目前我國從國家戰略層面提出了「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據中心而言，受限於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。本文結合數據中心的用能特點，從我國電力市場交易機制、綠色電力採購機制、碳排放權交易機制等方面，探討國內數據中心實現能源側 「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絡查到，本文的特點在於系統的組織了和數據中心相關的內容，供業內參考。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，很可能會採用與「環評」類似的一票否決機制，成為未來數據中心行業競爭的核心資源。同時本文僅代表作者個人觀點。
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，非化石能源佔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、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。」[1]
針對國家的「碳中和」目標，數據中心的碳中和路徑在哪裡？我們先了解下與二氧化碳排放相關的定義和國際協議。
02、什麼是「碳」？《巴黎協議》是什麼？溫室氣體核證減排量CERs和中國核證自願減排量（CCER）的區別又是什麼？
首先：我們經常聽到的「碳減排」、「碳交易」、「碳足跡」、「低碳」甚至「零碳」，其實這裡的「碳」並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。二氧化碳當量是聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的評估報告，為統一度量整體溫室效應的結果，規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值稱為全球變暖潛能值（GWP），即在100年的時間框架裡，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）。我國現行國標《工業企業溫室氣體排放核算和報告通則 GB/T 32150-2015》規定，需要控制的溫室氣體有7種，比京都議定書的規定多了三氟化氮（NF3），其他都是一樣的。
其次：《巴黎協議》是由聯合國195個成員國於2015年12月12日在2015年聯合國氣候峰會中通過的氣候協議；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年後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化前水平以上低於2℃之內，並努力將氣溫升幅限制在工業化前水平以上1.5℃之內[3]。
關於全球溫室效應的控制，最重要的文件其實並不是《巴黎協定》、《京都議定書》或者聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發布的歷次評估報告。而是我們前面提到的，聯合國大會於1992年5月通過的《聯合國氣候變化框架公約（UNFCCC）》，目前所有的關於「碳」方面的全球協議，追根溯源，均源自於這個公約及其相關文件。
其中最近的《巴黎協定》，是繼《京都議定書》後第二份有法律約束力的氣候協議。而《京都議定書》是《聯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定在一個適當的水平，以保證生態系統的平滑適應、食物的安全生產和經濟的可持續發展」。[5]
政府間氣候變化專門委員會（IPCC）是一個附屬於聯合國之下的跨政府組織，在1988年由世界氣象組織、聯合國環境署合作成立，專責研究由人類活動所造成的氣候變遷。該會會員限於世界氣象組織及聯合國環境署之會員國[6]。
IPCC本身並不進行研究工作，也不會對氣候或其相關現象進行監察。其主要工作是發表與執行《聯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成員互相審查對方報告及已發表的科學文獻來撰寫報告[8]。IPCC已分別在1990、1995、2001、2007年及2013年發表五次正式的「氣候變遷評估報告」，為UNFCCC提供支持。
最後：溫室氣體核證減排量CERs，是由《京都議定書》規定的「清潔發展機制（CDM）」所定義的。CDM是京都議定書中唯一包括發展中國家的彈性機制。允許籤署京都議定書的發達國家幫助在發展中國家進行有利於減排或者吸收大氣溫室氣體的項目，並通過購買這些項目活動獲得「排放減量權證」（CERs），作為履行聯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願交易市場。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交易機制理論上屬於配額交易市場；自願交易市場則是從其他目標出發(如企業社會責任、品牌建設、社會效益等)，自願進行碳交易以實現其目標[10]。
我國的中國核證自願減排量（CCER），是經我國主管部門批准備案後所產生的自願減排量，重點排放企業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、數據中心能源側的碳排放及各區域電網排放因子
數據中心能源側的碳排放核算，主要來自於IT設備及基礎設施的電力消耗，自備應急電源（如備用柴油發電機）僅在突發情況下應急使用，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的數據中心進行探討，對於採用分布式能源系統、自備電廠等個例的數據中心，需要單獨分析，不在本文探討範圍之內。
一般情況下，數據中心的電力供應都來自於市政電網。對於數據中心的碳排放計算，由於現行標準《溫室氣體排放核算與報告要求 GB/T 32151》中並不包含數據中心行業，因此我們參考《溫室氣體排放核算與報告要求 第1部分：發電企業 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的，對我國企業的企業社會責任報告（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節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：區域電網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域電網排放因子進行計算。
目前，我國生態環境部官方網站公布的最新區域電網排放因子為《2017年度減排項目中國區域電網基準線排放因子》。
