目前我国从国家战略层面提出了“碳中和”目标,同时实施路径逐步明确。对以电力消耗为主的数据中心而言,受限于目前我国的一次能源结构状况以及国内电力市场的交易机制,未来我们在“碳中和”方面将面临巨大的挑战。本文结合数据中心的用能特点,从我国电力市场交易机制、绿色电力采购机制、碳排放权交易机制等方面,探讨国内数据中心实现能源侧 “碳中和”目标以及“可再生能源”比例的可能路径。同时文中相关信息基本都可以通过网络查到,本文的特点在于系统的组织了和数据中心相关的内容,供业内参考。笔者认为,未来“碳排放指标”大概率会与目前的“能耗指标”类似,很可能会采用与“环评”类似的一票否决机制,成为未来数据中心行业竞争的核心资源。同时本文仅代表作者个人观点,欢迎探讨。

关键词

数据中心、碳中和、二氧化碳当量、绿色电力证书、温室气体核证减排量(CERs)、中国核证自愿减排量(CCER)、区域电网排放因子

01、我国“碳中和”目标

我们国家近期宣布了国家“碳中和”目标:“力争2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。”[1] “到2030年,中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上,非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右,森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米,风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。”[1]

针对国家的“碳中和”目标,数据中心的碳中和路径在哪里?我们先了解下与二氧化碳排放相关的定义和国际协议。

02、什么是“碳”?《巴黎协议》是什么?温室气体核证减排量CERs和中国核证自愿减排量(CCER)的区别又是什么?

首先:我们经常听到的“碳减排”、“碳交易”、“碳足迹”、“低碳”甚至“零碳”,其实这里的“碳”并不是指实物的二氧化碳,而是二氧化碳当量(CO2e),是指多种温室气体的排放。二氧化碳当量是联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)的评估报告,为统一度量整体温室效应的结果,规定二氧化碳当量作为度量温室效应的基本单位。其他温室气体折算二氧化碳当量的数值称为全球变暖潜能值(GWP),即在100年的时间框架里,各种温室气体的温室效应,对应到相同效应的二氧化碳的质量,二氧化碳的GWP值为1。

温室气体有很多种,但是需要控制排放的主要有几种。1997年制定的《京都议定书》规定需要控制的温室气体有6种:分别是二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N2O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF6)。我国现行国标《工业企业温室气体排放核算和报告通则 GB/T 32150-2015》规定,需要控制的温室气体有7种,比京都议定书的规定多了三氟化氮(NF3),其他都是一样的。

其次:《巴黎协议》是由联合国195个成员国于2015年12月12日在2015年联合国气候峰会中通过的气候协议;取代《京都议定书》,期望能共同遏阻全球变暖趋势[2],形成了2020年后的全球气候治理格局。其最重要的目标把全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上低于2℃之内,并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内[3]。

关于全球温室效应的控制,最重要的文件其实并不是《巴黎协定》、《京都议定书》或者联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的历次评估报告。而是我们前面提到的,联合国大会于1992年5月通过的《联合国气候变化框架公约(UNFCCC)》,目前所有的关于“碳”方面的全球协议,追根溯源,均源自于这个公约及其相关文件。

其中最近的《巴黎协定》,是继《京都议定书》后第二份有法律约束力的气候协议。而《京都议定书》是《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)的补充条款。是1997年12月在日本京都府京都市的国立京都国际会馆所召开联合国气候变化框架公约参加国三次会议制定的[4]。其目标是“将大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平,以保证生态系统的平滑适应、食物的安全生产和经济的可持续发展”。[5]

政府间气候变化专门委员会(IPCC)是一个附属于联合国之下的跨政府组织,在1988年由世界气象组织、联合国环境署合作成立,专责研究由人类活动所造成的气候变迁。该会会员限于世界气象组织及联合国环境署之会员国[6]。

IPCC本身并不进行研究工作,也不会对气候或其相关现象进行监察。其主要工作是发表与执行《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)有关的专题报告[7]。政府间气候变化专门委员会主要根据成员互相审查对方报告及已发表的科学文献来撰写报告[8]。IPCC已分别在1990、1995、2001、2007年及2013年发表五次正式的“气候变迁评估报告”,为UNFCCC提供支持。

最后:温室气体核证减排量CERs,是由《京都议定书》规定的“清洁发展机制(CDM)”所定义的。CDM是京都议定书中唯一包括发展中国家的弹性机制。允许签署京都议定书的发达国家帮助在发展中国家进行有利于减排或者吸收大气温室气体的项目,并通过购买这些项目活动获得“排放减量权证”(CERs),作为履行联合国气候变化框架公约承诺的一部分[9]。我国碳交易市场的逐步建立也是由此而来。

碳交易市场可以简单地分为配额交易市场和自愿交易市场。配额交易市场为那些有温室气体排放上限的国家或企业提供碳交易平台,以满足其减排的需求,CDM交易机制理论上属于配额交易市场;自愿交易市场则是从其他目标出发(如企业社会责任、品牌建设、社会效益等),自愿进行碳交易以实现其目标[10]。

