摘 要:根據工信部發布的數據，2019 年我國在用數據中心機架總規模超過 226 萬架，用電量超過 1300億千瓦時，占全社會用電量約 2%，隨著國家對“新基建”的著重規劃，大 力發展數字經濟，加快工業互聯網、數據中心的建設，數據中心整體用電量將進一步提高。2020 年國家提出“碳中和”目標:“力爭2030 年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取 2060年前實現碳中和。”是對全社會提出的碳中和要求，數據中心也不能例外，不論減排路徑與 方式如何區別，對于數據中心而言，第一步是計算出整體的能源消耗量和碳排放量，目前對 于數據中心能源消耗及溫室氣體排放核算方法的國家標準還未頒布，文章對此問題進行了討 論，并依托國家規范、參照國內外權威數據庫，經過公式推導、數據整理，得到數據中心全 年綜合能源使用量及其碳排放量核算方法，并對某數據中心項目分場景進行核算、對比。
關鍵詞:數據中心;綜合能源;碳排放;碳核算;碳中和;碳達峰;燃氣發電機組;三 聯供
引言
近年來,中國的社會經濟發生了巨大的變化，國家實力不斷增長。按“國內生產總值” 作為排名參數，中國已經超過日本，成為次于美國的世界第二大經濟體。然而之前我們走的 是一種拼資源、拼人力、高投入、高消耗、高排放的粗放式發展道路，透支了中國的環境和 資源。尤其令人驚訝的是，現在中國已經超越美國成為最大的溫室氣體排放國。溫室氣體排 放引起全球氣候急劇變化，進而導致生態環境的惡化,是一個全球普遍關注的敏感問題。
2020年 9 月在聯合國大會上，領導人發言表示:中國將提高國家自主貢獻力度， 力爭 2030 年前二氧化碳排放達到峰值，爭取 2060 年實現碳中和;同年 12 月，領導人在為紀念《巴黎協定》達成五周年舉辦的氣候雄心峰會上，進一步宣布提高國家自主貢獻力 度的一系列新舉措。
據《中國“新基建”發展研究報告》稱，從全球來看，到2025 年，數據中心將占全球 能耗的最大份額，高達 33%。從我國國內來看，全球數據中心的耗電量已經連續八年超過12%的增長速度。作為為數不多的能耗占社會總用電量比例持續增長的行業，數據中心積極 踐行碳中和意義十分重大。
碳中和是指企業、團體、項目或個人測算在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放 總量，通過植樹造林、節能減排等形式，以抵消自身產生的二氧化碳排放量。
不管減排路徑與方式如何區別，對于數據中心項目而言，繞不開的第一步是計算出整體 的碳排量，如何科學和正確計算出數據中心項目的碳排放量以及標煤量就成為首先要解決的 問題，本文對此進行分析和研究，與同行探討。
1、數據中心綜合能耗
如今，云時代蓬勃發展，新基建加速落地，在全社會深入推進節能減排的背景下，節能 降耗成為政府和數據中心產業的共同目標，數據中心對能源的使用是多方面的，不僅存在于 外購電力、備用柴油發電機運行燃燒柴油產生的二氧化碳、生活用水、空調補水所消耗的工 作質-水也需要計算到綜合能源消耗及碳排放中。
目前我國著力優化能源結構，把發展清潔低碳能源作為調整能源結構的主攻方向，堅持 發展非化石能源與化石能源高效清潔利用并舉，逐步降低煤炭消費比重，提高天然氣消費比 重，大幅減少能源消費排放。由于發電過程的熱損耗，目前我國常規火力發電廠的熱效率往 往低于40% 。而發展熱能梯級利用技術，能顯著提高能源利用率，例如燃氣-蒸汽聯合循環 熱電冷三聯供系統，統籌考慮用電、制冷、熱水等負荷需求，實現生產電能、熱能和制冷的 聯產技術，綜合用能效率可高達 90%;位于北京市昌平區的某科技園區數據中心項目已經 采用燃氣三聯供機組，燃燒天然氣發電，并利用余熱經過溴化鋰機組制冷來替代一路市電， 以降低二氧化碳排放量，隨著碳中和政策的落實，未來數據中心建設方式很可能以燃氣供應 來替代外購電力，天然氣的消耗量也應考慮在數據中心的綜合能源消耗范圍內。
1.1外購電力消耗量
根據數據中心項目產出機柜數、單機柜功率、年平均PUE 值可求得數據中心年耗電量， 計算公式如下:
1.2耗能工質-水消耗量
數據中心水資源消耗量，包含空調系統補水消耗量以及辦公生活用水消耗量兩部分，空 調補水消耗量可按每機柜每天消耗0.3m3水估算，辦公生活用水可按每人每天 40L 估算，計 算公式如下:
1.3柴油消耗量