依據該文件，電網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可認為是現存邊際（即在項目增加用電需求時最後開始供電，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。即如下表格中的數據：
表1 2017年度中國區域電網基準線排放因子[11]
對應區域電網所轄省市如下表所示：
表2 區域電網覆蓋省份表[11]
根據表1和表2，確定數據中心所在區域的電網排放因子後，即可根據用電數據計算數據中心電力消耗的二氧化碳排放量。
04、我國數據中心「碳中和」的可能路徑
目前很多國外科技類企業制定了「可再生能源」目標甚至「碳中和」目標及實施路徑，並每年公布實施進度。對於我們而言，如何在國內實現數據中心的「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0碳排放，這也是國外科技類企業最常採用的方式；
基於數據中心的用能特點，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，即水力發電、太陽能光伏發電、風力發電、潮汐能發電、生物質能發電，同時也包括核能發電。其中生物質能發電的0碳排放是以碳排放全周期的角度去衡量，其屬於0碳排放。我們以大型秸稈發電廠為例，秸稈燃燒發電所產生的碳排放在下一年度的農業生產過程中會被重新吸收。除核電外，其他均屬於我國法律規定的可再生能源。
首先，我們從技術可行性的角度，看這些0碳電力與數據中心的關係。以上這些0碳排放的電力供應，除核電和水力發電外，基本都存在電力供應波動大的問題。這與數據中心用能穩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據中心用能需求的，需要其他穩定的發電裝置來補充，如自備大量柴油發電機或者採用市政電網的穩定電力供應等，這樣就無法保證完全實現直接使用電力的0碳排放。另外由於數據中心單體建築的用電密度大，大量採用蓄電設備儲存所需電力，在現有的技術經濟條件下還無法實現。
其次，如果由核電廠和大型水力發電廠直接供電，是可以實現數據中心的0碳排放的。但這與國內的電力市場規則有較大的衝突。國內的電力採購，一般是要通過電網公司進行的，從電網公司的調度上來說，是不能保證供給數據中心電力都直接來自於0碳排放的電廠的。同時，單一電廠供電，與國內數據中心的供電可靠性的要求又有偏差。
再次，如果我們採用「隔牆售電」，即數據中心建設在核電廠或者水力發電設施附近（這裡先暫不考慮數據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據中心行業發展的0碳排放需求。
最後，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）採購或者中國核證自願減排量（CCER）採購的方式，間接的實現數據中心的「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計表
註：以上數據來自於國家發改委主管部門官網2020年12月份統計數據，作者整理
我們看一下表3中的數據，自2018年度至今，我國主管部門累計核發綠證折合275.4億度，發電企業掛牌綠證累計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（這裡需要說明一下，綠證的價格不包含電網公司收取的電費，是需要企業額外支出的費用）。為什麼在掛牌量相當的情況下，光伏的交易量遠遠低於風電，同時價格也遠高於風電綠證呢？這與我國的綠證交易規則有關。
我國發改委頒布的可再生能源綠色電力證書核發及自願認購交易制度的文件規定：
（1）試行為陸上風電、光伏發電企業（不含分布式光伏發電，以下同）所生產的可再生能源發電量發放綠色電力證書[12]。
（2）綠證認購價格按照不高於證書對應電量的可再生能源電價附加資金補貼金額，由買賣雙方自行協商或者通過競價確定認購價格[12]。
（3）風電、光伏發電企業出售可再生能源綠色電力證書後，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，故發電企業的綠證價格不會因為市場的供需關係而有較大的變化。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電成本的降低，我國目前正在積極推進可再生能源發電平價上網，即推進建設不需要國家補貼執行燃煤標杆上網電價的風電、光伏發電平價上網試點項目。未來幾年，綠證的價格有望降低到一個合理的水平。數據中心通過購買一定比例的綠證，實現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。綠色電力證書由國家發改委認證，與可再生能源電力配額考核掛鈎。碳排放對綠證的認定，需要對政策持續追蹤。
那目前能否通過直接採購「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》規定：「重點排放單位可使用國家核證自願減排量（CCER）或生態環境部另行公布的其他減排指標，抵消其不超過5%的經核查排放量。」目前還無法通過該機制實現「碳中和」的目標。
通過以上的分析，我們可以看到，目前對於國內數據中心行業而言，短期內要實現「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更新，市場機制逐步完善，這也是數據中心實現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，對於數據中心行業而言，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據中心實現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，在未來的市場競爭中，可能會具有一定的優勢。對於數據中心行業本身而言，未來「碳排放指標」大概率會與目前的「能耗指標」類似，很可能會採用與「環評」類似的一票否決機制，成為未來數據中心行業競爭的核心資源。以上僅代表個人觀點，供業內參考，歡迎探討。
參考文獻
[1]北京. 國家國際發展合作署.《繼往開來，開啟全球應對氣候變化新徵程——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/巴黎協議.
[3]巴黎協議.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/清潔發展機制.
[10]北京.生態環境部.中國碳交易市場現狀及未來發展趨勢.2016.
[11]北京.生態環境部. 2017年度減排項目中國區域電網基準線排放因子.2018.
[12]北京.國家發改委.關於試行可再生能源綠色電力證書核發及自願認購交易制度的通知.2017.
作者簡介
李勇
(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，註冊暖通工程師，碩士生導師，同濟大學，供熱供燃氣通風及空調工程專業，博士，主要從事數據中心規劃設計、風險評估、成本分析等工作。