關(guān)于碳達(dá)峰、碳中和對(duì)于數(shù)據(jù)中心影響的分析

楊 林

（中國電信股份有限公司天津分公司，天津 300385）

1 數(shù)據(jù)中心碳達(dá)峰、碳中和的意義

眾所周知，數(shù)據(jù)中心通常以電力能源消耗為主，而談到數(shù)據(jù)中心的碳達(dá)峰、碳中和則給人一種距離感。首先，碳排放是溫室氣體排放的一種簡(jiǎn)單的稱呼，溫室氣體的主體為二氧化碳，所以碳排放幾乎等于二氧化碳的排放。其次，碳達(dá)峰、碳中和是二氧化碳排放軌跡由快到慢不斷攀升、到達(dá)年增長(zhǎng)率為零的拐點(diǎn)后持續(xù)下降的過程，直到碳排放量與碳消除量相互抵消，就實(shí)現(xiàn)了碳中和目標(biāo)。在趨勢(shì)軌跡上來說，碳達(dá)峰是碳中和的基礎(chǔ)，碳中和是對(duì)碳達(dá)峰的緊約束。碳達(dá)峰時(shí)間和峰值的不同直接影響碳中和實(shí)現(xiàn)的時(shí)長(zhǎng)和難度，為了減輕碳減排對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響，現(xiàn)期一般以碳達(dá)峰過程為過渡，從而最終達(dá)到碳中和的目的。

但碳達(dá)峰、碳中和的理解容易與能源消耗混淆，碳達(dá)峰不等于能源達(dá)峰。例如，能源消耗中的綠電（即通過風(fēng)、光等可再生能源產(chǎn)生的電力資源）碳排放為零，此外還可以通過生態(tài)碳匯實(shí)現(xiàn)碳吸收等措施實(shí)現(xiàn)降碳。碳中和是二氧化碳凈排放為零，而不是能源消耗為零，能源消耗是一直存在的，但用于消耗的能源則是多種多樣。因此，數(shù)據(jù)中心從控制能源消耗的節(jié)能減排到碳達(dá)峰再到碳中和的過程，即為從二氧化碳排放逐漸走向碳排放脫鉤的發(fā)展過程。

能源消耗產(chǎn)生的碳排放，通常分為直接排放、間接排放和延伸排放三種。直接排放包含來自汽油、柴油、天然氣、煤炭等一次化石能源的二氧化碳直接排放；間接排放包括來自電、熱力等通過一次化石能源產(chǎn)生間接能源的排放；延伸排放包括企業(yè)價(jià)值鏈（采購、物流、銷售、廢棄物處置、出行等）所產(chǎn)生的間接排放。而數(shù)據(jù)中心主要涉及到的是來自電能的間接排放。

在數(shù)據(jù)中心減碳的過程中，碳消除也發(fā)揮了不可或缺的作用。碳消除分為技術(shù)減碳、綠電外購、生態(tài)固碳和碳信用等。技術(shù)減碳一般是指碳減排、碳零排技術(shù)、碳負(fù)排技術(shù)；綠電外購是指光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電，水電因其特殊性則不計(jì)入；生態(tài)固碳相對(duì)簡(jiǎn)單理解為植樹造林；碳信用是指通過CCER項(xiàng)目形成企業(yè)自愿減排量，實(shí)現(xiàn)碳抵消。對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言，碳消除以碳減排技術(shù)和綠電外購為主，如果數(shù)據(jù)中心條件允許的話，可以通過采用碳信用進(jìn)行市場(chǎng)化交易，從而利用經(jīng)濟(jì)杠桿進(jìn)行降碳減排。

2 碳達(dá)峰、碳中和對(duì)數(shù)據(jù)中心行業(yè)的影響

（1）數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)規(guī)模與能耗同步增長(zhǎng)。受益于國家政策、5G技術(shù)的日益成熟與普及、行業(yè)數(shù)字化和企業(yè)上云以及VR、AR和超高清視頻的應(yīng)用場(chǎng)景開發(fā)，未來數(shù)據(jù)中心行業(yè)仍將保持20%以上的年復(fù)合增速。作為數(shù)據(jù)中心主要能耗的電耗將持續(xù)增長(zhǎng)，2020年數(shù)據(jù)中心用電量2 045億度，占全社會(huì)用電量的2.7%。預(yù)計(jì)2030年數(shù)據(jù)中心用電量將突破4 000億度，占全社會(huì)用電量的比重將升至3.7%，將成為未來為數(shù)不多能源消耗占社會(huì)總用電量比例持續(xù)增長(zhǎng)的行業(yè)（數(shù)據(jù)來源：政府、工信部賽寶、綠色和平和中華環(huán)保聯(lián)合會(huì)等）。因此，在實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的道路上，隨著市場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)中心算力的需求攀升，數(shù)據(jù)中心的高能耗問題將逐步顯現(xiàn)出來。但數(shù)據(jù)中心作為電能消耗大戶，其能源消耗品類相對(duì)單一，控制碳排放的方式也會(huì)更加有針對(duì)性，碳達(dá)峰、碳中和的措施辦法也將更加行之有效[1]。

