目前我國從國家戰(zhàn)略層面提出了“碳中和”目標，同時實施路徑逐步明確。對以電力消耗為主的數(shù)據(jù)中心而言，受限于目前我國的一次能源結構狀況以及國內電力市場的交易機制，未來我們在“碳中和”方面將面臨巨大的挑戰(zhàn)。本文結合數(shù)據(jù)中心的用能特點，從我國電力市場交易機制、綠色電力采購機制、碳排放權交易機制等方面，探討國內數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)能源側 “碳中和”目標以及“可再生能源”比例的可能路徑。同時文中相關信息基本都可以通過網(wǎng)絡查到，本文的特點在于系統(tǒng)的組織了和數(shù)據(jù)中心相關的內容，供業(yè)內參考。筆者認為，未來“碳排放指標”大概率會與目前的“能耗指標”類似，很可能會采用與“環(huán)評”類似的一票否決機制，成為未來數(shù)據(jù)中心行業(yè)競爭的核心資源。同時本文僅代表作者個人觀點，歡迎探討。
關鍵詞
數(shù)據(jù)中心、碳中和、二氧化碳當量、綠色電力證書、溫室氣體核證減排量（CERs）、中國核證自愿減排量（CCER）、區(qū)域電網(wǎng)排放因子
01、我國“碳中和”目標
我們國家近期宣布了國家“碳中和”目標：“力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。”[1] “到2030年，中國單位國內生產總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達到25%左右，森林蓄積量將比2005年增加60億立方米，風電、太陽能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上?！盵1]
針對國家的“碳中和”目標，數(shù)據(jù)中心的碳中和路徑在哪里？我們先了解下與二氧化碳排放相關的定義和國際協(xié)議。
02、什么是“碳”？《巴黎協(xié)議》是什么？溫室氣體核證減排量CERs和中國核證自愿減排量（CCER）的區(qū)別又是什么？
首先：我們經(jīng)常聽到的“碳減排”、“碳交易”、“碳足跡”、“低碳”甚至“零碳”，其實這里的“碳”并不是指實物的二氧化碳，而是二氧化碳當量（CO2e），是指多種溫室氣體的排放。二氧化碳當量是聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的評估報告，為統(tǒng)一度量整體溫室效應的結果，規(guī)定二氧化碳當量作為度量溫室效應的基本單位。其他溫室氣體折算二氧化碳當量的數(shù)值稱為全球變暖潛能值（GWP），即在100年的時間框架里，各種溫室氣體的溫室效應，對應到相同效應的二氧化碳的質量，二氧化碳的GWP值為1。
溫室氣體有很多種，但是需要控制排放的主要有幾種。1997年制定的《京都議定書》規(guī)定需要控制的溫室氣體有6種：分別是二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N2O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF6）。我國現(xiàn)行國標《工業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算和報告通則 GB/T 32150-2015》規(guī)定，需要控制的溫室氣體有7種，比京都議定書的規(guī)定多了三氟化氮（NF3），其他都是一樣的。
其次：《巴黎協(xié)議》是由聯(lián)合國195個成員國于2015年12月12日在2015年聯(lián)合國氣候峰會中通過的氣候協(xié)議；取代《京都議定書》，期望能共同遏阻全球變暖趨勢[2]，形成了2020年后的全球氣候治理格局。其最重要的目標把全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)化前水平以上低于2℃之內，并努力將氣溫升幅限制在工業(yè)化前水平以上1.5℃之內[3]。
關于全球溫室效應的控制，最重要的文件其實并不是《巴黎協(xié)定》、《京都議定書》或者聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發(fā)布的歷次評估報告。而是我們前面提到的，聯(lián)合國大會于1992年5月通過的《聯(lián)合國氣候變化框架公約（UNFCCC）》，目前所有的關于“碳”方面的全球協(xié)議，追根溯源，均源自于這個公約及其相關文件。
