能源財經的數據，2023 年全球將簽署 46 吉瓦的企業購電協議，比去年的 41 吉瓦成長 12%。
據說這是有史以來的最高水平。

企業購電協議的最大優勢在於，由於長期固定價格，降低了價格波動的風險。
從傳統電力公司購買電力會讓你面臨化石燃料價格波動的風險，但購電協議 (PPA) 透過長期合約（通常為 10 至 20 年）提供更可預測的電力成本。
此外，根據國際再生能源機構（IRENA）的數據，2010 年至 2022 年間，太陽能發電的平準化能源成本（LCOE）將下降約 89%，這表明再生能源的經濟競爭力已顯著提高。

原因四：防止對當地電網造成壓力

第四，還有減輕對電網影響的角度。
資料中心的集中分佈給當地電網帶來了沉重負擔。
如上所述，日本 80% 的資料中心集中在東京和大阪地區，因此人們擔心某些地區的電力需求會突然增加。

針對此議題，經濟產業省和總務省於 2024 年 10 月發布了《數位基礎設施（資料中心等）發展專家會議中期報告 3.0 》，提出了區域分散式資料中心的概念，並將能源保障（包括再生能源採購）作為選址要求之一。
具體而言，政府制定了一項政策，旨在促進在再生能源資源豐富的地區（如北海道、東北和九州）建設發電廠，並透過在電網附近開發再生能源（異地購電協議）來減輕現有輸配電網路的負擔。
尤其值得一提的是，將該設施選址在寒冷地區有望帶來提高冷氣效率的額外好處。

原因五：國際競爭力－「取得再生能源的能力」是一項區位條件。

第五，從國際競爭力的角度來看。
全球企業在決定資料中心選址時，能否取得再生能源似乎是最重要的因素。

經濟產業省綜合資源能源諮詢委員會發布的題為《關於電力需求》的文件（2024 年 6 月）報告稱，運營數據中心的外國公司表達了諸如“與其他國家相比，日本的大規模購電協議有限”和“新的可再生能源發展停滯不前”之類的擔憂。

事實上，正如後文將要討論的，亞馬遜、Google（Alphabet）和微軟等全球性公司正在積極在日本採購再生能源，但與其他國家相比，日本目前的購電協議（PPA）市場規模仍然較小。預計完善再生能源採購環境將成為吸引資料中心投資的競爭優勢之一。

全球IT公司的大策略

接下來，我們將探討一些全球IT公司採購再生能源的具體例子。

亞馬遜—全球最大的再生能源買家

亞馬遜在 2023 年簽署了 8.8 吉瓦的新購電協議，連續第四年成為全球最大的企業再生能源買家。
據稱，再生能源累積合約總量超過 30 吉瓦，合約遍及 16 個國家。
如上文所述，亞馬遜是 RE100 的參與公司之一。

在日本，該公司與三菱商事株式會社合作，宣布計劃在東京都會區和東北地區的約 450 個地點開發太陽能發電廠。
據稱，該發電容量約為 22MW，據報道，這是日本最大的企業購電協議。
該公司計劃將這些電力用於其自身的資料中心。

微軟—簽署了超過20吉瓦的購電協議，並在小型核反應器領域進行了投資

微軟已在全球簽署了超過 20GW 的購電協議，並在努力確保電力供應的同時，不斷擴大其人工智慧伺服器群。
據報道，日本於 2025 年 10 月與 Natural Energy 簽署了一項額外的再生能源購買協議。
如上文所述，微軟也是 RE100 的參與公司之一。

根據彭博新能源財經的數據，預計到 2024 年，亞太地區的場外購電協議交易量將達到 10.3 吉瓦，年增 51%，凸顯了該地區再生能源採購的快速擴張。

更值得注意的是，微軟也正在投資開發小型模組化反應器（SMR）。
根據國際能源總署的報告，美國主要IT公司計劃開發總裝置容量超過20吉瓦的小型模組化反應堆，並且正在考慮在2030年後使用核能。

Google（Alphabet）—「全天候無碳能源」的挑戰

Google（Alphabet）的目標不僅僅是“100%可再生能源”，而是“全天候無碳能源”。
這是一個雄心勃勃的目標，即按小時而不是按年總量實現 100% 可再生能源，我們的目標是在 2030 年實現這一目標。
如上文所述，Google（Alphabet）也是 RE100 的參與公司之一。