（2）在碳中和下，綠色雙碳指標(biāo)將更加嚴(yán)格，數(shù)據(jù)中心能耗能效受到監(jiān)管趨勢(shì)更加嚴(yán)格。工信部在《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2021—2023年）》中明確提出，到2023年，新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下[1]。北京、上海、廣州等特大型城市和核心區(qū)域嚴(yán)控PUE，發(fā)布PUE限值。作為數(shù)據(jù)中心最重要評(píng)價(jià)指標(biāo)的PUE值不斷下降，預(yù)示著數(shù)據(jù)中心必須在建設(shè)運(yùn)營中多方面采用減碳降碳的綠色化技術(shù)和綠電購置等有效解決方案來嚴(yán)控PUE指標(biāo)增幅。

（3）碳中和的效應(yīng)賦能社會(huì)發(fā)展。國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》[2]明確提出，布局全國算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點(diǎn)，啟動(dòng)實(shí)施“東數(shù)西算”工程，構(gòu)建國家算力網(wǎng)絡(luò)體系。全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點(diǎn)，將是我國算力網(wǎng)絡(luò)的骨干節(jié)點(diǎn)。通過在全國布局8個(gè)算力樞紐，引導(dǎo)大型、超大型數(shù)據(jù)中心向樞紐內(nèi)集聚，形成數(shù)據(jù)中心集群，發(fā)揮規(guī)?；?、集約化效應(yīng)。將促進(jìn)5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的快速普及應(yīng)用，全社會(huì)數(shù)據(jù)總量爆發(fā)式增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算、傳輸、應(yīng)用的需求大幅提升。由于減碳降碳等技術(shù)在數(shù)據(jù)中心行業(yè)應(yīng)用的需求大增，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈逐步向綠色低碳方向發(fā)展。而數(shù)據(jù)中心的綠色低碳發(fā)展也將通過其承載的算力能力直接或間接影響社會(huì)的各行各業(yè)，引導(dǎo)社會(huì)方方面面逐步實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。

（4）數(shù)據(jù)中心電力購置的變革。綠色電力資源簡(jiǎn)稱綠電，國內(nèi)目前綠電概念特指光伏（不含分布式光伏）和風(fēng)能發(fā)電項(xiàng)目所產(chǎn)生的電力。由于在綠電交易過程中存在碳排放權(quán)益轉(zhuǎn)移的特性，故在購買綠電時(shí)，需要提供有效證明才可以體現(xiàn)出降低碳排放的情況。2022年下半年，北京電力交易中心會(huì)為綠電交易提供綠色電力消費(fèi)證明，而廣州電力交易中心則會(huì)提供綠色電力購買證明即綠證。綠色電力消費(fèi)證明僅證明購買綠電的電量，而綠證則會(huì)在購買綠電電量的基礎(chǔ)上，注明該綠電所折抵的二氧化碳和二氧化硫等排放物的數(shù)量。因此，綠電其簡(jiǎn)單便捷降低碳排放的優(yōu)點(diǎn)，受到了社會(huì)各行各業(yè)碳達(dá)峰需求的關(guān)注，而綠電受到地理資源等多種因素的影響產(chǎn)量有限，無法完全滿足目前社會(huì)面的需求，故其溢價(jià)只會(huì)水漲船高，從而給數(shù)據(jù)中心運(yùn)營成本帶來了很大的壓力。