其中最近的《巴黎協(xié)定》，是繼《京都議定書》后第二份有法律約束力的氣候協(xié)議。而《京都議定書》是《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）的補充條款。是1997年12月在日本京都府京都市的國立京都國際會館所召開聯(lián)合國氣候變化框架公約參加國三次會議制定的[4]。其目標是“將大氣中的溫室氣體含量穩(wěn)定在一個適當?shù)乃?，以保證生態(tài)系統(tǒng)的平滑適應、食物的安全生產和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展”。[5]
政府間氣候變化專門委員會（IPCC）是一個附屬于聯(lián)合國之下的跨政府組織，在1988年由世界氣象組織、聯(lián)合國環(huán)境署合作成立，專責研究由人類活動所造成的氣候變遷。該會會員限于世界氣象組織及聯(lián)合國環(huán)境署之會員國[6]。
IPCC本身并不進行研究工作，也不會對氣候或其相關現(xiàn)象進行監(jiān)察。其主要工作是發(fā)表與執(zhí)行《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）有關的專題報告[7]。政府間氣候變化專門委員會主要根據(jù)成員互相審查對方報告及已發(fā)表的科學文獻來撰寫報告[8]。IPCC已分別在1990、1995、2001、2007年及2013年發(fā)表五次正式的“氣候變遷評估報告”，為UNFCCC提供支持。
最后：溫室氣體核證減排量CERs，是由《京都議定書》規(guī)定的“清潔發(fā)展機制（CDM）”所定義的。CDM是京都議定書中唯一包括發(fā)展中國家的彈性機制。允許簽署京都議定書的發(fā)達國家?guī)椭诎l(fā)展中國家進行有利于減排或者吸收大氣溫室氣體的項目，并通過購買這些項目活動獲得“排放減量權證”（CERs），作為履行聯(lián)合國氣候變化框架公約承諾的一部分[9]。我國碳交易市場的逐步建立也是由此而來。
碳交易市場可以簡單地分為配額交易市場和自愿交易市場。配額交易市場為那些有溫室氣體排放上限的國家或企業(yè)提供碳交易平臺，以滿足其減排的需求，CDM交易機制理論上屬于配額交易市場；自愿交易市場則是從其他目標出發(fā)(如企業(yè)社會責任、品牌建設、社會效益等)，自愿進行碳交易以實現(xiàn)其目標[10]。
我國的中國核證自愿減排量（CCER），是經(jīng)我國主管部門批準備案后所產生的自愿減排量，重點排放企業(yè)可是使用一定比例的CCER，來完成國家要求的碳減排清繳履約，是我國配額碳交易市場的一種補充。
03、數(shù)據(jù)中心能源側的碳排放及各區(qū)域電網(wǎng)排放因子
數(shù)據(jù)中心能源側的碳排放核算，主要來自于IT設備及基礎設施的電力消耗，自備應急電源（如備用柴油發(fā)電機）僅在突發(fā)情況下應急使用，其直接燃燒的排放量極少，本文暫不考慮。同時本文僅針對常規(guī)的數(shù)據(jù)中心進行探討，對于采用分布式能源系統(tǒng)、自備電廠等個例的數(shù)據(jù)中心，需要單獨分析，不在本文探討范圍之內。
一般情況下，數(shù)據(jù)中心的電力供應都來自于市政電網(wǎng)。對于數(shù)據(jù)中心的碳排放計算，由于現(xiàn)行標準《溫室氣體排放核算與報告要求 GB/T 32151》中并不包含數(shù)據(jù)中心行業(yè)，因此我們參考《溫室氣體排放核算與報告要求 第1部分：發(fā)電企業(yè) GB/T 32151.1-2015》中的5.2.4“購入的電力產生的排放”的計算方法來進行計算。同時這也是比較常規(guī)的，對我國企業(yè)的企業(yè)社會責任報告（ESG）碳排放量核算的通用方法。其計算公式如下：
E電=AD電×EF電
其中：
E電：購入電力消耗所對應的電力生產環(huán)節(jié)所產生的二氧化碳排放量，單位為噸二氧化碳（tCO2）；
AD電：核算和報告期內的購入電量，單位為兆瓦時（MWh）；
EF電：區(qū)域電網(wǎng)年平均供電排放因子，單位為噸二氧化碳每兆瓦時（tCO2/ MWh）。
供電排放因子，選用國家主管部門公布的相應區(qū)域電網(wǎng)排放因子進行計算。
目前，我國生態(tài)環(huán)境部官方網(wǎng)站公布的最新區(qū)域電網(wǎng)排放因子為《2017年度減排項目中國區(qū)域電網(wǎng)基準線排放因子》。
依據(jù)該文件，電網(wǎng)排放因子包括電量邊際排放因子（OM）以及容量邊際排放因子（BM）。
其中OM可認為是現(xiàn)存邊際（即在項目增加用電需求時最后開始供電，在項目減少用電需求時最先停止供電）的電廠的排放情況。而BM是指未來可能興建的電廠群的邊際排放因子。根據(jù)目前碳排放計算的慣例，一般選擇OM與BM的加權平均值CM來計算項目的碳排放量。即如下表格中的數(shù)據(jù)：
