바람이 불어온다 타이완 해협에서 정기적으로 창화 해안 산업단지를 가로질러 폭풍이 몰아칩니다. 타이완에서 두 번째로 큰 도시인 타이중 외곽의 이 매립지에는 80개의 풍력 터빈, 두 개의 가스 발전소, 4.3제곱킬로미터의 태양광 농장이 타이완을 위한 전기를 생산합니다.‘s 그리드. 해상에 설치된 170개 이상의 풍력 터빈 에스특성은 1기가와트 이상의 전력을 거대한 태풍 대비 변전소로 보내며, 그 회로는 몇 달 안에 더 많은 전력이 공급될 준비가 되어 있습니다. 강철 케이블로 늘어선 반짝이는 새로운 송전탑은 아직 공사 중인 두 번째 거대한 변전소로 이어지며, 2 기가와트 ~의 추가의 해상 풍력 발전.
대만의 TSMC 칩 팹과 지구별 주요 탄소 없는 에너지 생산
대만을 방문한 사람은 이 방패가 왜 필요한지 금방 알아차립니다. 도시 건물, 대만 전투기 곳곳에 방공호 표지판이 즐비합니다. 붐 오버헤드그리고 인민해방군은 종종 해협을 가로지르는 공격을 연습함으로써 근력을 과시합니다. 이 모든 것들은 중국이 이 번영하는 민주주의를 인민공화국에 속한다고 생각한다는 것을 상기시켜줍니다. 그리고 중국만 그런 것은 아닙니다. 단 11개국과 바티칸만이 공식적으로 대만의 독립을 인정합니다.
따라서 TSMC를 유지하는 것과 회사를 운영하는 데 필요한 엄청난 양의 전기를 유지하는 것은 대만에 매우 중요한 필수 사항이 되었습니다. TSMC의 전력 사용량은 2017년에서 2022년 사이에 85% 증가했습니다. 이는 대만의 산업 부문 전체보다 30배 빠른 속도입니다. 내년에 TSMC의 대만 전기 점유율은 12.5%까지 칠 수 있다—2020년에 소비한 양의 두 배입니다. 그 속도로라면 TSMC는 곧 대만의 모든 가정을 합친 것보다 더 많은 전력을 사용하게 될 것입니다.
또한 기후를 의식하는 글로벌 시장에서 어디 TSMC가 에너지를 얻는 것은 소비하는 양만큼 중요합니다. Apple, Google, Nvidia와 같은 마이크로칩을 위탁하는 기술 거대 기업은 이제 탄소 감축을 최우선으로 여기고 있습니다. TSMC와 같은 공급업체도 이에 따를 것으로 예상. 지역 환경 옹호자들도 깨끗한 에너지 공급을 요구합니다.
이러한 영향은 TSMC와 United Microelectronics Corp.와 같은 다른 대만 칩 제조업체에 압력을 가했고, 이들은 차례로 정부에 더 많은 재생 에너지를 배치하도록 압력을 가하고 있습니다. 이에 대응하여 대만 정부는 공격적인 재생 에너지 목표를 달성하기 위해 태양광 발전과 해상 풍력에 큰 투자를 하고 있습니다. 그러나 대만 정부는 또한 2025년까지 원자력 발전의 계획된 단계적 폐지를 고수하고 있습니다. 그 마감일과 더불어 풍력 및 태양광 설비에 대한 시장 요인과 사회정치적 역풍은 대만 칩 제조업체의 전기 수요가 국가의 저탄소 전력으로의 전환을 앞지르고 있음을 의미합니다.
이러한 상업적, 지정학적 압력의 강렬한 혼합물은 TSMC 임원들이 풍력 및 태양광 발전에 대한 대규모 계약을 체결하도록 강요하고 있으며, 때로는 편의성을 위해 경제성을 회피하고 있습니다. 이 회사는 다음을 목표로 합니다. 60퍼센트 TSMC의 수석 부사장 겸 지속 가능성 책임자는 2030년까지 에너지의 100%를 재생 에너지에서 얻고, 2040년까지는 100%를 얻을 것이라고 밝혔습니다. 작년에는 11%에 불과했습니다. 로라 호: “물론 우리는 비용에 대해 걱정하지만, 우리는 공급에 대해 더 걱정합니다.”
