来自中国台湾海峡的风吹拂着彰化滨海工业区。
在位于台中郊区的这片广阔的填海土地上，分布着80台风力涡轮机、两座燃气发电厂和4.3平方公里的太阳能发电场，为台湾地区提供电力。海峡沿岸安装了170多台风力涡轮机，向一个可抵御台风的庞大变电站输送超过1千兆瓦的电力，其电路将在未来几个月内迎接更多电力的接入。新建的输电塔架上布满了钢缆，这些缆线通往另一座正在建设中的大型变电站，该变电站将吸纳额外2千兆瓦的离岸风电。
中国台湾地区需要这种全球领先的电网硬件设施以及其他正在建设中的类似设施，从而为不断扩大的耗能微芯片制造厂提供支持。其中最大规模的晶圆厂就隶属于台湾积体电路制造股份有限公司（简称台积电）。这家总部位于新竹的国际化公司是中国台湾地区的重要支柱和金融保障。
台积电是全球最有价值的公司之一，运营着全球最先进的芯片制造厂，供应了世界上大多数的先进芯片，这些芯片为智能手机以及强大的数据中心和人工智能模型奠定了基础。英伟达的大部分图形处理器（GPU）都采用了台积电芯片。2023年，这家芯片制造厂的出货量占中国台湾地区出口总量的13.4%，为中国台湾地区贡献了7.3%的地区生产总值。
然而，台积电带来的不仅仅是经济收益。一些安全专家还认为，台积电的晶圆厂为该地区带来了所谓的“硅盾”：美国阻挠先进的芯片厂落入中国大陆之手，大陆也不会冒着对晶圆厂造成经济损失的风险收复台湾。
游客们来到台湾，很快就能感同身受。防空避难所的标志随处可见，战斗机在头顶轰鸣。中国人民解放军定期在海峡对岸演练。所有这一切都在提醒人们，这里属于中华人民共和国。中国大陆的立场得到了全球绝大多数国家的支持。
因此，对中国台湾地区来说，维持台积电以及支持台积电运转的庞大且不断增长的电力已成为当务之急。从2017年至2022年，台积电的用电量增长了85%，增速是台湾地区工业整体的30倍。到明年，台积电占中国台湾电力市场的份额可能达到12.5%，比2020年翻一番。按照这个速度，台积电的用电量很快将超过中国台湾地区所有家庭用电量的总和。
此外，在关注气候变化的全球市场上，台积电的电力来源与其消耗量同样重要。苹果、谷歌和英伟达等委托其制造芯片的科技巨头现在将碳减排放在了重要位置，并希望台积电等供应商也能效仿。当地环保倡导者也呼吁使用清洁能源。
这些影响给台积电和联华电子股份有限公司等其他中国台湾地区的芯片制造商带来了压力，他们要求加快部署更多的可再生能源。为响应相关诉求，中国台湾地区正在大力发展太阳能和海上风能，以实现积极的可再生能源目标。但与此同时，逐步淘汰核能的计划会坚持到2025年。这一最后期限加上市场力量和反对风能和太阳能装置的社会阻力，意味着中国台湾地区的芯片制造厂商的电力需求已经超越该地区向低碳电力转型的步伐。
在商业和地缘政治压力的推动下，台积电的高管签署了大量风能和太阳能电力合同，有时甚至牺牲经济性以求快速供电。公司的目标是到2030年实现60%的电力来自可再生能源，到2040年实现100%，而去年这一比例仅为11%。台积电高级副总裁兼可持续发展负责人何丽梅表示：“我们当然关注成本，但我们更关心供应。”
台积电成立于1987年，
当时的电气工程师、德州仪器前高管张忠谋被邀请创办一家芯片制造公司。张忠谋后来获得了IEEE荣誉勋章，他提出了一种全新的商业模式：客户自行设计芯片，而台积电负责制造。也就是说，这将是一家合同芯片代工厂。
令人惊喜的是，这种模式运行得非常好。由此带来的产能使台积电掌握了无可匹敌的技术。制造的芯片越多，台积电就越能快速优化制造工艺，进而制造出性能更强、特征尺寸更小的芯片。通过与设备制造商的合作，台积电不断采用更短的波长对硅片进行图案化和蚀刻，从而使硅片上的特征尺寸越来越小。
