一 “双碳”政策提出背景
随着全球气候变化对人类社会构成重大威胁,越来越多的国家将“碳中和”上升为国家战略,提出了无碳未来的愿景。2020年9月22日,我国提出要在2030年之前实现二氧化碳排放达峰,到2060年实现碳中和目标。2020年12月,中央经济工作会议将“做好碳达峰、碳中和工作”列为2021年的重点任务之一。这也是碳达峰、碳中和被首次写入政府工作报告。由此,“碳达峰”“碳中和”走入公众视野,进一步成为热词。
二 什么是“碳达峰”和“碳中和”
所谓“碳达峰”,是指二氧化碳年总量的排放在某一个时期达到历史最高值,达到峰值之后逐步降低。而“碳中和”则是指在一定时期内,通过植树、节能减排、碳捕集、碳封存等方式抵消人为产生的二氧化碳,实现二氧化碳净排放为零。
“碳达峰”是实现零排目标、绿色增长的第一步,而“碳中和”则是第二步,即为最终目标。实现“碳中和”目标并不能一蹴而就,“碳达峰”则是实现“碳中和”这个远景目标的关键性节点(见图1)。
三 为什么数据中心要强调绿色低碳
“碳达峰”、“碳中和”政策目标在以往减排政策基础上大幅加码,全社会碳减排任务艰巨。当前我国二氧化碳排放量约为100亿吨,在现有减排强度下,2030和2060年碳排量预计为134.4亿吨和186亿吨。这意味着,为实现碳达峰,需在2030年前减排当前碳排总量的25%。
国际化标准组织ISO发布的ISO14064标准将温室气体的排放被划分为三个范围:一是自身产生的碳排放,二是通过消耗电力能源产生的碳排放,三是产业供应链的碳排放。根据此标准,数据中心90%以上的碳排放属于范围二,是公认的高耗能行业,也是为数不多能源消耗占社会总用电量比例持续增长的行业。
过去十年间,我国数据中心整体用电量以每年超过10%的速度递增。中国电子技术标准化研究院发布的《绿色数据中心白皮书2019》指出,中国的数据中心能耗总量明显高于世界的平均水平;据信通院发布的《中国数据中心能耗现状白皮书》显示,目前我国中小型数据中心数量已超40万,年耗电达1000亿度,平均每个数据中心1年耗电就25万度。另据国网能源研究院预测,到2030年数据中心用电量将突破4000亿千瓦时,占全社会用电量的比重将升至3.7%。
另一方面,数据中心节能降耗空间大。据测算,若从数据中心的建设标准、建设模式、建设布局、技术创新和资源调度等多个可行方面切入,到2025年,我国数据中心年用电量可由4000亿度降低到3000亿度左右,节省约3000万吨标准煤。
《中国数字基建的脱碳之路:数据中心与5G减碳潜力与挑战(2020-2035)》报告指出,在中国2030年全面实现碳达峰之后,以数据中心为代表的数字基础设施的碳排放仍将继续增长,俨然已成为能源消耗与碳排放的新增长点。
因此,数据中心绿色化转型迫在眉睫,对于我国在2060年前实现碳中和的目标意义重大。
四 我国数据中心最新绿色低碳政策
各级政府,尤其是热门省市及重点区域,陆续出台节能型绿色数据中心相关政策,严格控制数据中心能耗,推动建立高技术、高能效“碳中和数据中心”。
去年12月始,国家发布《关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见》等政策,提出强化数据中心节能技术适用和能源配套机制,推进建设绿色数据中心,实现数据中心行业碳减排。在全国政策引导下,北上广深为首的核心一线城市也纷纷推出节能减排政策,对数据中心的PUE能耗水平进行严格控制,大力推进绿色数据中心技术发展和建设布局优化。
五 政策指引下数据中心主流建设趋势
数据中心技术趋势:展望未来3-5年,数据中心技术趋势主要体现在可再生能源利用、加大现场发电、提升能源效率、发展储能技术、探索碳捕集与封存技术五大方面。
1使用可再生能源和可再生能源额度定
在“双碳”政策下,数据中心行业中最流行的两种零碳排放途径是直接使用可再生能源和使用可再生能源额度(RECs)。在可再生能源发电地远离数据中心的情况下,运营商将可再生能源转售回电网,并使用可再生能源信用额度抵消其碳排放。这是整个数据中心行业的普遍做法。这种方法的好处在于,即使数据中心不一定使用可再生能源,但依然可使用可再生能源供应商来获得客户对新项目的投资。
2增加现场发电量
数据中心通常以电网作为主要的电力来源。虽然电网供电更为便捷,但数据中心的持续扩展会给现有的电网基础设施带来额外压力,从而导致电网不稳定。在一些地区,数据中心增长和能源需求可能超过电网基础设施的能力和投资。为了应对这些挑战,一些数据中心运营商会部署现场发电设备。光伏阵列、天然气发电机组和燃料电池是现场发电的常见能源。
3提高能源效率
数据中心可从IT和非IT基础设施两个方面,提高能源效率。从IT基础设施方面,融合基础设施(CI)和超融合基础设施(HCI)有望引领数据中心能效提升。从非IT基础设施方面,冷却系统的进步将成为非IT基础设施能效提升的中心。自然冷却,即利用周围凉爽的空气或来自附近的冷冻水源冷却设施,这种方法将影响数据中心的选址。此外,液体冷却技术的日益突出将影响数据中心冷却系统设计。
4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,我国电解水法制氢成本仍较高,用电解水方法生产的氢气只占总产量的4%,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。
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,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。
5持续探索碳捕集与封存技术
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将使其变为一种相对低碳的发电技术。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,提供有力路径。该技术发电可捕集97%的二氧化碳,电力价格比传统天然气联合循环要高出约22%。到2050年,成本溢价预计会低于10%。
数据中心布局趋势:在“双碳”政策的引领下,未来数据中心形态将向大型数据中心集群发展,同时在建设方面,通过优化选址和充分利用绿色能源来提高能效。所谓优化选址,就是选择气候条件适宜、绿电供应充足的地区建设数据中心。将可再生能源供应纳入数据中心的选址决策,促进可再生能源就地消纳。此外,还可利用山洞自然冷风循环、海水制冷等。而在数据中心的园区建设上，可采用预制化装配式建筑，在建设上叠加光伏，采用综合供能、高效制冷、余热循环利用等措施。
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