【华章视角】数据中心双碳之路
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数据中心双碳之路

作者：卢泽模，华章数据技术服务部总经理




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一、什么是双碳


双碳是指碳达峰和碳中和。

碳排放，是人类生产经营活动过程中向外界排放温室气体（二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫等）的过程。碳排放是目前被认为导致全球变暖的主要原因之一。

广义来说，碳达峰是指某一个时间点二氧化碳的排放不再增长达到峰值，之后逐步回落。根据世界资源研究所的介绍，碳达峰是一个过程，即碳排放首先进入平稳期并可以在一定范围内波动，之后进入平稳下降阶段。

碳中和是指企业、团体或个人测算在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，然后通过植树造林、节能减排等形式，抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。

2020 年 9 月 22 日习近平总书记在 75 届联合国大会上首次作出我国“二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和”的庄严承诺。数据中心亟须顺应这一发展趋势，降低碳排放，逐步实现数据中心“碳中和”目标。

“十四五”开局以来，2021年2月国务院发布了《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，推动绿色低碳循环发展：提出要“加快信息服务业绿色转型，做好大中型数据中心、网络机房绿色建设和改造，建立绿色运营维护体系”。“十四五”规划和“2035年远景目标纲要”提出打造智能绿色现代化基础设施体系：明确指出要“统筹推进传统基础设施和新型基础设施建设，打造系统完备、高效实用、智能绿色、安全可靠的现代化基础设施体系。围绕数字转型、智能升级、绿色发展，建设高速泛在、天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施”。


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二、数据中心与双碳的关系


我国能源结构以化石能源为主。2020年煤炭占全国能源消费56.8%，占全国二氧化碳总排放80%。煤炭在我国一次能源消费中的比重远超其他国家，煤炭的消费主力在电热行业，而煤炭的碳排放强度远高于油气能源，导致碳排强度高。

随着能源技术进步和政策引导影响，我国能源消费增速明显放缓、结构持续优化，碳排放渐入平稳期。2000年以来，我国天然气、水电、核电、风电等清洁能源消费占比正在快速提升，已由2000年的9.5%提升至2020年的24.3%，为我国实现能源低碳转型的目标提供了良好基础，但任务仍然艰巨。







数据来源：
国家统计局



3月29日，国家能源局下发《2022年能源工作指导意见》，指导意见提出今年的目标是：全国能源生产总量达到44.1亿吨标准煤左右，原油产量2亿吨左右，天然气产量2140亿立方米左右。保障电力充足供应，电力装机达到26亿千瓦左右，发电量达到9.07万亿千瓦时左右，新增顶峰发电能力8000万千瓦以上，“西电东送”输电能力达到2.9亿千瓦左右。


稳步推进结构转型。煤炭消费比重稳步下降，非化石能源占能源消费总量比重提高到17.3%左右，新增电能替代电量1800亿千瓦时左右，风电、光伏发电的发电量占全社会用电量的比重达到12.2%左右。

数据中心是算力基础设施的代表，在“新基建”推动下，数据中心越来越引起社会广泛关注。近5年来，我国在用数据中心机架规模持续增长，年均增速超30%。截至2020年底，我国在用数据中心机架总规模约400万架。数据中心建设布局由北京、上海、广州、深圳一线城市集聚转变为京津冀、长三角、粤港澳等聚集区协同发展。在节能减排方面，2021年我国数据中心年均运行PUE为1.49，较上一年降低0.065。据行业某迪咨询机构测算，2021年我国数据中心用电量占全社会用电量2%左右。

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。2019年，工信部联合国家机关事务管理局、国家能源局发布《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》，提出到2022年，数据中心平均能耗基本达到国际先进水平，水资源利用效率和清洁能源应用比例大幅提升。2019年，工业和信息化部发布《关于组织申报2019年度国家新型工业化产业示范基地的通知》，明确提出支持数据中心采用水电、风电、太阳能等绿色可再生能源。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。2017年12月，国家发展和改革委员会发布《关于做好2016、2017年度碳排放报告与核查及排放检测计划制定工作的通知》制定企业碳排放补充数据核算报告模板、企业排放监测计划模板。2020年12月，生态环境部发布《企业温室气体核查指南（试行）（征求意见稿）》对企业温室气体排放的核查工作进行规范，明确了核查程序、核查要点、核查工作流程、技术服务机构要求等。