表1 2017年度中國區(qū)域電網(wǎng)基準線排放因子[11]
對應區(qū)域電網(wǎng)所轄省市如下表所示：
表2 區(qū)域電網(wǎng)覆蓋省份表[11]
根據(jù)表1和表2，確定數(shù)據(jù)中心所在區(qū)域的電網(wǎng)排放因子后，即可根據(jù)用電數(shù)據(jù)計算數(shù)據(jù)中心電力消耗的二氧化碳排放量。
04、我國數(shù)據(jù)中心“碳中和”的可能路徑
目前很多國外科技類企業(yè)制定了“可再生能源”目標甚至“碳中和”目標及實施路徑，并每年公布實施進度。對于我們而言，如何在國內實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的“碳中和”呢？
我們從兩個路徑來考慮：（1）直接使用0碳排放的電力；（2）通過碳交易市場或者綠色電力交易市場來抵扣，從而實現(xiàn)0碳排放，這也是國外科技類企業(yè)最常采用的方式；
基于數(shù)據(jù)中心的用能特點，我們看一下0碳排放的電力供應有哪些。
目前能夠實現(xiàn)0碳排放的電力供應，主要包括非化石能源所生產的電力，即水力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、風力發(fā)電、潮汐能發(fā)電、生物質能發(fā)電，同時也包括核能發(fā)電。其中生物質能發(fā)電的0碳排放是以碳排放全周期的角度去衡量，其屬于0碳排放。我們以大型秸稈發(fā)電廠為例，秸稈燃燒發(fā)電所產生的碳排放在下一年度的農業(yè)生產過程中會被重新吸收。除核電外，其他均屬于我國法律規(guī)定的可再生能源。
首先，我們從技術可行性的角度，看這些0碳電力與數(shù)據(jù)中心的關系。以上這些0碳排放的電力供應，除核電和水力發(fā)電外，基本都存在電力供應波動大的問題。這與數(shù)據(jù)中心用能穩(wěn)定和運營安全的首要需求是相背離的。這種直接供電，從技術角度來說是無法滿足數(shù)據(jù)中心用能需求的，需要其他穩(wěn)定的發(fā)電裝置來補充，如自備大量柴油發(fā)電機或者采用市政電網(wǎng)的穩(wěn)定電力供應等，這樣就無法保證完全實現(xiàn)直接使用電力的0碳排放。另外由于數(shù)據(jù)中心單體建筑的用電密度大，大量采用蓄電設備儲存所需電力，在現(xiàn)有的技術經(jīng)濟條件下還無法實現(xiàn)。
其次，如果由核電廠和大型水力發(fā)電廠直接供電，是可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的0碳排放的。但這與國內的電力市場規(guī)則有較大的沖突。國內的電力采購，一般是要通過電網(wǎng)公司進行的，從電網(wǎng)公司的調度上來說，是不能保證供給數(shù)據(jù)中心電力都直接來自于0碳排放的電廠的。同時，單一電廠供電，與國內數(shù)據(jù)中心的供電可靠性的要求又有偏差。
再次，如果我們采用“隔墻售電”，即數(shù)據(jù)中心建設在核電廠或者水力發(fā)電設施附近（這里先暫不考慮數(shù)據(jù)中心選址的安全要求），由電廠直接供應電力。目前國內這種電力交易模式還不成熟，存在小部分試點，總體上還無法滿足數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展的0碳排放需求。
最后，我們是否可以通過可再生能源綠色電力證書（以下簡稱綠證）采購或者中國核證自愿減排量（CCER）采購的方式，間接的實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的“碳中和”承諾呢？作者認為這是目前最可能的路徑之一，我們看一下目前我國綠色電力證書交易的總體情況：
表3 我國可再生能源綠色電力證書交易情況統(tǒng)計表
注：以上數(shù)據(jù)來自于國家發(fā)改委主管部門官網(wǎng)2020年12月份統(tǒng)計數(shù)據(jù)，作者整理
我們看一下表3中的數(shù)據(jù)，自2018年度至今，我國主管部門累計核發(fā)綠證折合275.4億度，發(fā)電企業(yè)掛牌綠證累計108.4億度，累計交易綠證0.4億度，截止2020年12月的綠證年度成交均價風電0.1605元/kWh，光伏0.6552元/kWh（這里需要說明一下，綠證的價格不包含電網(wǎng)公司收取的電費，是需要企業(yè)額外支出的費用）。為什么在掛牌量相當?shù)那闆r下，光伏的交易量遠遠低于風電，同時價格也遠高于風電綠證呢？這與我國的綠證交易規(guī)則有關。
我國發(fā)改委頒布的可再生能源綠色電力證書核發(fā)及自愿認購交易制度的文件規(guī)定：
