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2021低碳数据中心发展白皮书

发布时间:2021/06/04 企业新闻 标签:低碳数据中心碳中和零碳排放浏览次数:262

当前,5G、云计算、人工智能等新一代信息技术快速发展,信息技术与传统产业加速融合,数字经济蓬勃发展。数据中心作为各个行业信息系统运行的物理载体,已成为经济社会运行不可或缺的关键基础设施,在数字经济发展中扮演至关重要的角色。近年来,我国数据中心产业快速发展,保持平均每年 30% 左右的增速,预计未来仍将保持快速增长势头。与此同时,数据中心产业能源消耗、绿色和低碳发展进程正在不断引发社会关注。

一、 全球低碳数据中心产业发展现状

(一)全球低碳数据中心政策

1.全球主要国家碳中和政策

全球主要国家都承诺最晚于本世纪中叶完成国家层面碳中和计划。政府间气候变化委员会在2018 年 10 月 8 日发布特别报告提出将全球变暖限制在 1.5°C,需要在土地、能源、工业等方面加速转型,到 2050 年左右达到“净零”排放。

2.全球数据中心绿色低碳政策

当前,多国发布的数据中心相关政策仍以绿色发展为主题。新加坡发布的《绿色数据中心技术路线图》,基于本国情况,指出需在不影响系统性能和安全要求的情况下尽可能降低数据中心能源消耗,并提出提高冷却设备效率、IT 设备温湿度耐受能力、数据中心的资源调度和负荷分配集成优化能力等建议。

欧盟率先提出 ICT 行业的降碳目标,计划在2030 年提前达到气候中性。塑造欧洲的数字未来中表示 ICT 基础设施和数据中心应确保在 2030 年之前达到气候中性(climate.neutral),在 2050 年成为世界第一个实现气候中性的大陆。

(二)全球低碳数据中心发展现状

1.全球低碳数据中心绿色发展情况

数据中心虽总能耗高,但是单位实例能耗强度下降,总体能效不断优化提升。此外,冷却系统、供配电、服务器单位功耗和资源池虚拟化技术的发展和优化,推动 PUE 值持续降低,数据中心总体能效水平有所提高。

2.全球数据中心碳减排目标与路线图设立情况

国际互联网科技巨头大都承诺在 2030 年以前实现碳中和。

国际互联网科技企业优化运营管理持续推进数据中心降碳。Google 在 2007 年依靠购买可再生能源和高质量碳抵消项目完成碳中和。

Google 全年数据中心电能需求和供应随时间变化的对比。黑色部分代表全年数据中心电耗需求随时间轴变化情况。绿色区域代表时间点的可再生能源供应能力随时间轴变化情况。

部分国际企业在数据中心降碳技术的研究和探索上走在前列。Microsoft 对于数据中心降碳提出的技术解决方案是升级优化数据中心备用电力系统,包括储能电池和低碳燃料(氢燃料)。

3.全球低碳数据中心可再生能源利用情况

国际互联网企业公布的可再生能源目标时间点较为明确,数据中心企业也在加快可再生能源的应用。

4.全球低碳数据中心能源数据信息披露情况

国际上互联网企业数据中心和能源数据信息披露较为完善,但颗粒度仍有所差异。Facebook2019 年 可 持 续 年 度 报 告, 展 示 了2015 年到 2019 年,年度行业平均 PUE 和其自有数据中心 PUE 的发展趋势和对比情况。

2020 年 9 月,Facebook 又公布了针对数据中心的可持续发展数据,更加详细的披露了最近五年用电量、年度平均 PUE、可再生能源占比、年度平均 WUE、温室气体排放(范围 1/2/3)等信息,还列出了同期每个数据中心分别的用电量、温室气体排放(范围 1/2)和用水量等信息。

数 据 中 心 运 营 商 也 正 逐 步 完 善 信 息 披 露。Equinix 是当前在数据中心运营商中披露较为完善的企业之一。公布了用电量、可再生能源使用比例、温室气体排放(范围 1/2)、碳排放强度等。