碳达峰、碳中和“1+N”政策体系推动信息化基础设施能效提升：《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》，作为碳达峰、碳中和“1+N”政策体系中的“1”，提出要“提升数据中心、新型通信等信息化基础设施能效水平”。《关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》，作为“1+N”政策体系的“N”，在“节能降碳增效行动”提出“加强新型基础设施节能降碳”，进一步深化和落实《意见》中的任务和目标。2021年7月工信部印发了《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》提出数据中心绿色低碳发展专项行动，提出了绿色低碳发展行动等六个专项行动。2021年12月工信部印发了《国家通信业节能技术产品推荐目录（2021）》推动通信业节能和能效提升，助力碳达峰、碳中和目标实现。



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三、数据中心的双碳之路


1. 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、自然冷却、间接蒸发冷却、余热回收以及虚拟化、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。

2. 积极采购可再生能源和清洁能源。2020年伴随着“可再生能源电力消纳保障机制”的正式考核与运行，可再生能源将进入更多的省级电力市场，近期包括广东、山东、京津冀区域在内的省市已出台相关政策。目前，可再生能源的交易仍以中长期交易为主，现货交易为辅。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。2019年1月，国家发展改革委、国家能源局联合发布了《国家发展改革委国家能源局关于积极推进风电、光伏发电无补贴平价上网有关工作的通知》（发改能源〔2019〕19号文），明确提出“鼓励平价上网项目和低价上网项目通过绿证交易获得合理收益补偿”。平价项目绿证核发后，市场化交易形成的绿证价格将大幅下降。通过采购绿证的方式实现数据中心用能绿色化可以更快捷、方便，对于无法直接采购可再生能源的数据中心也是一种可行的方案。

3. 投资建设集中式可再生能源项目。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。但是直接投资可再生能源发电项目需要高额的前期投资成本，作为数据中心的非主营业务，国内企业目前尚未大范围开展直接投资建设可再生能源发电项目，未来可以考虑通过融资和参股方式解决，国际企业已有一定探索和实践。由地方政府投资建设集中式大型清洁能源电站，数据中心业主再根据清洁能源电站规划建设数据中心及相关通信节点，是数据中心低碳运营的可行路径之一。

4. 创新研发节能低碳技术，降低运营成本。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”。电解水法制氢成本仍然较高，随着技术不断成熟，电解水制氢的竞争力将逐渐增强，预计2030年前后氢能发展进入快车道。另外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。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，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。


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四、数据中心双碳路上的困局


数据中心有单位面积耗能巨大的特点，主要分布于东部人口密集经济发达地区。而我国清洁能源分布则相反，分布在西部人口稀疏、经济落后地区。要实现数据中心低碳、零碳运行需要国家层面推动整个行业跨省份跨区域的迁移。国家实行了西电东送工程、东数西算工程需要短则十年长则几十年的努力才能实现。这是数据中心实现双碳的困难之一。

数据中心实现东数西算，在网络时延方面需要克服远距离传输带来的较大时延。部分应用场景无法使用，通信运营商大力投资大带宽网络传输设备可能造成通信资源的浪费。如何解决网络资源、清洁能源、应用场景之间的平衡也是数据中心双碳路上的困难之二。

部分应用场景如智慧城市、无人驾驶等必须在本地运算，受限现有储能技术发展无法大规模利用清洁能源，也是双碳之路的困难之三。为降低运营成本，则需要通过削峰填谷手段实现。而目前电储能技术受限于电池技术的水平，无法实现长时间储能。其他储能方式也无法完美解决数据中心双碳的困局。

作为数据中心从业者，又肩负国家双碳目标，华章数据一直践行节能低碳之路，通过技术创新、优化运营，逐步实现双碳目标。