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，碳達峰、碳中和是二氧化碳排放軌跡由快到慢不斷攀升、到達年增長率為零的拐點后持續(xù)下降的過程，直到碳排放量與碳消除量相互抵消，就實現(xiàn)了碳中和目標。在趨勢軌跡上來說，碳達峰是碳中和的基礎，碳中和是對碳達峰的緊約束。碳達峰時間和峰值的不同直接影響碳中和實現(xiàn)的時長和難度，為了減輕碳減排對于社會經(jīng)濟的影響，現(xiàn)期一般以碳達峰過程為過渡，從而最終達到碳中和的目的。

但碳達峰、碳中和的理解容易與能源消耗混淆，碳達峰不等于能源達峰。例如，能源消耗中的綠電（即通過風、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)碳匯實現(xiàn)碳吸收等措施實現(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。碳消除分為技術減碳、綠電外購、生態(tài)固碳和碳信用等。技術減碳一般是指碳減排、碳零排技術、碳負排技術；綠電外購是指光伏發(fā)電和風力發(fā)電，水電因其特殊性則不計入；生態(tài)固碳相對簡單理解為植樹造林；碳信用是指通過CCER項目形成企業(yè)自愿減排量，實現(xiàn)碳抵消。對于數(shù)據(jù)中心而言，碳消除以碳減排技術和綠電外購為主，如果數(shù)據(jù)中心條件允許的話，可以通過采用碳信用進行市場化交易，從而利用經(jīng)濟杠桿進行降碳減排。

2 碳達峰、碳中和對數(shù)據(jù)中心行業(yè)的影響

（1）數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模與能耗同步增長。受益于國家政策、5G技術的日益成熟與普及、行業(yè)數(shù)字化和企業(yè)上云以及VR、AR和超高清視頻的應用場景開發(fā)，未來數(shù)據(jù)中心行業(yè)仍將保持20%以上的年復合增速。作為數(shù)據(jù)中心主要能耗的電耗將持續(xù)增長，2020年數(shù)據(jù)中心用電量2 045億度，占全社會用電量的2.7%。預計2030年數(shù)據(jù)中心用電量將突破4 000億度，占全社會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總用電量比例持續(xù)增長的行業(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)合會等）。因此，在實現(xiàn)碳達峰、碳中和的道路上，隨著市場對數(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單一，控制碳排放的方式也會更加有針對性，碳達峰、碳中和的措施辦法也將更加行之有效[1]。

（2）在碳中和下，綠色雙碳指標將更加嚴格，數(shù)據(jù)中心能耗能效受到監(jiān)管趨勢更加嚴格。工信部在《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（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)域嚴控PUE，發(fā)布PUE限值。作為數(shù)據(jù)中心最重要評價指標的PUE值不斷下降，預示著數(shù)據(jù)中心必須在建設運營中多方面采用減碳降碳的綠色化技術和綠電購置等有效解決方案來嚴控PUE指標增幅。

（3）碳中和的效應賦能社會發(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)新體系算力樞紐實施方案》[2]明確提出，布局全國算力網(wǎng)絡國家樞紐節(jié)點，啟動實施“東數(shù)西算”工程，構建國家算力網(wǎng)絡體系。全國一體化算力網(wǎng)絡國家樞紐節(jié)點，將是我國算力網(wǎng)絡的骨干節(jié)點。通過在全國布局8個算力樞紐，引導大型、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)?；⒓s化效應。將促進5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新技術的快速普及應用，全社會數(shù)據(jù)總量爆發(fā)式增長，數(shù)據(jù)存儲、計算、傳輸、應用的需求大幅提升。由于減碳降碳等技術在數(shù)據(jù)中心行業(yè)應用的需求大增，將導致數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)供應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的各行各業(yè)，引導社會方方面面逐步實現(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）和風能發(fā)電項目所產(chǎn)生的電力。由于在綠電交易過程中存在碳排放權益轉(zhuǎn)移的特性，故在購買綠電時，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為綠電交易提供綠色電力消費證明，而廣州電力交易中心則會提供綠色電力購買證明即綠證。綠色電力消費證明僅證明購買綠電的電量，而綠證則會在購買綠電電量的基礎上，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，綠電其簡單便捷降低碳排放的優(yōu)點，受到了社會各行各業(yè)碳達峰需求的關注，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面的需求，故其溢價只會水漲船高，從而給數(shù)據(jù)中心運營成本帶來了很大的壓力。

