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探索数据中心如何实现碳达峰与碳中和
  • 碳排放达到峰值,常用于年度颗粒度,指年度碳排放。碳排放一般指二氧化碳CO2排放。由于社会进步,全社会平均生活、消费水平逐年提高,从自然角度,碳达峰可能永远不会出现或者一出现就代表社会进入衰退和毁灭周期。

    1 减排基本概念
      
      (1)碳达峰
      
      碳排放达到峰值,常用于年度颗粒度,指年度碳排放。碳排放一般指二氧化碳CO2排放。由于社会进步,全社会平均生活、消费水平逐年提高,从自然角度,碳达峰可能永远不会出现或者一出现就代表社会进入衰退和毁灭周期。目前的碳达峰都是出于科学可持续发展的目的,减少温室效应,而进行的主动干预。加速绿色减排产品、技术、低排或零排能源的广泛应用,在大量投入与干预下,当新技术或新能源等减排资源,每年新增减排量大于增量需求导致的增排量,则实现了碳达峰。
      
      碳达峰后并不一定百分百意味着碳排放会逐年下降,可能会有所反复,只是低于达峰时的峰值即可。但是一般政策、市场惯性,基本会维持下降趋势或持平,较少可能出现排放又上涨的反复。
      
      (2)碳中和
      
      绝对零排放(研究界面内无直接与间接CO2排放)或相对零排放(产生的排放量低于或等于获得的减排量,排放量足以被抵消,相当于零排放)均可视为碳中和。
      
      相对零排放这种碳中和是允许国家、地区、城市、行业、企业、公民或产品有排放的,只要其排放量低于或者等于其获得的减排量即可。
      
      (3)企业碳中和
      
      企业组织边界内的碳排放实现中和。
      
      (4)园区碳中和
      
      园区边界内的碳排放实现中和。
      
      (5)产品碳中和
      
      产品整个生命周期(全产业链)内的碳排放实现中和。
      
      (6)范围一边界内直接排放
      
      研究边界内直接向大气的排放,比如采用边界内的三联供机组或者供暖锅炉造成燃料燃烧的排放就属于范围一直接排放。
      
      边界可以是一栋楼、一个园区甚至是一个地区、城市、国家等地理上的空间边界,也可以是一个法人、一个行业、一个联盟或者某种约定下的不相连的特定的时空边界的集合。
      
      (7)范围二利用边界外能源间接排放
      
      研究边界内利用边界外的电力和热力(蒸汽/热水/冷水)等直接能源及消耗边界外能源的耗能工质产生的排放。
      
      范围二排放原则上不属于边界内排放,但没有买卖没有杀害,没有能源消耗就没有对应能源生产的排放。为了更有效控制排放,往往也会加以统计与考核。
      
      不过从科学的角度一方面为了避免全社会能源生产计量一次碳排放,能源消耗又重复计量一次碳排放造成统计错误,总排放虚高;另一方面也不能让能源生产企业替全社会背碳排放的大锅。
      
      作者曾经很早就提出一种比较科学合理的分摊方法,以电力为例,发电企业承担相应的燃料及其他边界内的总排放与相应对外输出电力、热力、冷力当量排放之间的差值/损耗带来的排放,用电企业承担电力当量带来的基准排放,用电厂热能企业按照其热能当量计算其排放。输电企业也按照其输电损失,按照用电企业计算其排放。其他能源与耗能工质也一样,谁的锅谁背,谁家孩子谁抱。这样上下游都加起来还是发电企业边界内那点总燃料排放。
      
      (8)范围三其他间接排放
      
      一般指研究边界内的人员、车辆、机具在边界外的差旅、通勤等生产/生活(看研究范围)所造成的间接排放。也有将边界内使用、消耗、折旧的其他非能源及非耗能工质类物质在边界外生产、运输、组装、维护等能与边界内使用结合为全生命周期的剩余周期的碳排放计入范围三排放的。
      
      对于能源供应或者常规生产类企业也有在此基础上将生产的物质或者能源在边界外运输、使用、消耗所造成的碳排放计入范围三排放的。此时通过范围一、二、三往往可以认为边界内所涉物质/能源的全生命周期碳排放均被计入了。各地根据碳排放核查和减排政策差异,略有区别,但都在范围一、二、三排放范畴内。
      
      (9)减排方式
      
      节能减排:通过节能的方式,减少能源/燃料消耗来减少范围一、二、三的排放。绿色能源减排:通过加大绿色清洁能源的利用,改变能源的结构实现减少排放。
      
      间接减排:通过购买/投资/交换等手段支持他人减排获得减排权益部分/全部分享。如采购新能源发电企业的绿证、经核证自愿减排的CER、CCER、GSCER、VER、GSVER、多种树的NBS、阻止他人砍树的REDD、REDD+。
      