二、 我国低碳数据中心产业发展现状

(一)我国数据中心绿色低碳政策

1.国家层面政策

国家发布一系列政策推进数据中心绿色发展。2013 年,工信部联合四部委发布《关于数据中心建设布局的指导意见》,充分考虑资源环境条件,引导大型数据中心优先在能源相对富集、气候条件良好、自然灾害较少的地区建设。

国家发布政策引导温室气体排放核查工作规范发展。2013 年,国家发展和改革委员会发布《企业温室气体排放核算方法与报告指南》,明确了各行业温室气体的核算边界、核算方法、质量保证等。

我国积极开展碳排放权交易试点工作,持续推进碳排放权交易市场建设。2011 年 10 月,国家发展和改革委员会发布《国家发展改革委办公厅关于开展碳排放权交易试点工作的通知》,批准在 7 个省市开展碳排放权交易试点工作。

2.地方层面政策

地方政府出台政策引导数据中心绿色发展。2018 年,北京市更新《北京市新增产业的禁止和限制目录》,城六区禁止所有新建和扩建数据中心项目,其他区域禁止建设,PUE 在 1.4 以下的云计算数据中心除外。

各试点城市围绕碳排放核查陆续出台了相关政策规定。北京市要求重点排放单位或用能报告单位建立重点能源消耗活动水平数据和排放因子定期测量检测机制,编制二氧化碳排放年度报告。

地方政府发布碳市场相关政策,为市场交易主体明确交易配额。在市场交易主体的确定和准入方面,各试点城市和地区均以二氧化碳的年排放量为标准(湖北除外),湖北、重庆、广东还以能耗作为标准。

(二)我国绿色低碳数据中心发展现状

1.我国低碳数据中心绿色发展情况:我国数据中心能效水平不断提高,部分优秀绿色数据中心案例已全球领先。截至 2019 年年底,全国超大型数据中心平均 PUE 为 1.46,大型数据中心平均 PUE 为 1.55;规划在建数据中心平均设计PUE 为 1.41 左右,超大型、大型数据中心平均设计PUE 分别为 1.36、1.39,预计未来几年仍将进一步降低。

2.我国数据中心碳减排目标与路线图设立情况:头部互联网企业纷纷启动碳中和目标和碳减排路线图规划,践行碳中和战略。2020 年底,秦淮数据集团提出计划在 2023 年实现中国运营范围内所有新一代超大规模数据中心 100% 采用“可再生综合能源解决方案”,直接参与投资不少于 2GW 的清洁能源。

3.我国低碳数据中心可再生能源利用情况:我国可再生能源装机规模和利用水平逐步提升。我国互联网企业应用可再生能源比例逐渐提升。根据国家能源局发布的《2020 年度全国可再生能源电力发展监测评价报告》显示,2020 年,全国可再生能源发电量达 22148 亿千瓦时,同比增长约 8.4%;其中,水电 13552 亿千瓦时,同比增长4.1%;风电 4665 亿千瓦时,同比增长约 15%;光伏发电 2605 亿千瓦时,同比增长 16.1%;生物质发电 1326 亿千瓦时,同比增长约 19.4%。

我国互联网企业应用可再生能源比例逐渐提升。近年来,我国互联网企业应用可再生能源的意识逐步加强,规模有所增长。

4.我国低碳数据中心能源数据信息披露情况:我国低碳数据中心能源数据信息披露较少,越来越多的互联网企业开始自愿披露 ESG 信息。目前在我国 22 家主流互联网企业当中,其中 55% 的企业披露了用电总量,50% 的企业披露了温室气体排放总量,41% 的企业披露数据中心 PUE 信息。

三、 我国低碳数据中心未来发展路径

为实现我国 2060 年碳中和目标,数据中心亟需提高数据中心效率,扩大可再生能源的使用范围,创新研发节能减碳技术,推动使用碳中和金融工具,加强碳中和管理制度和体系建设。