3 碳達峰、碳中和對數(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簡單，僅僅考慮節(jié)電節(jié)水即可，從配置人員數(shù)量到工作任務的重視程度，從受業(yè)務情況影響到設備能力升級等管理方面均相對薄弱，在數(shù)據(jù)中心整體管理環(huán)節(jié)中沒有主動執(zhí)行力和話語權。而碳達峰、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，加強新技術新形態(tài)的學習和認知，在提升自身碳知識的同時帶動周圍人員的碳知識水平的提高。從組織結構上看，碳達峰、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)每個部門均有所涉及。從設備的管理角度來分析，碳達峰、碳中和不僅僅節(jié)電這一條道路，同時更是降低碳排放的多條道路的并行發(fā)展，將設備運行中可以減少碳排放的方案辦法進行整理，將降碳新技術納入設備改造升級方案中實施等，都是管理逐步過渡的過程。從業(yè)務承接的角度來說，數(shù)據(jù)中心的業(yè)務分布相對不均衡，對于上線業(yè)務的管理也就更加復雜，而可以通過業(yè)務整合以及區(qū)域性業(yè)務分攤等措施進行節(jié)電降碳，在降碳的同時保障業(yè)務的安全穩(wěn)定。

3.2 節(jié)能減排指標向碳排放指標的升級

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

（1）碳盤查。數(shù)據(jù)中心從節(jié)能減排提升到碳達峰、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)，進而提出碳盤查的概念。對于數(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)摸查的問題有針對性地進行整改和糾正，將相關工作提到日程，從而在管理最底層進行有序的碳達峰、碳中和工作推動[2]。

（2）碳資產(chǎn)。節(jié)能減排時期，僅對能耗情況進行統(tǒng)計和管理，并在數(shù)據(jù)中心管理中引入節(jié)能管理和技術等，從而達到降耗的目的；而在碳達峰、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施。相對于節(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)進入市場化交易，對于國內(nèi)各地區(qū)綠色低碳資源相對不平衡現(xiàn)象，通過經(jīng)濟杠桿進行調(diào)整，實現(xiàn)全社會層面自主減碳降碳效果。同時引導數(shù)據(jù)中心向綠色低碳資源豐富的區(qū)域進行布局建設，在降低數(shù)據(jù)中心本身碳排放量的同時，從數(shù)據(jù)服務角度上對社會進行賦能降碳。

4 碳達峰、碳中和對數(shù)據(jù)中心設備的影響

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

（2）對服務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)中心的服務器在通過軟件實現(xiàn)自有處理需求下降的同時降低自身運轉(zhuǎn)，從而降低電能消耗。而數(shù)據(jù)中心通常都是單個存在，集群化較少，隨著碳排放量的壓力，集群化會導致服務器的多節(jié)點布局，進而實現(xiàn)多點動態(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)是服務器之后最大的碳排放量主體。傳統(tǒng)的風冷空調(diào)制冷，距離服務器散熱源較遠，效率較低。伴隨著技術進步，逐步涌現(xiàn)了地板下送風加封閉冷通道、機柜面板上加裝板式換熱系統(tǒng)以及更加先進的服務器液冷技術等，都是將制冷循環(huán)更加貼近服務器的散熱主體，減少距離空間帶來的制冷損耗，進而提高的制冷效率，達到減碳降碳的目的

（4）推動數(shù)據(jù)中心智能化調(diào)度。隨著數(shù)據(jù)中心算力對社會面影響越來越大，其保障等級要求也越來越高。面對高保障高穩(wěn)定的運行要求，只能通過智能化調(diào)度解決數(shù)據(jù)中心動力環(huán)境和算力設備的日常巡檢和維護的壓力。

5 碳達峰、碳中和對數(shù)據(jù)中心綠色低碳 技術的影響

數(shù)據(jù)中心原有節(jié)能減排技術包括DPS、間接蒸發(fā)制冷、服務器自動休眠和AI制冷等。隨著碳達峰、碳中和的提出，數(shù)據(jù)中心降碳技術則增加了光伏儲能、余熱回收等新技術新應用。

數(shù)據(jù)中心的光伏儲能技術以在其機樓建筑樓頂及外立面的剩余面積安裝光伏系統(tǒng)為主，同時利用閥控鉛酸電池或鋰電池及鐵鉻液流電池等存儲技術存儲光伏所發(fā)的電，供日常使用的解決方案。當然也可以將光伏發(fā)的電直接售給國網(wǎng)公司進行電費折抵，在減少了儲能環(huán)節(jié)的同時，降低了建設維護成本，也提高了發(fā)電利用性。余熱回收技術是采用數(shù)據(jù)中心空調(diào)產(chǎn)生的回風溫度差進行二次利用，從而提高資源利用率的解決方案。余熱回收技術盡管可有效利用現(xiàn)有空調(diào)回風溫差資源，但對于數(shù)據(jù)中心業(yè)務用量即空調(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。通常為彌補熱源的不足會在余熱回收的環(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于供暖效果要求相對不高的場景使用。

6 結束語

綜上所述，碳達峰、碳中和對于數(shù)據(jù)中心發(fā)展影響深遠，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，為全社會數(shù)字化綠色低碳發(fā)展打下了堅實的基礎?！?/p>