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雙碳”趨勢下，零碳數(shù)據(jù)中心如何打造，要重點考慮"電從哪里來？熱到哪里去?"（一）

發(fā)布時間：2024-12-16

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2022年中國碳排放總量大約為104~106億噸（數(shù)據(jù)來源于清華大學氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院，并參考中國碳核算數(shù)據(jù)庫(CEADs），平均每一個中國人碳排放約7.3噸左右，預計到2030年，我國碳達峰的峰值將在110~116噸，從2030年以后我國總碳排放量將會逐年下降，直至2060年實現(xiàn)碳中和。這是我國“雙碳”的大背景趨勢。而我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)的“雙碳”情況是這樣的：在2022年，全國數(shù)據(jù)中心碳排放約為1.63億噸（數(shù)據(jù)來源：綠色和平組織發(fā)布的研究），占全國總碳排放的1.5%，而2022年我國數(shù)據(jù)中心市場總規(guī)模超過2800億元，折合美元387.6億（數(shù)據(jù)來源：中國信通院發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心白皮書（2022年）》），由此得出：2022年我國數(shù)據(jù)中心每產(chǎn)生1美元的數(shù)據(jù)中心收入，同時產(chǎn)生4.2千克的碳排放；2022年我國總的GDP是121萬億元，按當前匯率折合美元16.7萬億，按照2022年我國總碳排放104億噸計算得出：每產(chǎn)生1美元的社會GDP收入，同時產(chǎn)生0.62千克碳排放；2022年全球碳排放總量為405億噸（數(shù)據(jù)來源于國際科學合作組織“全球碳計劃”（GCP）發(fā)布的《2022年全球碳預算》報告），而2022年全球GDP約為101.6萬億美元。同樣計算可得：全球每產(chǎn)生1美元的GDP，同時產(chǎn)生0.399千克的碳排放。全球GDP產(chǎn)生1美元，等同排放0.399千克CO2，而我國GDP產(chǎn)生1美元，等同排放0.62千克CO2，而我國數(shù)據(jù)中心GDP產(chǎn)生1美元，等同排放4.2千克CO2，從社會GDP來看，我國的碳排放遠高于國際平均碳排放水平，特別在數(shù)據(jù)中心領域差距非常明顯，所以為什么我們要加強實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略，尤其在數(shù)據(jù)中心這個特定的行業(yè)。目前數(shù)據(jù)中心在設計、施工和運營方面，最優(yōu)先考慮的問題是節(jié)能減排。隨著“雙碳”目標日益臨近，我國數(shù)據(jù)中心的CO2排放不斷上升，節(jié)能減排成為當務之急。根據(jù)2021年7月27日京發(fā)改規(guī)〔2023〕10號文件《關于進一步加強數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能審查的若干規(guī)定》第五條中“鼓勵2021年及以后建成的項目，年可再生能源利用量占年能源消費量的比例按照每年10%遞增，到2030年實現(xiàn)100%（不含電網(wǎng)既有可再生能源占比）”。也就是說到2030年我國數(shù)據(jù)中心要100%采用可再生能源，即數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)零碳排放。

再根據(jù)2023年4月14日，受生態(tài)環(huán)境部和財政部委托，綠色低碳數(shù)據(jù)中心（環(huán)境認證管理技術中心）和中環(huán)聯(lián)合認證中心共同承擔編制的《綠色數(shù)據(jù)中心政府采購需求標準（試行）》由財政部、生態(tài)環(huán)境部和工信部共同發(fā)布，其中就提及數(shù)據(jù)中心可再生能源使用率如下：

該標準要求從采購需求方出發(fā)，數(shù)據(jù)中心可再生能源使用率2032年達到100%，即數(shù)據(jù)中心碳中和。這一標準的試運行，將使零碳數(shù)據(jù)中心越來越受到關注。

如何推動零碳綠色數(shù)據(jù)中心的建設呢？需全方位的優(yōu)化與發(fā)展，從數(shù)據(jù)中心自身出發(fā)，突破零碳排放的方向主要集中于綠色電力使用、自然冷源利用、先進技術創(chuàng)新、熱回收的利用等方面。