(一)提高数据中心效率,降低数据中心 PUE

坚持资源环境优先原则,充分考虑资源环境条件,数据中心优先在能源相对富集、气候条件适宜、自然灾害较少的地区进行建设,提高数据中心能源利用效率。鼓励采用液冷、高压直流、微模块以及虚拟化、云计算等技术和方案,充分考虑动力环境系统与 IT设备运行状态的精准适配,鼓励采用智能化系统和平台优化数据中心整体能效,持续降低数据中心 PUE。

(二)积极采购可再生能源和清洁能源

1.市场化采购可再生能源和清洁能源

随着电力市场化改革的推进,市场化采购可再生能源项目试点正在加快推进。目前,我国电力系统的调度运行方式是分散化的,这种分散式的机制限制了灵活性资源的潜力。可再生能源消纳责任制(通常称为“RPS”)将有助于推动签订电力中长期合同在我国的发展。

分布式能源市场化交易(隔墙售电)过网费尚未明确,试点推进缓慢。2019 年,国家能源局发布了 26 个分布式发电市场化交易试点区域,“隔墙售电”首先在试点区域中实施,但由于过网费标准难以达成统一,试点推进面临诸多挑战。

2.购买可再生能源绿色电力证书:随着平价上网时代的到来,购买绿证成为企业碳减排的可行选择。目前,我国绿证由于与补贴挂钩,绿证价格较高,采购绿证给企业带来较高的经济成本压力,影响了企业认购绿证的积极性。

(三)大力建设应用可再生能源和清洁能源

1.投资建设分布式可再生能源项目:购电合同模式不断成熟,投资建设分布式可再生能源项目发展提速。企业在自有屋顶安装太阳能光伏板,或在自己场地内安装风电机组,自发自用,余电出售给电网。

2.投资建设大型集中式可再生能源项目:从长远来看,投资建设大型集中式可再生能源项目是一种可行选择。数据中心企业可以直接建设、投资集中式风电、光伏电站,并拥有项目的部分所有权。通过投资等方式自建可再生能源项目能够满足高比例的用电需求,从长期看具备一定的经济性。

(四)创新研发节能减碳技术

1.大力开展储能技术研发应用

电解水制氢成本不断下降,竞争力逐渐增强。氢能虽然不是一次能源,但其碳排放较低,是未来潜力巨大的“能源载体”。目前,我国每年生产的氢气中,40% 来自煤气化,12% 来自甲烷蒸汽重整,另外 40% 的氢气是钢铁生产中炼焦过程、氯碱生产、轻烃脱氢等环节的副产品。

随着电池技术的发展,电池储能有望在未来满足长时间储能的需求。目前在美国市场上已出现了可再生能源和供电时间达 4 小时的电池储能结合的组合方案。电动汽车市场的急速扩张加速了中国电池储能成本的下降,这也使得电池储能有望在约2025 年后快速发展,并到 2040 年左右将超过抽水蓄能成为最常用的储能方式。随着电池技术的加快研究和发展,电池储能还有望在将来满足长期储能的需求。

冰蓄冷技术实现用电负荷的“移峰填谷”,降低用电费用。冰蓄冷技术,是在电力负荷较低的夜间,采用电制冷机进行制冰,将冷量以冰的方式储存起来;而在电力负荷较高的白天,再把储存的冷量释放出来,实现用电负荷的“移峰填谷”,通过峰谷电的差价,降低用电费用。

2.持续探索碳捕集与封存技术

引导发电企业运用 CCS 技术改造化石能源发电降低碳排放量。CCS 可以捕获 90% 的碳排放量,在燃煤电厂加装 CCS 将使得其变为一种相对低碳的发电技术,CCS 技术的应用取决于其未来的成本下降速度。ALLAM-FETVEDT 循环是一种创新天然气(或合成气)发电技术,其为实现低排放低成本 CCS 燃煤燃气发电提供一条有力路径。