我国的中国核证自愿减排量(CCER),是经我国主管部门批准备案后所产生的自愿减排量,重点排放企业可是使用一定比例的CCER,来完成国家要求的碳减排清缴履约,是我国配额碳交易市场的一种补充。

03、数据中心能源侧的碳排放及各区域电网排放因子

数据中心能源侧的碳排放核算,主要来自于IT设备及基础设施的电力消耗,自备应急电源(如备用柴油发电机)仅在突发情况下应急使用,其直接燃烧的排放量极少,本文暂不考虑。同时本文仅针对常规的数据中心进行探讨,对于采用分布式能源系统、自备电厂等个例的数据中心,需要单独分析,不在本文探讨范围之内。

一般情况下,数据中心的电力供应都来自于市政电网。对于数据中心的碳排放计算,由于现行标准《温室气体排放核算与报告要求 GB/T 32151》中并不包含数据中心行业,因此我们参考《温室气体排放核算与报告要求 第1部分:发电企业 GB/T 32151.1-2015》中的5.2.4“购入的电力产生的排放”的计算方法来进行计算。同时这也是比较常规的,对我国企业的企业社会责任报告(ESG)碳排放量核算的通用方法。其计算公式如下:

E电=AD电×EF电

其中:

E电:购入电力消耗所对应的电力生产环节所产生的二氧化碳排放量,单位为吨二氧化碳(tCO2);

AD电:核算和报告期内的购入电量,单位为兆瓦时(MWh);

EF电:区域电网年平均供电排放因子,单位为吨二氧化碳每兆瓦时(tCO2/ MWh)。

供电排放因子,选用国家主管部门公布的相应区域电网排放因子进行计算。

目前,我国生态环境部官方网站公布的最新区域电网排放因子为《2017年度减排项目中国区域电网基准线排放因子》。

依据该文件,电网排放因子包括电量边际排放因子(OM)以及容量边际排放因子(BM)。

其中OM可认为是现存边际(即在项目增加用电需求时最后开始供电,在项目减少用电需求时最先停止供电)的电厂的排放情况。而BM是指未来可能兴建的电厂群的边际排放因子。根据目前碳排放计算的惯例,一般选择OM与BM的加权平均值CM来计算项目的碳排放量。即如下表格中的数据:

表1 2017年度中国区域电网基准线排放因子[11]

表1 2017年度中国区域电网基准线排放因子[11]

对应区域电网所辖省市如下表所示:

表2 区域电网覆盖省份表[11]

表2 区域电网覆盖省份表[11]

根据表1和表2,确定数据中心所在区域的电网排放因子后,即可根据用电数据计算数据中心电力消耗的二氧化碳排放量。

04、我国数据中心“碳中和”的可能路径

目前很多国外科技类企业制定了“可再生能源”目标甚至“碳中和”目标及实施路径,并每年公布实施进度。对于我们而言,如何在国内实现数据中心的“碳中和”呢?

我们从两个路径来考虑:(1)直接使用0碳排放的电力;(2)通过碳交易市场或者绿色电力交易市场来抵扣,从而实现0碳排放,这也是国外科技类企业最常采用的方式;

基于数据中心的用能特点,我们看一下0碳排放的电力供应有哪些。

目前能够实现0碳排放的电力供应,主要包括非化石能源所生产的电力,即水力发电、太阳能光伏发电、风力发电、潮汐能发电、生物质能发电,同时也包括核能发电。其中生物质能发电的0碳排放是以碳排放全周期的角度去衡量,其属于0碳排放。我们以大型秸秆发电厂为例,秸秆燃烧发电所产生的碳排放在下一年度的农业生产过程中会被重新吸收。除核电外,其他均属于我国法律规定的可再生能源。

首先,我们从技术可行性的角度,看这些0碳电力与数据中心的关系。以上这些0碳排放的电力供应,除核电和水力发电外,基本都存在电力供应波动大的问题。这与数据中心用能稳定和运营安全的首要需求是相背离的。这种直接供电,从技术角度来说是无法满足数据中心用能需求的,需要其他稳定的发电装置来补充,如自备大量柴油发电机或者采用市政电网的稳定电力供应等,这样就无法保证完全实现直接使用电力的0碳排放。另外由于数据中心单体建筑的用电密度大,大量采用蓄电设备储存所需电力,在现有的技术经济条件下还无法实现。

其次,如果由核电厂和大型水力发电厂直接供电,是可以实现数据中心的0碳排放的。但这与国内的电力市场规则有较大的冲突。国内的电力采购,一般是要通过电网公司进行的,从电网公司的调度上来说,是不能保证供给数据中心电力都直接来自于0碳排放的电厂的。同时,单一电厂供电,与国内数据中心的供电可靠性的要求又有偏差。

再次,如果我们采用“隔墙售电”,即数据中心建设在核电厂或者水力发电设施附近(这里先暂不考虑数据中心选址的安全要求),由电厂直接供应电力。目前国内这种电力交易模式还不成熟,存在小部分试点,总体上还无法满足数据中心行业发展的0碳排放需求。