      2 为什么要碳达峰与碳中和
      
      (1)减排温室气体
      
      温室气体(GHG,greenhousegas):任何会吸收和发射红外线且存在于大气中的气体。通常指臭氧(O3)、水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)、氢氟氯碳化物类(CFCs,HFCs,HCFCs)、全氟碳化物(PFCs)及六氟化硫(SF6)等。
      
      其中臭氧(O3)、水蒸气(H2O)由于时空分布差异和监测、核查难度问题,常规排放审查及控制均不含这两种气体。除此之外的六种即为京都议定书中规定控制的温室气体。
      
      碳达峰及碳中和通常都是为了实现温室气体减排,是减排的两个不同深度的阶段。
      
      ①有的减排支持者认为温室气体增加会导致全球气温增加,冰川加速融化,海平面升高,危及低位地区及冰川附近区域发展。
      
      ②有的减排否定者认为如果把地球看成一个人,温室气体增加只是多穿一件衣服,把全球气候变暖怪罪于温室气体增加,就像看到有人天气热喜欢多穿衣服,就认为多穿衣服会导致天气热/感觉热,看见有人下雨打伞,就认为有人打伞会导致下雨。这显然把主次和因果关系全部混为一谈了。
      
      ③有的减排支持者认为温室气体排放的增加对未来全球气候变暖有一定的放大作用。就像对于第三方服务的IDC数据中心的节能降耗,虽然耗能大头在IT设备,但那不属于可控范围内,因此重点控制对象往往放在电气传输的ups节点及空调系统内。同理出于可行性和易于操作考虑选择支持减排,以防范全球变暖。
      
      ④有的减排否定者认为相比全球变暖,全球变冷其实更危险,过于追求碳中和,导致温室气体含量大幅下降,未来外部环境变化,将更快进入灭绝大冰期。
      
      ⑤有的减排支持者,是因为他的支持者或者领导或者因为其他各种有利可图而选择支持。
      
      (2)节能
      
      一切节能技术均天然减排,减排高压也有利于节能技术的推进和发展。节能技术的应用和推进能顺带带来减排的效果。
      
      (3)占据制高点
      
      在减排共识和绿色环保共识趋势下,支持碳达峰及碳中和。
      
      ①能带来更多无形助力和价值;
      
      ②能展现更强的综合实力;
      
      ③有利于减少业务开拓的阻力;
      
      ④承担更多社会/国家/品牌/企业/组织责任,竖立正面形象;
      
      ⑤展示更长远的眼光和战略及策划等能力与实力。
      
      (4)实现可持续化发展
      
      ①避免化石能源的高度依赖及耗尽危机;
      
      ②实现能源及其他产品/技术/组织的更新换代。
      
      3 碳排放与数据中心
      
      (1)数据中心的碳排放
      
      常规数据中心的碳排放其中99%以上来自其用电折算的碳排放。即使边界内三联供,也不过是相当于把部分发电设施纳入边界内而已,将这部分用电量的碳排放折算系数由基于发电及输配电全行业均值改为基于边界内专属设施的实际排放水平。
      
      数据中心的碳排放主要与其用电量、电力来源/品质、间接减排措施应用密切相关。
      
      ①数据中心用电量主要决定于IT用电量(计算/存储/传输需求、IT设备/系统能效)、PUE(动力系统能效)。对于第三方机柜托管型IDC服务商,其天然的希望多用机柜,对于IT用电量的需求和内生动力与减排天然背道而驰,而且也缺乏有效的控制或者改善不在控制范围的IT系统用电量的措施与能力。降PUE既节能又减排,政府管控与企业能形成合力,但PUE在经济性及技术限制下并不能无限下降,甚至天然的高于1.0。
      
      ②数据中心作为能耗巨兽,无论太阳能、风能、水能除极少数特定环境下,边界内实现的基于总耗能的新能源利用率极低(<5%)。通过无碳能源/燃料构建的边界内燃烧/电池发电系统,往往其无碳能源的获取,离不开电力,在现有市场和技术限制下这种方式获得的减排,由于多了无碳能源中间转化一次,其成本往往高于采用间接减排措施的成本。
      
      ③间接减排措施,受制于碳排放市场及政策的发展与成熟。以北京现有政策为例,暂可用于间接减排的CCER,不仅有不高于总排放额度的5%的限制,而且当全部CCER来自市区时,可抵扣限额比例下调为2.5%。购买由于其他企业停产、迁出、过量配额、节能减排导致基准排放额度富裕而流入市场的可交易的碳排放权,某种程度上也算是无限额的间接减排措施。
      