3 碳達(dá)峰、碳中和對(duì)數(shù)據(jù)中心管理的影響

3.1 管理體系的顛覆性重建

數(shù)據(jù)中心原有節(jié)能減排的管理體系將逐步向碳達(dá)峰、碳中和的管理體系顛覆性過渡。原有數(shù)據(jù)中心的節(jié)能減排管理體系相對(duì)簡(jiǎn)單，僅僅考慮節(jié)電節(jié)水即可，從配置人員數(shù)量到工作任務(wù)的重視程度，從受業(yè)務(wù)情況影響到設(shè)備能力升級(jí)等管理方面均相對(duì)薄弱，在數(shù)據(jù)中心整體管理環(huán)節(jié)中沒有主動(dòng)執(zhí)行力和話語權(quán)。而碳達(dá)峰、碳中和的管理體系則是完全深入地融入日常管理體系中的方方面面。從人員的意識(shí)形態(tài)來看，管理人員和員工均要提高其觀念，將原有僅僅節(jié)電的思路提升到減少碳排放、多多利用可再生能源等新思路上，加強(qiáng)新技術(shù)新形態(tài)的學(xué)習(xí)和認(rèn)知，在提升自身碳知識(shí)的同時(shí)帶動(dòng)周圍人員的碳知識(shí)水平的提高。從組織結(jié)構(gòu)上看，碳達(dá)峰、碳中和是要建立自上而下的一套全新的管理模式，在原有管理體系內(nèi)每個(gè)部門均有所涉及。從設(shè)備的管理角度來分析，碳達(dá)峰、碳中和不僅僅節(jié)電這一條道路，同時(shí)更是降低碳排放的多條道路的并行發(fā)展，將設(shè)備運(yùn)行中可以減少碳排放的方案辦法進(jìn)行整理，將降碳新技術(shù)納入設(shè)備改造升級(jí)方案中實(shí)施等，都是管理逐步過渡的過程。從業(yè)務(wù)承接的角度來說，數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)分布相對(duì)不均衡，對(duì)于上線業(yè)務(wù)的管理也就更加復(fù)雜，而可以通過業(yè)務(wù)整合以及區(qū)域性業(yè)務(wù)分?jǐn)偟却胧┻M(jìn)行節(jié)電降碳，在降碳的同時(shí)保障業(yè)務(wù)的安全穩(wěn)定。

3.2 節(jié)能減排指標(biāo)向碳排放指標(biāo)的升級(jí)

隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，相關(guān)政府部門將超5 000噸標(biāo)煤的大中型數(shù)據(jù)中心納入能耗管控范疇，而作為管控的主要指標(biāo)則是該數(shù)據(jù)中心的能耗總量和能耗強(qiáng)度。由于數(shù)據(jù)中心的迅猛發(fā)展能耗總量增加是必然的，因此隨著碳達(dá)峰、碳中和落實(shí)，淡化了能耗指標(biāo)的總量概念，加強(qiáng)了能耗強(qiáng)度和二氧化碳排放總量的指標(biāo)。指標(biāo)的調(diào)整證明碳達(dá)峰、碳中和工作關(guān)注的焦點(diǎn)不再是節(jié)能，而是碳排放的情況，即通過使用綠色能源、減碳技術(shù)、固碳技術(shù)等方式，有效壓降碳排放指標(biāo)的上漲。同時(shí)，指標(biāo)的調(diào)整也迫使數(shù)據(jù)中心的發(fā)展向綠色低碳道路上砥礪前行。

3.3 能耗及碳排放診斷方式逐步過渡升級(jí)

（1）碳盤查。數(shù)據(jù)中心從節(jié)能減排提升到碳達(dá)峰、碳中和的第一步，首先需要充分摸清自身的節(jié)能降碳的基礎(chǔ)條件和碳家底，掌握能源稟賦、碳排放稟賦，明確所處的水平和階段。碳家底即碳資產(chǎn)，進(jìn)而提出碳盤查的概念。對(duì)于數(shù)據(jù)中心而言，通過碳盤查既摸清了自身碳排放情況，也可以根據(jù)摸查的問題有針對(duì)性地進(jìn)行整改和糾正，將相關(guān)工作提到日程，從而在管理最底層進(jìn)行有序的碳達(dá)峰、碳中和工作推動(dòng)[2]。

（2）碳資產(chǎn)。節(jié)能減排時(shí)期，僅對(duì)能耗情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理，并在數(shù)據(jù)中心管理中引入節(jié)能管理和技術(shù)等，從而達(dá)到降耗的目的；而在碳達(dá)峰、碳中和工作逐步過渡中，經(jīng)碳盤查之后，提出碳資產(chǎn)的概念，即將碳排放量作為資產(chǎn)，便于后期的碳交易、碳匯和固碳等工作的實(shí)施。相對(duì)于節(jié)能減排的能耗情況，碳排放量從資產(chǎn)化到交易等則更加靈活。

（3）碳交易。碳排放量資產(chǎn)化后，即可作為無形資產(chǎn)進(jìn)入市場(chǎng)化交易，對(duì)于國內(nèi)各地區(qū)綠色低碳資源相對(duì)不平衡現(xiàn)象，通過經(jīng)濟(jì)杠桿進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)層面自主減碳降碳效果。同時(shí)引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心向綠色低碳資源豐富的區(qū)域進(jìn)行布局建設(shè)，在降低數(shù)據(jù)中心本身碳排放量的同時(shí)，從數(shù)據(jù)服務(wù)角度上對(duì)社會(huì)進(jìn)行賦能降碳。