最后,我们是否可以通过可再生能源绿色电力证书(以下简称绿证)采购或者中国核证自愿减排量(CCER)采购的方式,间接的实现数据中心的“碳中和”承诺呢?作者认为这是目前最可能的路径之一,我们看一下目前我国绿色电力证书交易的总体情况:

表3 我国可再生能源绿色电力证书交易情况统计表

表3 我国可再生能源绿色电力证书交易情况统计表

注:以上数据来自于国家发改委主管部门官网2020年12月份统计数据,作者整理

我们看一下表3中的数据,自2018年度至今,我国主管部门累计核发绿证折合275.4亿度,发电企业挂牌绿证累计108.4亿度,累计交易绿证0.4亿度,截止2020年12月的绿证年度成交均价风电0.1605元/kWh,光伏0.6552元/kWh(这里需要说明一下,绿证的价格不包含电网公司收取的电费,是需要企业额外支出的费用)。为什么在挂牌量相当的情况下,光伏的交易量远远低于风电,同时价格也远高于风电绿证呢?这与我国的绿证交易规则有关。

我国发改委颁布的可再生能源绿色电力证书核发及自愿认购交易制度的文件规定:

(1)试行为陆上风电、光伏发电企业(不含分布式光伏发电,以下同)所生产的可再生能源发电量发放绿色电力证书[12]。

(2)绿证认购价格按照不高于证书对应电量的可再生能源电价附加资金补贴金额,由买卖双方自行协商或者通过竞价确定认购价格[12]。

(3)风电、光伏发电企业出售可再生能源绿色电力证书后,相应的电量不再享受国家可再生能源电价附加资金的补贴[12]。

由此可见,绿证销售与国家补贴二选一,故发电企业的绿证价格不会因为市场的供需关系而有较大的变化。所以我们会看到,光伏绿证的价格一直居高不下。

目前虽然绿证的交易价格偏高,大量购买的成本压力较大。但随着可再生能源发电成本的降低,我国目前正在积极推进可再生能源发电平价上网,即推进建设不需要国家补贴执行燃煤标杆上网电价的风电、光伏发电平价上网试点项目。未来几年,绿证的价格有望降低到一个合理的水平。数据中心通过购买一定比例的绿证,实现一定比例的可再生能源承诺,是有机会的。

但是目前绿证与“碳中和”暂时还没有强关联。绿色电力证书由国家发改委认证,与可再生能源电力配额考核挂钩。碳排放对绿证的认定,需要对政策持续追踪。

那目前能否通过直接采购“CCER”来完成“碳中和”目标?主管部委《全国碳排放权交易管理办法》规定:“重点排放单位可使用国家核证自愿减排量(CCER)或生态环境部另行公布的其他减排指标,抵消其不超过5%的经核查排放量。”目前还无法通过该机制实现“碳中和”的目标。

通过以上的分析,我们可以看到,目前对于国内数据中心行业而言,短期内要实现“碳中和”的目标还不成熟。但随着国家“碳中和”目标的实施,未来绿证与“CCER”的相关政策应该会持续更新,市场机制逐步完善,这也是数据中心实现可再生能源比例目标和“碳中和”目标最有可能的路径之一。

05、结语

目前,对于数据中心行业而言,国内的电力交易市场机制还不完善,有待相关政策的进一步完善。但市场机制依旧是数据中心实现可再生能源比例目标和“碳中和”目标最有可能的路径之一。企业承诺“可再生能源”和“碳中和”的目标及路径,还需要进一步追踪国家相关政策,时刻保持关注。如果资金允许,在能源供给侧提前布局可再生能源产业,在未来的市场竞争中,可能会具有一定的优势。对于数据中心行业本身而言,未来“碳排放指标”大概率会与目前的“能耗指标”类似,很可能会采用与“环评”类似的一票否决机制,成为未来数据中心行业竞争的核心资源。以上仅代表个人观点,供业内参考,欢迎探讨。

参考文献

[1]北京. 国家国际发展合作署.《继往开来,开启全球应对气候变化新征程——习近平主席在气候雄心峰会上的讲话》. 2020.

[2]维基百科.https://zh.wikipedia.org/wiki/巴黎协议.

[3]巴黎协议.第二条第1款(a).

[4]维基百科.https://zh.wikipedia.org/wiki/京都议定书.

[5]京都议定书第二款:目标.

[6]维基百科.

https://zh.wikipedia.org/wiki/IPCC.

[7]Principles governing IPCC work . IPCC. 2006.

[8]About IPCC – Mandate and Membership of the IPCC. IPCC. 2007.

[9]维基百科.https://zh.wikipedia.org/wiki/清洁发展机制.

[10]北京.生态环境部.中国碳交易市场现状及未来发展趋势.2016.

[11]北京.生态环境部. 2017年度减排项目中国区域电网基准线排放因子.2018.

[12]北京.国家发改委.关于试行可再生能源绿色电力证书核发及自愿认购交易制度的通知.2017.

作者简介

李勇

(1978-),男,汉族,上海,腾讯科技(深圳)有限公司专家级工程师,高级工程师,注册暖通工程师,硕士生导师,同济大学,供热供燃气通风及空调工程专业,博士,主要从事数据中心规划设计、风险评估、成本分析等工作。

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