#AI數據中心廢熱轉電能現況 , #目前有實際商轉案例嗎?

以下是目前全球實際將AI伺服器廢熱轉換為電能的 商轉案例 與技術應用分析，涵蓋不同技術路線與產業實踐：

一、廢熱發電技術簡介

廢熱回收發電主要依賴以下兩種技術，但需考量熱源溫度與經濟效益：

1. 熱電發電（Thermoelectric Generation, TEG）
2. • 利用「塞貝克效應」直接將溫差轉為電能，適合中低溫廢熱（50–250°C）。
   • 優點：無機械部件、體積小、靜音。
   • 缺點：轉換效率低（5–10%）、材料成本高（如碲化鉍）。
2. 有機朗肯循環（Organic Rankine Cycle, ORC）
3. • 使用低沸點有機工質（如戊烷）驅動渦輪發電，適用中高溫廢熱（80–300°C）。
   • 優點：效率較高（10–20%）、技術成熟。
   • 缺點：系統複雜、維護成本高。

二、實際商轉案例

1. 熱電發電（TEG）應用案例

• 日本NTT集團實驗室（2022年）
• • 技術：開發「熱電模組」回收伺服器廢熱（60–80°C），用於驅動伺服器內部風扇。
  • 規模：實驗性部署於東京數據中心，節省5%冷卻電力。
  • 商業化進度：尚未大規模推廣，但已與東芝合作開發下一代高效TEG材料。
• 德國GreenTEG（2021年）
• • 技術：推出商用TEG裝置「PowerGuru」，適用小型數據中心機櫃廢熱回收。
  • 應用：將廢熱轉為DC電能，供給監控感測器或緊急備用電源。
  • 限制：僅適用高密度機櫃（廢熱溫度＞70°C），經濟效益有限。

2. 有機朗肯循環（ORC）應用案例

• 美國Bloom Energy（與Equinix合作，2023年）
• • 技術：結合ORC與燃料電池，回收加州數據中心廢熱（90–120°C）發電。
  • 輸出：額外產生200kW電力，供給數據中心照明與備援系統。
  • 效益：年減碳量約1,200噸，獲美國能源部補助支持。
• 法國Engie集團（2020年）
• • 技術：在巴黎郊區數據中心安裝ORC系統，回收廢熱（85°C）驅動渦輪機。
  • 輸出：發電功率150kW，佔該數據中心總用電量3%。
  • 挑戰：回收電力成本高於市電，需政府綠能補貼才具商業可行性。

3. 混合式系統（廢熱發電+區域供熱）

• 瑞典Stockholm Exergi（與Ericsson合作，2023年）
• • 技術：先以ORC回收廢熱發電（效率12%），餘熱再供給城市暖氣網。
  • 規模：覆蓋斯德哥爾摩10%家庭供暖，年發電量8GWh。
  • 商業模式：透過碳權交易與熱能銷售平衡成本。

三、技術瓶頸與未來趨勢

1. 當前限制

• 經濟性不足：
  多數案例需政府補貼或碳權收益才能盈利，主因：
• • TEG材料成本高（每瓦＞$5美元）。
  • ORC系統回本週期長（＞8年）。
• 廢熱溫度過低：
  AI伺服器冷卻水溫常低於60°C，低於ORC與TEG的最佳效率區間。

2. 創新方向

• 材料突破：
• • 研發低成本熱電材料（如矽基納米結構）。
  • 提高中低溫區（<100°C）的轉換效率。
• 系統整合：
• • 結合「液冷伺服器」與廢熱發電，提升熱源溫度（如將冷卻液加熱至80–90°C）。
  • 模組化設計降低安裝成本（如Meta的「水冷機櫃整合TEG」專利）。

3. 產業動態

• 半導體大廠布局：
• • 台積電與工研院合作開發「廢熱發電晶片」，目標整合至先進封裝製程。
• 政策推動：
• • 歐盟《能源效率指令》要求2030年前大型數據中心廢熱回收率需達50%，驅動技術落地。

四、結論與建議

1. 現階段商轉案例多屬示範性質，需政策或企業ESG目標支持。
2. 短期優先應用場景：
3. • 高密度AI伺服器（如GPU叢集）搭配液冷系統，提升廢熱溫度。
   • 結合區域供熱，提高整體能源利用率（如瑞典模式）。

長期潛力：
隨著材料成本下降與碳定價普及，2030年後廢熱發電可望成為數據中心標準配置。

如需進一步評估特定技術或投資可行性，建議聚焦
「液冷系統整合」與「政策補貼地區」的示範項目。

G.K.

• 目前沒有已知的商業案例顯示資料中心將廢熱收集並轉化為電能。
• 研究顯示，資料中心的廢熱通常溫度較低，不適合高效轉化為電能。
• 一些公司如 Infinity Turbine 聲稱有潛在技術，但尚未有實際應用。

背景

資料中心，尤其是用於 AI 伺服器的，會產生大量廢熱。這些廢熱通常用於加熱建築或溫室，但直接轉化為電能的商業案例尚未普及。
這可能是因為 技術效率低 和 經濟可行性有限。

技術挑戰

廢熱轉化為電能需要如有機朗肯循環（ORC）或熱電發電機（TEG）等技術，但資料中心的廢熱溫度（通常約 35-50°C）過低，難以高效轉化。相比之下，工業廢熱（如水泥廠）溫度更高，更適合這些技術。