随着全球对台积电芯片需求的飙升及其工艺复杂性的日益提高，台积电的能源消耗经历了爆炸式增长。为了实现台积电交付的最小特征尺寸，需使用极紫外光和额外的晶圆清洗步骤，因此会消耗更多的电力和水。2017年至2022年，台积电的能源消耗几乎翻了一番，达到约2.1万千兆瓦时。而同期，包括城市和其他行业在内的中国台湾地区所有其他能源用户的消耗几乎没有变化。
能源用量的激增甚至让台积电也感到意外。2019年，台积电的用电量超出其预测的30%。由于中国台湾地区4/5的电力来自化石燃料，这也导致台积电的碳足迹迅速扩大。2023年，台积电的碳排放量达1180万吨，其中86%来自电力消耗，比200万辆汽车一年的碳排放量还要多。
巨大的碳足迹影响了谷歌和苹果等全球科技公司的声誉，这些公司正在向供应商施压，要求设定更高的环境、社会和治理（ESG）项目标准。2021年，台积电前董事长刘德音在接受《共同财富》杂志采访时表示：“苹果开始谈论ESG时，我们感到紧张了。”此后不久，苹果要求包括台积电在内的主要制造业合作伙伴在2030年前为苹果的供应链实现碳中和。
这对于台积电这种规模的公司来说并非易事。台积电运营着多座商业化的“超大型晶圆厂”，有4个厂区处理300毫米直径的晶圆，此外还有5家使用更小晶圆的旧晶圆厂。其中大部分位于台中、新竹和台南，而且还有更多工厂正在建造中。台积电还在中国大陆、美国、日本和德国运营或建设着晶圆厂。
积电的领导层坚称，
他们正在尽一切努力使公司的能源消耗向可持续发展道路转型。今年早些时候参观台积电期间，《科技纵览》探访了台积电位于台中的15厂，并深入了解了这座占地51万平方米的大型晶圆厂所做的节能改造。由于严格的知识产权保护，无尘车间禁止访问，但1公里长的步行通道展示了围绕和支持晶圆加工操作的设施。即使在那次时间有限的参观期间，人们也必须上交所有个人电子设备，一块忘记上交的智能手表也在厂门口被暂时保管。
在嗡嗡的电流声和回声中，一位年轻的设施工程师介绍了一种巨型电池，这些电池在停电时可以为整个晶圆厂提供长达5分钟的电力，足够使备用柴油发电机启动。几十年来，台积电是通过电池上下游的整流器和逆变器来向无尘车间输送所有电力的，这种方式可平滑线路中的任何电压骤降或浪涌，并可确保在电网崩溃时不间断供电。这个装置会将电网电力转换为直流电，然后再转换为交流电，这种转换消耗了晶圆厂整整6%的电力。
2016年，台积电的工程师展示了他们可以绕过电池，避免这种全天候的电力转换。工程师们发现，转换器只会在检测到故障时启动。这种创新的电力旁路技术在业界尚属首次，台积电随后在其他晶圆厂推广了这一技术，每年仅15厂就能节省高达89千兆瓦时的电力。
另一项在15厂发明的重要节能措施是开发了一种控制系统，这是其工程师和总部位于美国圣克拉拉的应用材料公司联合开发的一项功能，可以在任何可能的情况下让无尘车间的高频真空泵进入待机模式。15厂的副总监丁浩文表示，循环使用（而不是不间断运行）真空泵每年可以节省13.4千兆瓦时的电力，这一技术在台积电最大的4家工厂实施后，预计将节省82千兆瓦时的电力。
15厂最近一项正在申请专利的创新则会使用机器学习和人工智能，而非依赖工程师的经验判断，它可以优化台中工厂大型冷水机组的运行。这种策略每年可以节省2.8千兆瓦时的电力，虽然这一数字并不大，但随着系统学会更有效地运行，节省的电力可能会超过这个数字。
台积电ESG委员会主席何丽梅表示，这些措施以及其他数百项措施将在推出后的5年内将每种新芯片制造工艺的效率提高1倍。公司数据显示，实际成效甚至更好：台积电7纳米工艺的晶圆厂在5年内使得每片晶圆的能耗下降了60%。
不过，这一进展很难得到保证。例如，由于晶圆厂的利用率低于预期，2023年，也就是台积电5 纳米工艺晶圆厂投产的第4 年，该厂的效率突然出现了下降。
台积电还计划采购大量可再生能源。