TSMC의 에너지 수요가 대만의 전력망을 주도하다
TSMC는 1987년 대만 정부가 전기 엔지니어이자 Texas Instruments의 전 임원을 초청하면서 설립되었습니다. 모리스 창 칩 제조 회사를 시작하려고 했습니다. 나중에 창은 IEEE 명예 훈장을 받았습니다새로운 사업 모델을 구상했습니다. 고객이 직접 칩을 설계하고 TSMC가 이를 제조하는 것입니다. 즉, 계약 칩 파운드리가 되는 것입니다.
이 모델은 놀라울 정도로 잘 작동했습니다. 그리고 그 결과 생산량이 TSMC에 타의 추종을 불허하는 기술적 숙련도를 제공. TSMC가 더 많은 칩을 만들수록, 더 나은 성능을 제공하는 더 미세한 기능을 갖춘 칩을 만들기 위해 공정을 조정하는 방법을 더 빨리 배웠습니다. 툴메이커와 협력하여 TSMC는 점점 더 작은 파장을 사용하여 실리콘을 패턴화하고 에칭하여 웨이퍼에 남은 기능을 줄였습니다.
TSMC의 에너지 소비는 칩에 대한 글로벌 수요가 급증하고 프로세스가 점점 더 복잡해짐에 따라 폭발적으로 증가했습니다. TSMC가 제공하는 최고의 기능을 달성하려면 다음이 필요합니다. 극자외선 그리고 웨이퍼 세척 단계가 더 많아져서 에칭된 웨이퍼당 더 많은 전기와 물을 소모합니다. 2017년에서 2022년 사이에 TSMC의 에너지 소비량은 거의 두 배로 증가하여 약 21,000기가와트시가 되었습니다. 같은 5년 동안 대만의 도시와 다른 산업을 포함한 다른 모든 에너지 사용자의 소비량은 거의 변동이 없었습니다.
그 도약은 TSMC를 놀라게 했습니다. 2019년 TSMC의 전력 소비량은 자체 예측치를 초과했습니다. 30퍼센트. 그리고 대만은 전력의 5분의 4를 화석 연료에서 생산하기 때문에 TSMC의 탄소 발자국도 함께 커졌습니다. 2023년에 회사가 배출한 탄소 1,180만 톤 중 86%는 전력 소비에서 비롯되었습니다. 이는 200만 대의 자동차가 1년에 배출하는 탄소보다 더 많은 양입니다.
TSMC 공장은 이 위기에 처한 국가에 보안 전문가들이 부르는 ‘대만의 실리콘 실드’를 제공합니다.
그 엄청난 탄소 발자국은 Google과 Apple과 같은 글로벌 기술 기업의 평판을 훼손하고 있으며, 이들은 공급업체에게 자체 환경, 사회 및 거버넌스(ESG) 프로그램에 대한 높은 기준을 설정하도록 압력을 가하고 있습니다. TSMC의 전 회장은 “Apple이 ESG에 대해 이야기하기 시작했을 때 우리는 긴장하기 시작했습니다.”라고 말했습니다. 마크 리우, 말했다 대만의 연방 2021년에 잡지에 실렸습니다. 그 후 얼마 지나지 않아 Apple 물었다 TSMC를 비롯한 주요 제조 파트너들은 2030년까지 Apple 제품의 탄소 발자국을 탈탄소화할 것을 약속했습니다.
TSMC 규모의 회사에게는 쉬운 요구가 아닙니다. 대만에서 TSMC는 4개 사이트에서 300mm 직경 웨이퍼를 처리하는 상업용 “기가팹”과 더 작은 웨이퍼를 사용하는 5개의 오래된 팹을 운영합니다. 대부분은 타이중, 신주, 남부 도시 타이난에 있으며 더 많은 곳이 건설 중입니다. TSMC는 또한 중국, 미국, 일본, 독일에서 팹을 운영하거나 건설하고 있습니다.