據報道，2024 年 5 月，日本 JERA（由東京電力公司和中部電力公司的火力發電業務整合而成的公司）與太陽能開發商 West Holdings 簽署了一項為期 20 年的可再生能源購電協議。
電力將供應給千葉縣和茨城縣的資料中心。

Meta（Facebook）和企業PPA市場的現狀

Meta（Facebook）還簽訂了約 5.2 吉瓦的場外可再生能源合同，主要包括太陽能，利用其自身運營和購電協議 (PPA)。
如上文所述，Meta（Facebook）也是 RE100 的參與公司之一。

從 2023 年各公司企業購電協議 (PPA) 合約的數量來看，預計前四大公司（亞馬遜、微軟、Meta 和Google）將佔據全球市場的大部分份額。
很明顯，這些全球性公司在企業購電協議市場中處於領先地位。

科技創新－降低電力消耗的挑戰

除了採購再生能源外，提高資料中心本身的能源效率也至關重要。我們還將研究實現這一目標的技術措施。

PUE－衡量資料中心效率的指標

PUE （電源使用效率）是用來衡量資料中心能源效率的國際指標。
這是透過將整個資料中心的功耗除以 IT 設備的功耗而得到的值，越接近 1.0，效率就越高。

典型資料中心的產業平均 PUE 值約為 1.5 至 2.0。
綠色資料中心的目標值通常設定為 PUE 1.3 或更低。
相較之下，據報導，尖端的浸沒式冷卻技術可實現 1.05 至 1.07 的 PUE。

浸沒式冷卻－一項革命性的冷卻技術

據說，採用傳統的空氣冷卻方法時，資料中心 40% 到 50% 的電力消耗都用於冷卻。
浸沒式冷卻技術因其能夠解決這一問題而備受關注。

浸沒式冷卻是一種將整個伺服器浸入絕緣冷卻油中的冷卻方法。
據說液體的吸熱能力是空氣的1000倍左右，因此無需風扇或大型空調設備。

根據通報，KDDI、三菱重工和NEC網路與系統整合公司於2022年進行的一項示範實驗中，PUE值達到了1.05，與傳統的空氣冷卻相比，成功降低了94%的冷卻功耗。
經濟產業省似乎也在評估這項技術，認為它是一種「超高效冷卻技術」。

除了散熱效率高之外，浸沒式冷卻的優點還包括靜音（無需風扇）、防塵（灰塵不會進入）和高密度封裝（可在小空間內安裝許多伺服器）。

然而，仍有一些問題需要解決，例如需要改變營運和維護方法、改進伺服器製造商保固制度以及建立生態系統（擴大合作夥伴）。

從空氣冷卻到水冷卻－節能的循序漸進方法

浸沒式冷卻是一項創新技術，但其推廣應用也面臨一些挑戰。
因此，從空氣冷卻過渡到水冷卻被推廣為一種更實用的節能方式。

2025 年 4 月，富士通、NIDEK 和美國 Supermicro 宣布將合作提高資料中心的能源效率（雖然完全無關，但我很好奇 NIDEK 將會如何…在撰寫本文時，它因會計不當而上了新聞…）。
透過利用水冷技術（一種透過循環液體冷卻設備的方法），該公司旨在減少冷卻所需的電力。

一般來說，空氣冷卻的平均 PUE 值為 1.6，水冷卻的平均 PUE 值為 1.2，因此認為水冷卻有望提高效率約 25%。

電池儲能－應對再生能源的波動性

再生能源的發電量會受到多種因素的影響，例如太陽能發電在夜間無法發電，風力發電會受到風況的影響。
解決這個問題的方法是使用蓄電池。

透過將資料中心與儲能電池結合，可以在再生能源過剩時儲存電力，並在再生能源短缺時釋放電力。
此外，透過參與供需調節市場，人們認為可以在為電網穩定做出貢獻的同時創造收入。

NTT 宣布了一項名為「瓦比特協作」的概念，旨在透過根據再生能源發電情況靈活控制資料中心工作負載和電池充放電，從而有效利用再生能源並優化電力供需平衡。

日本面臨的挑戰與機會：區域振興與再生能源的結合

最後，讓我們來看看日本國內正在採取的措施。

北海道石徠市－「再生能源x資料中心」的典範

日本最引人注目的例子是北海道石漾市。
石∆市有三大優勢：豐富的再生能源資源（預計未來 10 至 20 年再生能源發電量將達到 3.6 吉瓦）、寒冷的氣候（冷氣效率高）以及廣闊的土地面積（可建造大型資料中心）。