探索应用结合碳封存的 DACCS 和 BECCS 技术推动减排降碳。DACCS 是从大气中直接捕集二氧化碳。加拿大碳工程公司开发了一种使用液态氢氧化钾溶剂吸收大气中二氧化碳的 DAC 技术。BECCS 技术应用除了成本下降速度之外,还取决于可利用的生物质资源量。目前,大部分的 BECCS 设施都涉及从乙醇厂捕集发酵工艺产生的二氧化碳。

(五)推动使用碳中和金融工具:扩大绿色金融工具使用范围,解决减排资金缺位问题。目前,我国的绿色债券发行主体多是能源和交通企业,互联网企业发行绿色债券较少。我国互联网企业、数据中心企业需加强自身能力建设,探索应用绿色债券、绿色票据等金融工具进行融资的潜力,拓宽绿色转型的融资渠道。

(六)加强碳中和管理制度和体系建设

加强低碳数据中心管理制度和体系建设。在组织和战略方面,数据中心亟需设立职能完善、分工明确的碳管理组织机构,加快提出碳中和目标并纳入企业长期发展战略,积极开展二氧化碳相关学习培训,开展节能减排宣传;在管理体系层面,数据中心宜建立有效、覆盖全面的二氧化碳排放监测计划,积极开展第三方碳排放核查,建立完善的碳信息公开和碳信息披露制度,实现碳减排精细化管理。

内部碳定价是大型企业管理和促进低碳转型的有效工具。通过在公司内部为商业决策所涉及温室气体排放赋予财务价值,排放量可以转化为一项财务指标,进而影响决策过程。目前,企业碳成本核算呈上升趋势,已经采用或计划制定内部碳价的企业数量自 2015 年起,五年内增加了 80%。我国的互联网企业需积极借鉴国际经验,在企业内部实施碳定价,推动企业低碳转型发展。

四、加快低碳数据中心发展的政策建议

一是推广应用数据中心节能降耗技术,包括供配电、制冷和 IT 设备节能降耗技术。冷却技术近年来不断发展更新、方式多样化,但仍然是数据中心非 IT 设备能耗的主要来源,在冷却技术上仍需加大研发投入和测试实验,高效利用自然冷却资源推进绿色数据中心优化升级。

二是加快降碳技术研究和创新,推动清洁能源、储能和碳捕集碳封存技术加速应用。当前氢能大规模利用主要受限于制备技术和储运成本。氢燃料电池也是国际企业在数据中心备用电源领域替换柴发的的方案之一。储能技术方面,抽水储能受限于地理环境,电化学储能则仍需进一步提高安全性并加强统筹规划。建议对电化学储能行业规范市场准入、优化安全标准并推动技术升级,加大对其他储能技术进行研究,比如重力储能 31 和压缩空气储能技术等,鼓励碳捕集碳封存技术的研发和创新。

三是从外部和企业内部完善企业碳减排管理制度体系,优化碳减排管理。从外部来看,建议政府部门完善需求侧用能管理,碳排放管理、核查与评估,碳排放交易制度和体系。从内部来看,建立企业碳减排目标和战略组织与管理,借鉴欧美国家企业实施内部碳定价将降碳指标落实到各个部门,促进行业低碳转型。

四是建立健全可再生能源政策法规,推动可再生能源在数据中心的交易和应用。推动市场主体直接开展交易,有针对性地建立可再生能源发电参与电力现货市场交易的体系。做好顶层规划,完善支持政策,建议将数据中心的发展与能源转型、气候变化、可再生能源的发展密切结合,引导数据中心加大可再生能源的交易和应用。在编制电网基建规划、网络建设规划时对数据中心的需求予以充分考虑。

五是优化升级绿色金融手段,加大低碳资金支持力度。绿色金融工具当前在国内发展时间短、法律制度不明确、缺乏可操作性和针对性,此外市场上金融机构参与度不足且缺乏激励机制。建议考虑首先建立健全相关法律法规为绿色金融营造良好的发展环境。其次是提高金融产品多样性,推动国家相关部门对企业进行贷款保障激励,尤其是节能环保行业的中小微企业,推动节能减排的项目或者企业在碳交易市场中自由交易。

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