一、綠色電力資源的利用

綠色電力才是數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)零碳排放的關鍵條件。綠色電力簡稱“綠電”，是指在發(fā)電的過程中，二氧化碳排放量為零或趨近于零，相較于火力發(fā)電，“綠電”是對環(huán)境沖擊影響較低的電力。我國綠電的主要來源為太陽能、風能、水電、核電、生物質(zhì)能等。根據(jù)國家能源部的數(shù)據(jù)，2022年我國全年總發(fā)電量約為8.8萬億度，其中火電發(fā)電量約為5.75萬億度，占65%；水力發(fā)電量1.32億度，占比15%；風電發(fā)電量0.74萬億度，占比8.4%；太陽能發(fā)電0.42萬億度，占比4.7%；核能發(fā)電0.41萬億度，占比4.6%。在國家“雙碳”的計劃中，從現(xiàn)在到2030年為新能源的加速轉(zhuǎn)型期，新能源將逐步成為發(fā)電量增量的主體，但是火力發(fā)電仍是電力安全保障的“壓艙石”。根據(jù)2014年11月19日國務院辦公廳印發(fā)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014－2020年)》，到2030年，傳統(tǒng)石化能源消費占比將下降至68%，而清潔能源占比將從19%升至32%，其中核電占比將從2015年的1%升至5%。對比2022年的電力能源結(jié)構(gòu)來看，現(xiàn)已達成這個目標，但是由于“雙碳”戰(zhàn)略，我們還在不斷擴大綠色能源電力，例如太陽能、風能等。在數(shù)據(jù)中心領域，截止目前我國大約有8.3萬個數(shù)據(jù)中心，就2022年全國數(shù)據(jù)中心的總耗電量超過2850億度，占全國總耗電量的3.24%，接近3個三峽大壩的發(fā)電量（三峽大壩2018~2022年平均年發(fā)電量為1004億度）。可見數(shù)據(jù)中心電耗是非常大。按照國家電網(wǎng)的碳排放因子0.581tCO2/MWh計算（數(shù)據(jù)源于生態(tài)環(huán)境部應對氣候變化司于2022年3月31日前發(fā)布的《關于做好2022年企業(yè)溫室氣體排放報告管理相關重點工作的通知》），數(shù)據(jù)中心2022年的總碳排放在1.66億噸左右(此計算值驗證了開篇的綠色和平組織研究數(shù)據(jù)1.63億噸)，約占2022年全社會總碳排放量1.6%。根據(jù)上面提到的國家政策到2030年數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)全面綠色電力能源的要求，我們再看一組來自于清華大學氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院的數(shù)據(jù)，是關于2030年我國按照嚴格“雙碳行動方針”把氣候溫升控制在1.5℃情景下的所需發(fā)電量，具體如下：

然后再對比來自國家能源局的2022年全國用電量數(shù)據(jù)，如下：

我們不難看出未來2030年火電比例要大幅度下降至45%以下，核電和太陽能要翻一倍多，風電要從8.44%增長至23%，近乎翻了三倍，可見風電、太陽能、核電將是未來主要擴展的電力資源。水電增長不大，生物質(zhì)能可以忽略不計。所以在數(shù)據(jù)中心綠電的使用上，風電和太陽能成為絕大部分數(shù)據(jù)中心未來綠電的主要電力。

雖然2030年我國總體實現(xiàn)“碳達峰”，但數(shù)據(jù)中心要實現(xiàn)全面“碳中和”，綠電使用在數(shù)據(jù)中心看來就非常重要。這就是為什么國家出臺“東數(shù)西算”等系列政策，就是把數(shù)據(jù)中心資源集中起來，從綠色能源供應和算力使用需求的大戰(zhàn)略出發(fā)，制定數(shù)據(jù)中心選址、布局、規(guī)劃、管理的統(tǒng)一方針，這也是東數(shù)西算的目的。實現(xiàn)“東數(shù)西算”的偉大目標后有兩大好處：一是保證所有數(shù)據(jù)中心有充分的綠色電力供應和最優(yōu)的PUE效率，為零碳排放奠定基礎；二是保證算力集中和分散的最優(yōu)配置，并考慮到國家經(jīng)濟布局和災備需要，妥當處理前方和后方、中央和地方協(xié)同的復雜關系。正是因為這些原因，現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心規(guī)劃中都要考慮綠色電力的使用，例如數(shù)據(jù)中心建設光伏發(fā)電、風能發(fā)電廠等，還有數(shù)據(jù)中心就地建設在水電站附近，利用得天獨厚水電資源的同時，還使用大壩的水來給數(shù)據(jù)中心的空調(diào)做自然冷卻。

對于目前絕大部分數(shù)據(jù)中心還可以通過購買綠電的方式來達到使用綠電的目的。按照國家發(fā)展改革委、國家能源局《關于推動電力交易機構(gòu)開展綠色電力證書交易的通知》（發(fā)改辦體改〔2022〕797號）有關要求，北京電力交易中心編制《綠色電力證書交易工作方案》和《綠色電力證書交易實施細則（試行）》，深入調(diào)研市場綠證需求，高效研發(fā)綠證交易平臺，已于2022年9月16日正式開啟綠色電力證書交易市場。習近平總書記在黨的二十大報告中明確提出，倡導綠色消費，推動形成綠色低碳生產(chǎn)方式和生活方式。貫徹落實黨中央國務院決策部署，國家能源局積極推進綠色電力證書交易，引導綠色電力消費。

在可預見的未來中，積極進行綠電交易是實現(xiàn)零碳數(shù)據(jù)中心的保證。例如：秦淮數(shù)據(jù)在2022年購買綠電2.2億度，通過交易獲得的綠電累計近7.7億度。例如：騰訊2022年度已集中簽訂共計5.04億千瓦時的綠電交易合同。截止2023年百度已簽約引入10億度綠電等等。

根據(jù)國家能源局公開發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022年全年核發(fā)綠證2060萬個，對應電量206億度，較2021年增長135%；交易數(shù)量達到969萬個，對應電量96.9億度，較2021年增長15.8倍。自2021年9月能源局和發(fā)改委正式批復《綠色電力交易試點工作方案》并開啟國內(nèi)綠電交易序幕以來，截至2022年底，我國已累計核發(fā)綠證約5954萬個，累計交易數(shù)量1031萬個，有力推動經(jīng)濟社會綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。

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