數據中心多采用10kV 基本功率為 2000kW 柴油發電機組，根據經驗值每臺機組每小時 消耗柴油 500升，按每月每臺柴油發電機保養檢修運行 30 分鐘估算，每臺柴油發電機每年 運行 6 小時，由此可求出數據中心每年柴油消耗量，計算公式如下:
1.4天然氣消耗量
按市場主流燃氣發電機產品，每1m3天然氣可發 4kWh 電，同時回收 4kW 冷量估算天 然氣使用量，公式如下:
1.5綜合能耗計算
按市場主流燃氣發電機產品，每1m3天然氣可發 4kWh 電，同時回收 4kW 冷量估算天 然氣使用量，公式如下:
數據中心綜合能耗計算主要基于GB/T2589-2020《綜合能耗計算通則》內的要求，計算 公式為:
標準煤系數可參照GB/T2589-2020《綜合能耗計算通則》附錄 A 及附錄 B 內參數，根據不同能源消耗的總量及其相應的折標煤系數就可求得數據中心的綜合能耗總量。
常用折標煤系數見表1:
表1 常用折標煤系數
2數據中心碳排放核算
目前數據中心碳排放核算并無相關認證評價標準，根據相關的國際標準，企業減排責任 劃分可分為三個范疇:范疇一最為直接，主要是指直接排放;范疇二主要包括企業用電和用 蒸汽產生的排放，因為用電或用熱需要從公共事業單位購買，而這個過程中的碳排放并不發 生在企業的物理邊界內，所以屬于間接排放;范疇三主要是指與企業生產經營有關的其他排 放，其邊界并不是很清晰，涉及到產業鏈，包括向上游購買到產品以及向下游銷售的產品等。一般而言，數據中心考慮碳排放時只考慮范疇一和范疇二的排放。
2.1外購電力碳排放量
一般情況下，數據中心的電力供應都來自于市政電網(外購電力)，是碳排放的關鍵項 指標，對于數據中心的碳排放計算，由于現行標準GB/T 32151《溫室氣體排放核算與報告 要求》中并不包含數據中心行業， 因此根據 ISO14064-1:2018《溫室氣體-第 1 部:組織層 面上溫室氣體排放與清楚量化及報告規范》內的要求，和 GB/T 32151.1- 2015《溫室氣體排 放核算與報告要求第 1 部分:發電企業》中的5.2.4“購入的電力產生的排放”的計算方法來 進行計算。同時這也是比較常規的，對我國企業的企業社會責任報告(ESG)碳排放量核算 的通用方法，計算方法如下:
2.2二氧化碳排放因子
根據式(6)可知，當知道能源消耗總量乘以對應的排放因子即得所排放的二氧化碳排 放量，參考 GB/T 32151.1- 2015《溫室氣體排放核算與報告要求 第 1 部分:發電企業》，第5.2.2.3 節“排放因子數據獲取”計算公式為 :
3計算實例
以廣東省某數據中心項目情況作為基礎，分別對此項目采用外購電力方案以及天氣發電方案進行綜合能源消耗計算及碳排放核算，項目基本信息如下:
3.1對采用外購電力方案進行核算
根據公式 1 至公式 7 對該項目進行綜合能源消耗計算及碳排放核算，計算結果如下:
表4 項目綜合能源消耗計算及碳排放核算(市電供電)
當此項目采用外購電力供電時，根據計算每年需消耗19980 噸標準煤，對外排放 55381噸二氧化碳。
3.2對采用天燃氣發電方案進行核算
若此項目改用燃氣三聯供機組，燃燒天然氣發電，并利用余熱經過溴化鋰機組為數據中 心制冷，按市場主流燃氣發電機產品，每1m3天然氣可發 4kWh 電，同時回收 4kW 冷量， 由于采用溴化鋰制冷機組替代電制冷機組，保守估計 PUE 由 1.35 降低至 1.30，則該項目的 綜合能源消耗及碳排放計算如下:
表5 項目綜合能源消耗計算及碳排放核算(天然氣發電)
當此項目采用天然氣機組發電并利用溴化鋰機組制冷時，根據計算每年需消耗19178噸標準煤，對外排放 33442 噸二氧化碳。
3.3兩種方案的對比分析
圖1 兩種方案的對比分析
根據計算兩種方案綜合能源消費量基本相當;碳排放方面，天然氣發電方案比外購電力方案降低約40%，可見天然氣發電方案更有利于降低數據中心二氧化碳排放量。
4 總結與展望
如文中計算結果所示，數據中心每年的能源消耗、二氧化碳排放量十分巨大;在碳中和、 碳達峰的大背景下，未來數據中心的規劃設計必定需要考慮能源的綜合利用以及二氧化碳排 放量等因素，根據文章計算，采用天然氣機組發電并利用余熱經過溴化鋰機組為數據中心制 冷的方式可比傳統外購市電的方式，每年二氧化碳排放量降低約40%左右，具有較大的潛力， 但仍需在方案設計階段考慮天然氣的持續供應、天然氣的存儲等問題。
節能減排、綠色低碳將是數據中心未來發展的重要課題，作為用能大戶，更要積極響應 國家號召，在數據中心規劃設計、運維管理方面不斷探索實踐，助力“碳達峰”、“碳中和” 目標的實現。