TSMC 엔지니어링, 배출량 감소
TSMC 리더들은 회사의 에너지 소비를 지속 가능한 경로로 이끌기 위해 최선을 다하고 있다고 주장합니다. 올해 초 TSMC를 방문했을 때, IEEE 스펙트럼 타이중에 있는 510,000제곱미터의 거대 제조 공장인 Fab 15에서 회사가 한 전력 절감 개조를 내부에서 살펴보았습니다. 클린룸과 엄격하게 보호되는 지적 재산권은 출입이 금지되었지만, 1km의 워크스루는 웨이퍼 처리 작업을 둘러싸고 지원하는 시설을 보여주었습니다. 그 제한된 투어조차도 문에서 압수된 잊어버린 스마트워치를 포함하여 모든 개인 전자 제품을 포기해야 했습니다.
전기적 윙윙거림과 메아리 속에서, 젊은 시설 엔지니어는 정전 중에도 전체 팹에 최대 5분 동안 전력을 공급할 수 있는 거대한 배터리를 설명했습니다. 거대한 백업 디젤 발전기가 가동되는 동안 말입니다. 수십 년 동안 TSMC는 배터리 상류와 하류의 정류기와 인버터를 통해 클린룸으로 들어오는 모든 전력을 공급하여 라인 전압의 딥이나 서지를 매끄럽게 처리하고 그리드가 다운되더라도 중단 없는 전력 공급을 보장했습니다. 이 기어는 그리드 전력을 직류로 변환한 다음 다시 교류로 변환했습니다. 이 변환은 공장 전기의 6%를 소비했습니다.
2016년 TSMC 엔지니어는 24시간 연중무휴 변환을 피하면서 배터리 주변으로 전력을 보낼 수 있다는 것을 보여주었습니다. 대신 엔지니어는 변환기가 문제를 감지했을 때만 작동할 수 있다는 것을 발견했습니다. TSMC가 다른 팹에 구현한 업계 최초의 전기 우회는 매년 Fab 15에서 무려 89GWh의 전기를 절약합니다.
Fab 15에서 발명된 또 다른 중요한 업그레이드는 유휴 상태를 유지하기 위한 제어 시스템입니다. 고주파 진공 펌프 가능한 한 깨끗한 방에서 – 엔지니어가 산타 클라라에 있는 응용 재료. 펌프를 끊임없이 가동하는 대신 순환시키면 연간 13.4GWh를 절약할 수 있으며, 이를 대만의 TSMC 4대 공장에 적용하면 약 82GWh를 절감할 수 있다고 합니다. 하워드 팅Fab 15의 부국장.
최근 특허 출원 중인 Fab 15 혁신은 엔지니어의 최선의 추측이 아닌 머신 러닝과 AI를 사용하여 타이중 공장의 거대한 냉각기 작동을 최적화합니다. 이 전략은 연간 2.8GWh의 비교적 적은 전력을 보존하지만, 시스템이 더욱 효율적으로 작동하는 법을 배우면 그 수치를 넘어설 수 있습니다.
TSMC의 ESG 위원회 의장인 호는 이러한 조치와 수백 가지 조치가 출시 후 5년 이내에 새로운 칩 제조 공정의 효율성을 두 배로 높이고 있다고 말합니다. 실제로 회사 데이터는 실제로 더 잘할 수 있음을 보여줍니다. TSMC의 7나노미터 세대에서 작동하는 팹은 5년 동안 웨이퍼당 에너지를 60% 덜 사용했습니다.
하지만 그런 진전은 보장할 수 없습니다. 예를 들어 TSMC의 5nm 팹에서 빠르게 증가하는 효율성은 예상보다 낮은 팹 활용으로 인해 그 공정의 4년차에 갑자기 폭락했습니다.
TSMC의 재생 에너지에 대한 약속
TSMC의 계획에는 재생 에너지의 공급도 포함됩니다. 이 회사의 임원진은 2030년까지 회사의 2020년 수준으로 배출량을 줄이기를 바란다고 말합니다. 하지만 TSMC의 급증하는 소비를 감안할 때, 더 깨끗한 전력만이 탄소 배출량을 상당히 줄일 수 있다고 Ho는 신주에 있는 TSMC 본사에서 한 인터뷰에서 인정했습니다. 이를 위해 TSMC는 풍력 및 태양광 발전 프로젝트에 대한 장기 계약을 통해 에너지 공급을 친환경화하고 있습니다. 그녀는 “우리는 투자하지 않지만, 우리는 큰 고객입니다.”라고 말합니다.