公司的领导层表示，他们希望到2030年将其碳排放量降低到2020年的水平。但鉴于台积电的用电量激增，只有更清洁的电力才能显著减少碳排放，何丽梅在台积电新竹总部接受采访时承认了这一点。为此，台积电正在通过风能和太阳能项目的长期合同实现能源供应的绿色化。何丽梅说：“虽然我们不投资，但我们是大客户。”
2020年，台积电与丹麦电力开发商沃旭能源（Ørsted）签署了一项大规模可再生能源购买协议，获得了920兆瓦海上风电场的所有产出。工程于2023年开始建设，到2025年年底，其涡轮机将能够为彰化滨海工业区的大型输电线路提供清洁电力。随后台积电签署了更多此类合同，并邀请其供应商合作，集中资源进行更大规模的电力采购交易。
台积电的电力合同有助于独立的可再生能源开发商获得融资。但何丽梅表示，从根本上来说，政策才是吸引和支持这些开发商的关键，包括帮助他们克服如地方审批和太阳能项目用地难题等障碍。
“中国台湾地区高层对于发展绿色能源有很强的意愿。然而，在地方层面，挑战依然巨大。”台北太阳能开发商新绿电力（NGP）董事长利奥·西瓦德（Leo Seewald）说。这些挑战正在迫使开发商更具创造力。包括新绿电力在内的许多公司都转向了两用项目，如太阳能电池阵列与水产养殖池塘共用空间。
与此同时，海上风电的发展受到了供应链紧张、融资困难和渔业冲突带来的困扰。风电开发商还面临着台湾本地政策的要求，即他们只能使用本地制造的组件。
何丽梅表示，台积电对工程延期“非常担忧”，并呼吁出台能够吸引全球能源开发商集中资源于台湾的政策。她表示，对于加速清洁能源的发展而言，诸如海上风力发电的台湾制造要求等政策是次要的。
某些官员表示，
他们已经听取了台积电的要求。“中国台湾地区有一个非常重要的产业，我们希望能够满足该产业的需求。”电网运营商台湾电力公司董事长曾文生表示。《科技纵览》参观期间，他曾在27层楼高的台电大楼的办公室里召集了一群台湾电力的高管和助理。这座大楼曾是台北最高的建筑。
曾文生表示，中国台湾地区的能源供应比外界宣称的更为安全。他说，因新冠疫情而搁置的海上风电项目已重新步入正轨。数据表明，到2024年9月，中国台湾地区预计实现了2.4千兆瓦的海上风电装机容量，另有525兆瓦完成安装，将使其成为亚洲地区的领先者。此外，还有3千兆瓦正在建设或即将进入建设阶段。彭博新能源财经预测，到2040年，中国台湾地区的离岸风电容量将位居全球第六、亚洲第二。
因此，台湾当局预计可再生能源的发电量将增加1倍以上，将从2023年占总电力结构的9.5%增加到2026年的20%。通过让开发商灵活地满足项目要求，更多开发商在最近的一次拍卖中竞标海上风电场项目，曾文生表示：“增长幅度很大。”
台湾当局还押注了更长期的可再生能源项目，例如迅速扩张地热发电，这是环太平洋火山带上的一种资源。曾文生表示，今年更加重视燃气发电厂的扩建。这些小巧且快速建造的工厂可以迅速提高产能，而且产量也可以灵活调节，这将有助于在可再生能源发电增长的同时平衡供需。其中的挑战在于燃料，中国台湾地区天然气稀缺，将液化天然气（LNG）进口码头数量增至3倍的计划落后于进度。
台湾当局当然渴望发展可再生能源和燃气发电。但目前，台湾岛在核电方面正朝着相反的方向发展。2016年，中国台湾地区前领导人蔡英文许诺逐步淘汰核能。从那时起，中国台湾地区3座核电站中的2座在其40年的运营许可证到期后开始退役。
唯一仍在运行的核电站是位于南端的马鞍山核电站。今年7月，该电站关停了一座反应堆，并计划于2025年5月许可证到期时关停另一座反应堆。台湾电力公司副总裁郑正宏表示，在公司每年亏损近2000亿元新台币（合61亿美元）的情况下，关闭这两个设施将使公司每年损失370亿元新台币（合11亿美元）。因此，虽然延长马鞍山核电站的寿命可延长其无碳发电，但无法弥补该公司的资金缺口。“我们仍然损失惨重。”郑正宏说。