4 碳達(dá)峰、碳中和對(duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)備的影響

（1）碳排放量加速數(shù)據(jù)中心設(shè)備的綠色低碳化布局。數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有主流服務(wù)器單機(jī)柜功耗已從3 kW逐步提升到5 kW、8 kW，而BAT等行業(yè)巨頭已達(dá)25 kW或30 kW的功耗。盡管從服務(wù)器端可以利用軟件實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器削峰填谷式運(yùn)作周期的資源有效利用，以及多節(jié)點(diǎn)分布辦法降低中心集群的功耗，但針對(duì)不斷攀升的單機(jī)架高功耗情況，數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)的壓力依然巨大，從該問題點(diǎn)出發(fā)，解決碳排放問題將引發(fā)了數(shù)據(jù)中心服務(wù)器布局和制冷方案的大變革。

（2）對(duì)服務(wù)器自身的處理能力及布局提出了更高要求?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器在通過軟件實(shí)現(xiàn)自有處理需求下降的同時(shí)降低自身運(yùn)轉(zhuǎn)，從而降低電能消耗。而數(shù)據(jù)中心通常都是單個(gè)存在，集群化較少，隨著碳排放量的壓力，集群化會(huì)導(dǎo)致服務(wù)器的多節(jié)點(diǎn)布局，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理，可有效均衡單一數(shù)據(jù)中心的碳排放情況。

（3）碳排放推動(dòng)制冷系統(tǒng)多元化發(fā)展。數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)是服務(wù)器之后最大的碳排放量主體。傳統(tǒng)的風(fēng)冷空調(diào)制冷，距離服務(wù)器散熱源較遠(yuǎn)，效率較低。伴隨著技術(shù)進(jìn)步，逐步涌現(xiàn)了地板下送風(fēng)加封閉冷通道、機(jī)柜面板上加裝板式換熱系統(tǒng)以及更加先進(jìn)的服務(wù)器液冷技術(shù)等，都是將制冷循環(huán)更加貼近服務(wù)器的散熱主體，減少距離空間帶來的制冷損耗，進(jìn)而提高的制冷效率，達(dá)到減碳降碳的目的

（4）推動(dòng)數(shù)據(jù)中心智能化調(diào)度。隨著數(shù)據(jù)中心算力對(duì)社會(huì)面影響越來越大，其保障等級(jí)要求也越來越高。面對(duì)高保障高穩(wěn)定的運(yùn)行要求，只能通過智能化調(diào)度解決數(shù)據(jù)中心動(dòng)力環(huán)境和算力設(shè)備的日常巡檢和維護(hù)的壓力。

5 碳達(dá)峰、碳中和對(duì)數(shù)據(jù)中心綠色低碳 技術(shù)的影響

數(shù)據(jù)中心原有節(jié)能減排技術(shù)包括DPS、間接蒸發(fā)制冷、服務(wù)器自動(dòng)休眠和AI制冷等。隨著碳達(dá)峰、碳中和的提出，數(shù)據(jù)中心降碳技術(shù)則增加了光伏儲(chǔ)能、余熱回收等新技術(shù)新應(yīng)用。

數(shù)據(jù)中心的光伏儲(chǔ)能技術(shù)以在其機(jī)樓建筑樓頂及外立面的剩余面積安裝光伏系統(tǒng)為主，同時(shí)利用閥控鉛酸電池或鋰電池及鐵鉻液流電池等存儲(chǔ)技術(shù)存儲(chǔ)光伏所發(fā)的電，供日常使用的解決方案。當(dāng)然也可以將光伏發(fā)的電直接售給國網(wǎng)公司進(jìn)行電費(fèi)折抵，在減少了儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的同時(shí)，降低了建設(shè)維護(hù)成本，也提高了發(fā)電利用性。余熱回收技術(shù)是采用數(shù)據(jù)中心空調(diào)產(chǎn)生的回風(fēng)溫度差進(jìn)行二次利用，從而提高資源利用率的解決方案。余熱回收技術(shù)盡管可有效利用現(xiàn)有空調(diào)回風(fēng)溫差資源，但對(duì)于數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)用量即空調(diào)溫差的熱源要求比較高，其熱源穩(wěn)定是余熱回收的必要基礎(chǔ)。通常為彌補(bǔ)熱源的不足會(huì)在余熱回收的環(huán)節(jié)中增加熱泵功能，將其他形式的熱源通過余熱回收裝置返回到供暖系統(tǒng)中，從而提高供暖溫度，滿足日常辦公和居住生活等對(duì)于供暖效果要求相對(duì)不高的場(chǎng)景使用。

6 結(jié)束語

綜上所述，碳達(dá)峰、碳中和對(duì)于數(shù)據(jù)中心發(fā)展影響深遠(yuǎn)，為數(shù)據(jù)中心降低能源消耗、提高能源利用率、優(yōu)化能源途徑指明了道路，為數(shù)據(jù)中心綠色算力提出了更高的要求，為全社會(huì)數(shù)字化綠色低碳發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！?/p>