報告的主要項目包括東急不動產株式會社的石徠可再生能源資料中心 1 號（計畫於 2026 年 3 月竣工，100% 再生能源）、京瓷通訊系統的石徠資料中心（計畫於 2024 年 10 月開始運營，100% 再生能源）以及 NTT-ME 20125 月 2025 年 20 月可再生能源）以及 NTT-ME 的 20125 月 2025 月可再生能源）以及 NTT-ME 20125 年 20125 年式可再生能源）以及 NTT-ME 20125 年 201225 年式可再生能源）以及 NTT-ME 20125 年 20125 月）的風裝能源

石駱市正在大力發展各種再生能源，包括海上風能、陸上風能、太陽能和生質能，並因其在「再生能源在地化生產和消費」與「吸引資料中心」的綜合推廣方面樹立的典範而備受關注。

軟銀將在北海道建置日本最大的資料中心

軟銀宣布計劃於 2026 年在北海道開設日本最大的資料中心。
這是一個基於再生能源採購的大型資料中心，配備了GPU以滿足人工智慧需求。

軟銀預測，到 2040 年，日本資料中心的電力需求將飆升至 3,300 萬千瓦，是 2020 年水準的 22 倍，而這項策略似乎正是為了滿足這一龐大的市場需求。

九州和東北地區－發展太陽能和風能的理想地點

九州是太陽能發電的理想地點（日照時間長），該地區再生能源佔比已經很高。
東北地區擁有巨大的風力發電潛力，其廣闊的土地面積使其能夠開展大規模計畫。

經濟產業省的《資料中心選址策略》概述了一項政策，旨在促進在這些地區建立資料中心，並結合再生能源的發展。
預計此舉將同時實現區域振興和脫碳目標。

日本企業面臨的挑戰：迫切需要擴大購電協議市場

然而，日本仍面臨重大挑戰。
根據再生能源研究所的一項調查，預計 2024 年日本企業購電協議 (PPA) 市場的合約量約為 150 兆瓦，僅佔全球市場 (46 吉瓦) 的 0.3% 左右。

如上文所述，外國公司指出，「與其他國家相比，日本的大規模購電協議數量有限」。
未來需要採取的行動包括加強輸配電網路（消除電網限制）、建立購電協議市場體系、促進再生能源發電企業與消費者之間的匹配以及提供長期穩定的政策支援。

概括

在本文中，我們從各個角度探討了資料中心需要再生能源的結構性原因。

總結要點，我認為可以這樣概括：
首先，電力消耗規模極為龐大，預計到 2030 年全球將達到 945 太瓦時（相當於整個日本的用電量）。
其次，遵守 RE100 和範圍 2 減排等國際框架正成為企業的「生存條件」。
第三，隨著企業購電協議的擴大，從長遠來看，再生能源可能會變得更加經濟合理。
第四，將其與分散式再生能源結合，可以有效降低當地電網的負載。
第五，再生能源採購環境是國際競爭力的來源。

全球 IT 公司（亞馬遜、微軟、Alphabet、Meta）已經採購了數十吉瓦的再生能源，並透過液冷等創新技術方法實現了顯著的節能。
即使在日本國內，包括北海道石∆市在內，也正在進行將再生能源與資料中心結合的努力，但仍有許多問題需要解決，例如擴大購電協議市場和消除電網限制。

我們認為，資料中心不再只是“IT設施”，而是已經發展到可以被視為支撐數位經濟的“能源基礎設施”的階段。
如何取得這些電力是一個重要議題，它與應對氣候變遷、提升企業國際競爭力、振興區域振興等多個政策目標直接相關。

隨著生成式人工智慧在未來變得更加普及，預計資料中心的電力需求將進一步增加。
為了解決這個問題，人們認為需要採取綜合措施，擴大再生能源採購，透過技術創新節約能源，並改善系統。

如果您對本文有任何評論或疑問，請隨時留言。
我們希望與您探討與您一起探討與資料中心和再生能源相關的法律和實際問題。