2020년에 TSMC는 대규모 재생 에너지 구매 계약 덴마크 전력 개발업체와 함께 외르스테드920메가와트 해상 풍력 발전소의 모든 출력을 확보합니다. 작년에 공사가 시작되었고, 터빈은 내년 말까지 창화 해안 산업단지의 대형 송전 회로에 깨끗한 전력을 공급할 수 있습니다. TSMC는 그 이후로 그런 계약이 더 많아 그리고 공급업체들에게 협력을 요청해 더 큰 규모의 전력 구매 계약을 위해 자원을 모았습니다.
TSMC의 전력 계약은 독립적인 재생 에너지 개발자가 자금을 확보하는 데 도움이 됩니다. 하지만 궁극적으로 개발자를 유치하고 지원하는 것은 정부 정책에 달려 있다고 Ho는 말합니다. 여기에는 지역 승인 확보의 어려움과 같은 진행 속도를 늦추는 과제를 극복하도록 돕는 것도 포함됩니다. 태양광 프로젝트용 토지.
“대만에 녹색 에너지를 도입하려는 정부의 최고 수준의 강한 의지가 있습니다. 그러나 지역 수준에서는 여전히 상당히 어렵습니다.”라고 그는 말합니다. 레오 시월드타이베이에 있는 태양열 개발업체 New Green Power의 회장. 이러한 과제로 인해 개발자들은 더욱 창의적이 되어야 합니다. NGP를 포함한 많은 회사가 공간을 공유하는 태양열 배열과 같은 이중 용도 프로젝트에 착수했습니다. 양식 연못.
한편, 해상 풍력의 성장은 긴밀한 공급망, 자금 조달 어려움, 어업 갈등으로 어려움을 겪고 있습니다. 대만의 풍력 개발업체는 또한 현지에서 만든 부품을 사용해야 하는 정부 요구 사항과 투자자들을 불안하게 하는 중국의 칼 휘두르기에 직면해 있습니다.
TSMC는 타임라인이 미끄러지는 것에 대해 “매우 우려”하고 있으며, 글로벌 에너지 개발자들이 제한된 리소스를 대만에 집중하도록 설득할 정책을 간청하고 있다고 호는 말한다. 그녀는 대만에서 제조된 해상 풍력에 대한 의무와 같은 정책은 청정 전력을 가속화하는 것보다 이차적이어야 한다고 말한다.
대만, TSMC의 요구에 맞춰 해상 풍력 발전 확대
정부 관리들은 TSMC의 간청을 들었다고 말했습니다. “우리는 대만에서 매우 중요한 산업을 가지고 있으며, 그 산업의 요구에 부응할 수 있기를 바랍니다.”라고 말했습니다. 웬성 정대만 전력 회사(Taiwan Power Company, Taipower)의 회장, 국영 송전망 운영자. 스펙트럼정 총리는 방문 당시 타이완전력 임원과 보좌관들을 타이완전력 빌딩(옛 타이베이에서 가장 높은 건물)의 27층 꼭대기에 있는 자신의 사무실에 모았습니다.
Tseng에 따르면, 대만의 에너지 공급은 1월의 최근 총선을 앞두고 여당의 정치적 라이벌들이 주장한 것보다 더 안전합니다. 그는 COVID-19 팬데믹으로 인해 중단되었던 해상 풍력 프로젝트가 다시 궤도에 올랐다고 말합니다. 대만은 9월까지 2.4GW의 해상 풍력 용량을 가동하고 525MW를 더 설치할 것으로 예상하여 그만큼 지도자 대만 에너지 관리국에 따르면 아시아 민주주의 국가 중 가장 많습니다. 또 다른 3GW가 건설 중이거나 건설이 임박했습니다. BloombergNEF 프로젝트 대만은 2040년까지 세계 6위, 아시아에서 2위의 해상풍력 발전 용량을 보유하게 될 것입니다.
그 결과, 정부는 재생 에너지 발전이 작년 대만 전력 혼합의 9.5%에서 2026년 20%로 두 배 이상 증가할 것으로 예상합니다. 정부는 개발자가 프로젝트 요구 사항을 충족하는 방법에 유연성을 제공함으로써 최근 경매에서 더 많은 개발자가 해상 풍력 부지에 입찰하도록 유도했다고 Tseng은 말합니다. “성장 곡선이 매우 가파릅니다.”
