碳中和背景下的数据中心系列2——数据中心碳足迹

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昨天和大家分享了碳中和背景下的数据中心系列的第一部分：数据中心减碳需求日益突出

今天和大家分享第二部分：数据中心碳足迹

从数据中心全生命周期来看，以温室气体核算标准的边界定义，需要分别从三个范畴来分析数据中心的碳足迹——企业所有或可控制的排放源带来的直接温室气体（GHG）排放、以能源使用为主体的能源间接 GHG 排放、以组织活动引起的其他间接 GHG 排放（包括使用的资产、设备的生产过程所产生的 GHG 排放）。

碳排放量若按由高到低排序，排在首位的应是数据中心运行过程中消耗化石能源等带来的间接碳排放，其次是数据中心建设使用的材料和设备生产过程中产生的碳排放，以及生命周期结束处理时所产生的碳排放，最后则是运营过程中的直接碳排放。

碳足迹 1：以能源使用为主体的能源间接碳排放位列首位 

数据中心是高耗能行业，其用电需求正在随着建设数量、规模的不断扩大而急剧攀升。

数据显示，2020 年全国数据中心用电量为 870 亿度，占全社会用电量的 1.16%，产生的二氧化碳排放约为 7,290 万吨。预计到 2030 年， 数据中心用电量可能在 2020 年基础上翻一番，高达 1,800 亿度，用电量产生的碳排放值将达到全社会碳排放的 1.5%。所以，改变能源供给结构，关注可再生能源的开发和利用，探索基于多能互补的数据中心能源供应的多元融合模式，是低碳数据中心发展之路的重要举措。

就个体来说，超大型数据中心需满足 IT 设备、冷却系统、照明系统及供电系统的用电需求，规模耗电量高达上百兆瓦。传统数据中心 PUE 偏高， 电能使用效率低，也制约着数据中心低碳发展。

为了进一步提高效率，我国主要城市已经把 PUE 作为新项目审批的重要指标之一。

上海市 2021 年 4 月发布的《上海市数据中心建设导则（2021版）》中，在设计指标方面，要求新建大型数据中心项目，综合 PUE 严格控制不超过 1.3；在投入运行后，要求综合 PUE 第一年不应高于 1.4， 第二年不应高于 1.3。

深圳市 2019 年 4 月发布的《深圳市发展和改革委员会关于数据中心节能审查有关事项的通知》中，对于 PUE 值低于 1.25 的数据中心，新增能源消费量可给予实际替代量 40% 以上的支持。

2019 年全国数据中心 PUE 值情况：

近年来，数据中心行业通过众多技术创新来提高数据中心用能效率——用新型冷却方案代替传统的水冷或风冷，液冷技术的起步到试点应用，耐高温 IT 设备与自然风冷配合，高算力低功耗芯片的开发，服务器风道创新设计，HVDC 构架减少配电环节的电能损耗等。响应政策要求、加大管控力度，进而促进电能使用效率提升，降低碳排放，这也成为低碳数据中心发展之路中的重要保障 。

碳足迹 2：覆盖数据中心全生命周期资产投入及运营管理产生的间接碳排放 

数据中心属于重资产型基础设施，建设初期资产投入占比一般为电气 45%、暖通 25%、土建 20%、其他（弱电、智能化、消防等）10%。电气部分在数据中心资产投资中占比最高，远高于民用建筑电气投资 10% 的常规水平。这些设施的生产制造和原材料的使用都会排放二氧化碳。

同时运营过程需要投入更多资源进行有效管理，也会带来间接二氧化碳排放，而且此部分的排放相对分散，难于统计和管理。若能优化供配电结构，减少传统模式电气设备冗余配置，采用新型设备，不但可以优化数据中心投资及管理成本，也将直接助力碳减排。

碳足迹 3：数据中心运行过程中拥有和控制的排放源产生的直接碳排放 

数据中心拥有和控制的排放源相对较少，主要包括备用电源启动直接产生的碳排放，如柴油发电机组的柴油燃烧或天然气燃烧。其次还包括如冷却系统制冷剂泄露产生的温室气体、冷却系统排污水中的 NXO( 氨氮气体 )、电气系统绝缘气体 SF6、以及取暖燃料（煤、油、甲烷）等焚烧产生的气体泄露。

以柴油燃烧为例，估算碳排放值——据全球新能源网数据显示，柴油的 CO2 排放因子是 74,100 kg/TJ， 柴油的净热值是 43 TJ/Gg，故单位质量柴油完全燃烧排放的 CO2 质量约是 3.1863kg。2,000kW 柴油发电机组在额定状态下运行一小时油耗量约为 482~602 升，取最低值 482 升，相当于 385.6kg。但因月度试车或应急供应总使用时间不多，数据中心年均柴油发电机组直接碳排放一般不超过千吨，以实际项目计算为准。

当天然气作为备用电源时，其主要成分是甲烷，标准状况下 1,000 立方体积，CO2 排放量为 1,964kg。若能结合电化学储能站的合理配置，实现毫秒级启动供电，发挥其“顶峰”能力，可减少柴油发电机的开机时间，从而利于碳减排。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》，明确提出到 2035 年，生产生活方式绿色转型成效显著，能源资源配置更加合理、利用效率大幅提高，单位国内生产总值能源消耗和二氧化碳排放分别降低 13.5%、18%，非化石能源占能源消费总量比重提高到 20%。

以此为基础，《新型数据中心发展三年行动计划 （2021~2023 年）》着重引导新型数据中心走向高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路 : 

1、加快先进绿色技术产品应用。

2、持续提升能源高效 清洁利用水平。

3、优化绿色管理能力。

“双碳”目标的发布，将进一步引导与推动新型数据中心向低碳绿色方向发展，最终实现碳中和目标。我们应结合碳足迹现状，发挥创新技术优势，探索数据中心安全高效、低碳、集约、数字化的发展道路，从而实现高效管理，助力数据中心“双碳”愿景的实现。

碳中和背景下的数据中心系列的第二部分的内容就分享到这里，明天和大家分享第三部分的内容：低碳数据中心的挑战1

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