（1）試行為陸上風電、光伏發(fā)電企業(yè)（不含分布式光伏發(fā)電，以下同）所生產的可再生能源發(fā)電量發(fā)放綠色電力證書[12]。
（2）綠證認購價格按照不高于證書對應電量的可再生能源電價附加資金補貼金額，由買賣雙方自行協(xié)商或者通過競價確定認購價格[12]。
（3）風電、光伏發(fā)電企業(yè)出售可再生能源綠色電力證書后，相應的電量不再享受國家可再生能源電價附加資金的補貼[12]。
由此可見，綠證銷售與國家補貼二選一，故發(fā)電企業(yè)的綠證價格不會因為市場的供需關系而有較大的變化。所以我們會看到，光伏綠證的價格一直居高不下。
目前雖然綠證的交易價格偏高，大量購買的成本壓力較大。但隨著可再生能源發(fā)電成本的降低，我國目前正在積極推進可再生能源發(fā)電平價上網(wǎng)，即推進建設不需要國家補貼執(zhí)行燃煤標桿上網(wǎng)電價的風電、光伏發(fā)電平價上網(wǎng)試點項目。未來幾年，綠證的價格有望降低到一個合理的水平。數(shù)據(jù)中心通過購買一定比例的綠證，實現(xiàn)一定比例的可再生能源承諾，是有機會的。
但是目前綠證與“碳中和”暫時還沒有強關聯(lián)。綠色電力證書由國家發(fā)改委認證，與可再生能源電力配額考核掛鉤。碳排放對綠證的認定，需要對政策持續(xù)追蹤。
那目前能否通過直接采購“CCER”來完成“碳中和”目標？主管部委《全國碳排放權交易管理辦法》規(guī)定：“重點排放單位可使用國家核證自愿減排量（CCER）或生態(tài)環(huán)境部另行公布的其他減排指標，抵消其不超過5%的經(jīng)核查排放量?！蹦壳斑€無法通過該機制實現(xiàn)“碳中和”的目標。
通過以上的分析，我們可以看到，目前對于國內數(shù)據(jù)中心行業(yè)而言，短期內要實現(xiàn)“碳中和”的目標還不成熟。但隨著國家“碳中和”目標的實施，未來綠證與“CCER”的相關政策應該會持續(xù)更新，市場機制逐步完善，這也是數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)可再生能源比例目標和“碳中和”目標最有可能的路徑之一。
05、結語
目前，對于數(shù)據(jù)中心行業(yè)而言，國內的電力交易市場機制還不完善，有待相關政策的進一步完善。但市場機制依舊是數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)可再生能源比例目標和“碳中和”目標最有可能的路徑之一。企業(yè)承諾“可再生能源”和“碳中和”的目標及路徑，還需要進一步追蹤國家相關政策，時刻保持關注。如果資金允許，在能源供給側提前布局可再生能源產業(yè)，在未來的市場競爭中，可能會具有一定的優(yōu)勢。對于數(shù)據(jù)中心行業(yè)本身而言，未來“碳排放指標”大概率會與目前的“能耗指標”類似，很可能會采用與“環(huán)評”類似的一票否決機制，成為未來數(shù)據(jù)中心行業(yè)競爭的核心資源。以上僅代表個人觀點，供業(yè)內參考，歡迎探討。
參考文獻
[1]北京. 國家國際發(fā)展合作署.《繼往開來，開啟全球應對氣候變化新征程——習近平主席在氣候雄心峰會上的講話》. 2020.
[2]維基百科.https://zh.wikipedia.org/wiki/巴黎協(xié)議.
[3]巴黎協(xié)議.第二條第1款（a）.
[4]維基百科.https://zh.wikipedia.org/wiki/京都議定書.
[5]京都議定書第二款：目標.
[6]維基百科.
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]維基百科.https://zh.wikipedia.org/wiki/清潔發(fā)展機制.
[10]北京.生態(tài)環(huán)境部.中國碳交易市場現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢.2016.
[11]北京.生態(tài)環(huán)境部. 2017年度減排項目中國區(qū)域電網(wǎng)基準線排放因子.2018.
[12]北京.國家發(fā)改委.關于試行可再生能源綠色電力證書核發(fā)及自愿認購交易制度的通知.2017.
作者簡介
李勇
圖片
(1978-)，男，漢族，上海，騰訊科技（深圳）有限公司專家級工程師，高級工程師，注冊暖通工程師，碩士生導師，同濟大學，供熱供燃氣通風及空調工程專業(yè)，博士，主要從事數(shù)據(jù)中心規(guī)劃設計、風險評估、成本分析等工作。
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