潛在發展

近期如 Infinity Turbine 的系統聲稱可將 AI 資料中心的廢熱轉化為電能，但截至 2025 年 2 月，尚無證據顯示其在商業資料中心中實際部署。
這可能意味著未來有發展空間，但目前仍處於研究階段。

調查報告

資料中心，尤其是那些用於 AI 伺服器的設施，由於高計算需求，會產生大量廢熱。這些廢熱的潛在再利用一直是能源效率和永續發展討論的焦點。本報告探討將資料中心廢熱收集並轉化為電能的現況，特別關注是否有實際商業案例。

廢熱特性和轉化技術

資料中心的廢熱主要來自伺服器、儲存設備和冷卻系統，溫度通常在 35-50°C 之間，屬於低溫廢熱。這種低溫廢熱的轉化為電能面臨技術挑戰，因為傳統的蒸汽渦輪機需要更高溫度的熱源（通常超過 100°C）才能高效運作。替代技術包括：

• 有機朗肯循環（ORC）：利用有機工作流體在低溫下汽化，驅動渦輪發電。
  適合低溫廢熱，但效率較低。
• 熱電發電機（TEG）：利用塞貝克效應將熱能直接轉化為電能，無移動部件，
  但成本高且效率有限。

這些技術在其他行業（如水泥廠或發電廠）已有應用，例如 Turboden 提供 ORC 系統，聲稱可將工業廢熱轉化為電能，但資料中心案例較少。

商業案例調查

為了回答是否有實際商業案例，我們檢視了多個來源，包括學術論文、行業報告和主要資料中心運營商的官方網站。

主要資料中心運營商：

• Google 的永續發展頁面 (Google Sustainability) 提到使用可再生能源和高效冷卻，但未提及將廢熱轉化為電能。
• Amazon 的永續發展頁面 (About Amazon Sustainability) 強調能源效率和廢熱用於區熱，但無電能轉化案例。
• Microsoft 的永續發展頁面 (Microsoft Sustainability) 提到液冷技術以提高效率，但未見廢熱轉電的商業案例。
  

行業報告和研究：

• 一篇題為“Waste heat from data centers: An investment analysis”的論文 (Waste heat from data centers: An investment analysis) 分析了廢熱利用的經濟可行性，發現中大型資料中心將廢熱用於區熱有正淨現值（NPV），但未提及電能轉化。
• 另一篇“Waste heat recoveries in data centers: A review” (Waste heat recoveries in data centers: A review) 綜述了廢熱回收技術，包括電能生產，但未列出具體商業案例。
  

潛在技術提供商：

Infinity Turbine 於 2025 年 2 月宣布推出 Cluster Mesh Power Generation System，聲稱可利用 ORC 技術將 AI 資料中心的廢熱轉化為電能，每個渦輪發電機可產生 5kW 電力 (Infinity Turbine says it can turn AI data center waste heat into electricity)。然而，該系統的商業部署尚未有證據，僅為產品發布公告。

案例研究分析：

• 一些案例如密爾沃基工程學校（Milwaukee School of Engineering）的超級計算機 Rosie，將廢熱用於加熱建築，但未轉化為電能 (Harnessing Waste Heat is the Latest Frontier in Data Center Efficiency)。
• 北歐資料中心常將廢熱用於區熱系統，但電能轉化的成功故事未見於文獻，例如芬蘭的計畫多集中於區熱而非電能 (Future views on waste heat utilization – Case of data centers in Northern Europe)。

挑戰與限制

資料中心廢熱的低溫特性是主要障礙。ORC 和 TEG 的效率在低溫下下降，導致經濟回報有限。一篇題為“Understanding Waste Heat: Why is It So Hard to Convert to Electricity?”的文章指出，美國每年損失 20,000 太瓦的廢熱，但轉化為電能的挑戰包括熱源溫度低和初始投資高 (Understanding Waste Heat: Why is It So Hard to Convert to Electricity?)。

此外，資料中心通常位於城市區域，與需要高溫熱源的工業設施距離遠，限制了廢熱的再利用。歐盟法律要求新資料中心調查廢熱利用的可能性，但多數聚焦於區熱而非電能轉化。

未來展望

儘管目前無商業案例，但技術進展可能改變這一局面。例如，Infinity Turbine 的系統若成功部署，可能開啟新篇章。此外，AI 伺服器的熱負荷增加可能促使更高溫廢熱的產生，改善轉化效率。但截至 2025 年 2 月，這些仍屬於潛力而非現實。

數據總結

以下表格概述了關鍵技術和挑戰：

結論

綜合以上調查，截至 2025 年 2 月，沒有已知的商業資料中心將廢熱收集並轉化為電能的實際案例。
廢熱多用於加熱用途，電能轉化的技術挑戰和經濟可行性限制了其商業化。
未來技術進展可能改變這一狀況，但目前仍處於研究階段。

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關鍵引用

• Waste heat from data centers: An investment analysis
• Waste heat recoveries in data centers: A review
• Turning Data Center Waste Heat into Energy: A Guide to Organic Rankine Cycle System Design and Performance Evaluation
• Data center heat reuse: How to make the most of excess heat
• Infinity Turbine says it can turn AI data center waste heat into electricity
• Future views on waste heat utilization – Case of data centers in Northern Europe
• Understanding Waste Heat: Why is It So Hard to Convert to Electricity?
• Google Sustainability
• About Amazon Sustainability
• Microsoft Sustainability
• Harnessing Waste Heat is the Latest Frontier in Data Center Efficiency

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