정부는 또한 지열 발전을 빠르게 확장하는 것과 같은 장기적인 재생 에너지에 베팅하고 있습니다. 이는 태평양의 환태평양 지진대에 있는 자원입니다. 그리고 올해는 공무원들이 가스 발전소 확장에 더욱 중점을 두었다고 Tseng은 말합니다. 이러한 작고 빠르게 건설할 수 있는 발전소는 용량을 빠르게 늘립니다. 그리고 출력이 유연하여 재생 에너지 발전이 증가함에 따라 대만이 공급과 수요를 균형 있게 조절할 수 있습니다. 하지만 문제는 연료입니다. 대만에서는 천연 가스가 부족하고 액화 천연 가스(LNG) 수입 터미널 수를 세 배로 늘리려는 계획이 일정에 뒤처졌습니다.
대만 정부는 확실히 재생 가능 에너지와 가스 연료 전기를 모두 확대하고 싶어합니다. 하지만 현재 이 섬은 핵 에너지에 대해 반대 방향으로 움직이고 있습니다. 대만의 전 대통령인 차이잉원은 2016년에 맹세했다 핵을 단계적으로 폐지하기 위해. 그 후, 대만의 3개 원자력 발전소 중 2개에 대한 폐쇄가 시작되었는데, 40년 운영 허가가 만료되었기 때문입니다.
대만 남단에 위치한 마안산 원자력 발전소는 현재 가동 중인 유일한 원자력 발전소입니다. 종료하다 7월에 한 원자로를 폐쇄하고, 2025년 5월에 다른 원자로를 폐쇄할 예정이며, 이때는 면허가 만료됩니다. 두 원자로를 모두 폐쇄하면 Taipower는 연간 370억 대만 달러(11억 미국 달러)의 비용이 들며, 이 유틸리티는 연간 2,000억 대만 달러(61억 미국 달러)에 가까운 손실을 보고 있다고 Taipower 부사장 Ching-Hung (Anthony) Cheng이 말했습니다. 따라서 Maanshan 발전소의 수명을 연장하면 탄소 없는 전력을 연장할 수 있지만 Taipower의 재정적 격차를 메울 수는 없습니다. Cheng은 “우리는 여전히 많은 것을 잃고 있습니다.”라고 말했습니다.
마안산의 운영이 올해 타이완의 새 대통령 라이칭터의 선거로 인해 생긴 새로운 정치적 지형에 의해 구원될지는 불분명하다. 핵 에너지는 그의 정당인 민주진보당에 난제를 안겨준다. 그들은 오랫동안 핵 반응로를 중화민국 건국자 장개석의 중단된 원자무기 프로그램의 유산으로 여겨왔으며, 그의 군대가 1949년 타이완으로 철수한 지 거의 20년 만에 시작되었습니다. 후쿠시마 원자로 붕괴 지진이 자주 발생하는 일본에서도 당의 의지를 강화했습니다. 반핵 입장.
타이베이에 있는 대만 정부 에너지 및 탄소 감축 사무소의 부국장이자 국립 대만 대학의 정치학 교수인 츠루엔(앨런) 린은 “아마도 대만에서 가장 어려운 공공 정책 문제일 것”이라고 말한다. 그러나 두 야당은 정부의 손을 강요할 수도 있다. 유권자들은 대만 의회에서 다수당을 차지했고, 두 정당 모두 마안산을 온라인으로 유지하는 것을 지지한다.
TSMC 성장 속 대만의 에너지 위기
대만의 지도자들이 핵 에너지의 대안을 강화하고 증가하는 에너지 수요를 충족하기 위해 고군분투하는 동안, 시민 운동가와 환경 운동가들은 반도체 산업에 대한 주요 우려 사항인 오염을 계속 강조하고 있습니다. 타이중에 있는 노후화된 4,950MW 석탄 발전소로 인해 대만 중부에서 오염이 특히 심각합니다. 이 발전소는 대만에서 가장 큰 석탄 발전소이며, 시대에 뒤떨어진 저효율 장비를 사용하기 때문에 세계에서 가장 더럽습니다.