      (2)碳排放政策与管控
      
      ①现有政策
      
      2020年9月22日,国家主席习近平提出将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,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。
      
      2020年11月17日,在金砖国家领导人第十二次会晤上的讲话,习主席再次提重申二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和的目标。
      
      2021年3月5日上午,十三届全国人大四次会议中,碳达峰、碳中和列入政府工作报告。
      
      2021年1月24日,上海市第十五届人民代表大会第五次会议通过了《上海市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二0三五年远景目标纲要》。制定全市碳排放达峰行动方案,实施能源消费总量和强度双控,着力推动电力、钢铁、化工等重点领域和重点用能单位节能降碳,确保在2025年前实现碳排放达峰,单位生产总值能源消耗和二氧化碳排放降低确保完成国家下达目标。
      
      ②管控与执行
      
      由于国内特色,举国体制下,十年碳达峰三十年碳中和的奇迹有极大概率实现。而为了这一奇迹,任务层层分解和加码就是一种必然路径。
      
      数据中心尤其是列入省市与全国重点能耗监管名单的位于一线城市的数据中心往往也会逐步成为碳排放的重点监察单位,被重点监管。数据中心尤其是机柜托管类IDC及税收与产值不在当地的云计算巨头,往往不仅仅是排放总量达峰和中和压力巨大,其排放税收和产值强度按照现有统计口径在一线城市热点区域,往往也处在垫底的境界。
      
      ③管控与危机
      
      十年碳达峰、三十年碳中和。时间紧、任务重,对于数据中心来说可能存在以下危机:
      
      a.未来碳排放的免费配额逐步减少至完全取消,市场上直接碳排放权及CCER等间接排放权价格上涨,部分总量/强度上减排落后的被加征碳税、环保处罚、用能单价惩罚性增加等造成碳排放成本上升,影响企业利润,甚至导致严重亏损;
      
      b.未来不排除因排放总量与强度指标不达标被强制整改、部分关闭、清退、迁出、淘汰。
      
      c.对于管控者来说可能存在以下危机:过快过重的减排压力增加的减排成本,企业既无法内部消化也无法传导到客户端,将导致整体发展受限受挫,而使得城市/行业/国家总体竞争力大幅下降。
      
      过偏的将减排压力/任务下到发电或者用电的一端,亦或仅仅促进激励了企业自身,而忽视了对企业的客户的激励和促进,而使得任务无法高效准时完成。
      
      4 数据中心如何转危为机率先碳达峰与碳中和
      
      (1)如何转危为机
      
      作为兔子的企业,不需要比最厉害的狮子跑的快,只需要比,比较慢的兔子跑的块,即可避开死亡危机而存活。
      
      ①时刻关注相关管控资讯,保持敏感,视界先人一步。
      
      ②在经济可靠的前提下加大节能降耗的投入,大幅降低IT用能及PUE。
      
      ③按照市场行情逢低储备一部分直接碳排放权及间接碳排放权。
      
      (2)态度领先勇于尝试主动参与
      
      ①在经济可靠的前提下,尝试应用新的减排技术。比如现有条件下,安装屋顶光伏、园区太阳能路灯等各种切实有效的,以往因为减排总量较少而不值得花精力的技改。
      
      ②对于管控信任开放、积极主动、高度配合,争取享受各种优惠及尽力荣誉。
      
      ③尝试推进有利政策的提出与落实。比如减排相关的奖励、补贴、退税、用能优惠、绿色信贷、承接落后产能支持及扩容支持、优化总量及强度统计口径及方法等。
      
      (3)率先实现碳达峰与碳中和竖立零碳标杆,着眼未来,率先实现碳达峰与碳中和。
      
      ①限制规模、依据公司/集团实力将某个机房模块、某层、某栋楼、某个园区打造成零碳标杆,提升公司/集团声誉及品牌无形价值。
      
      ②投资新清洁能源企业或与其深度战略合作,通过间接减排措施率先实现数据中心的碳排放达峰与碳中和的同时,分享行业发展红利。
      
      ③投资供暖企业或与其深度战略合作,将数据中心由耗能中心转为能产生碳汇的绿色供暖中心,辅助实现数据中心的碳达峰与碳中和,扩展与丰富企业的业务生态。
      
      ④当减排市场成熟时,通过率先实现的碳达峰与碳中和目标历练的减排团队对外进行能力输出,将运维中心由节流型利润中心转为节流兼开源型利润中心。
      
      编辑:Harris
      
      

    碳排放达到峰值,常用于年度颗粒度,指年度碳排放。碳排放一般指二氧化碳CO2排放。由于社会进步,全社会平均生活、消费水平逐年提高,从自然角度,碳达峰可能永远不会出现或者一出现就代表社会进入衰退和毁灭周期。