폐암은 최근 흡연의 인기가 감소했음에도 불구하고 대만에서 가장 치명적인 암이 되었습니다. 타이중의 의료 전문가와 지역 사회 활동가들은 대기 오염의 원인으로 도시의 전력 소모가 많은 팹을 비난하고 2027년에 확장이 시작되면 TSMC의 Fab 15가 타이중의 전력 소비량의 최소 38%를 차지할 것으로 예상합니다. 활동가 싸움은 실패로 끝났다 올해 초 승인된 이 확장 사업을 차단하기 위해 대만 전력회사는 이 사업이 대만의 석탄 산업을 확대할 것을 우려하고 있습니다.
“우리는 반도체 산업에 반대하지 않습니다. TSMC는 우리 나라를 보호하는 실리콘 방패입니다. 하지만 우리는 그들이 더러운 전력을 사용한다는 점에 대해 우려하고 있습니다.”라고 연구원인 차오 후이린이 말했습니다. 에어클린타이완타이중의 전력, 철강, 화학 공장에서 발생하는 대기 오염과 싸우는 의료 종사자 및 연구자 그룹입니다. 그녀는 “그들은 혁신적이고 돈이 있기 때문에 책임이 있습니다.”라고 말합니다.
TSMC 경영진은 회사의 에너지 소비를 지속 가능한 방향으로 이끌기 위해 최선을 다하고 있다고 주장합니다.
치위안 리앙대만 국립중앙대학교 경영학 교수는 활동가들의 우려가 타당하다고 말합니다. 국민당 정당의 전 에너지 장관이자 대만 민주진보당 정부를 자주 비판한 량은 팹 확장이 석탄 발전소의 퇴역을 방해할 것이라는 데 동의합니다. 2017년 이후 5건의 대규모 정전과 에너지 수요와 지연의 합류는 대만이 에너지 공급 위기에 처해 있음을 보여준다고 량은 덧붙였습니다. TSMC가 해외로 확장하고 칩 제조업체가 말레이시아, 태국, 베트남.
Taipower의 Cheng에 따르면 전력 부족에 대한 두려움은 잘못된 것이며, 그러한 우려는 그리드 설계 및 운영을 둘러싼 더 근본적인 문제를 가린다고 합니다. 그의 회사는 이러한 필요성을 완전히 인식하지 못했습니다. 마지막 큰 그리드 실패2022년에 대만 남부 대부분을 12시간 동안 정전시켰습니다. “그것은 그리드 계획에 대해 매우 큰 의문을 제기했습니다.”라고 Cheng은 말합니다. 그는 대형 변전소에서 인적 오류로 시작된 정전은 Taipower의 그리드 백본을 통해 장거리로 전력을 보내는 대형 발전소에 대한 과도한 의존을 드러냈다고 말합니다.
Taipower는 풍력과 태양광 발전을 추가하면서 신뢰성을 높이기 위해 대만의 전력망을 급진적으로 재설계했습니다. 2022년 정전 직후 발표된 5,646억 대만 달러 규모의 10년 송전 개편은 타이베이와 TSMC의 인근 신주 공장에 공급하는 간선의 용량을 3배로 늘릴 것입니다.
하지만 Taipower는 또한 예를 들어 지역 제어 센터를 구축하여 지역을 더 독립적이고 정전에 대한 회복력 있게 만들려고 합니다. 그리고 대만의 공장을 그리드 중단으로부터 보호하기 위해 발전과 산업 지대를 직접 연결하는 회로를 추가하고 있습니다.
한 가지 확실한 것은 독립된 대만이 에너지 공급을 잘못할 여유가 없다는 것입니다. 이는 TSMC와 Taipower가 앞으로 몇 달 동안 에너지 선택을 하는 것이 잠재적으로 중요하며, 이 취약한 섬나라를 보호하는 데에만 국한되지 않습니다. AI에 전력을 공급하는 칩의 공급을 통제하는 것도 지정학의 미래를 형성할 수 있습니다.
이 기사를 쓰는 데 도움을 준 Yu-Tzu Chiu와 Hui-Chen Lin에게 특별히 감사드립니다.