ABB ABB数据中心碳中和白皮书
ABB数据中心碳中和白皮书 现状：数据中心减碳需求日益突出 数据中心发展拉升能源需求 数据中心的碳足迹分析 数字经济作为全球经济发展的新引擎，正在以前从数据中心全生命周期来看，以温室气体核算标准 所未有的速度推动着不同经济主体的持续变革.
的边界定义，需要分别从三个范畴来分析数据中心 庞大的数据信息管理需求，也正在促进着以数据 的碳足迹--企业或可控制的排放源带来的 中心为代表的新型基础设施步入飞速发展的阶段.
直接温室气体（GHG）排放、以能源使用为主体 2010年以来，全球互联网流量每年增加约30%.
的能源间接GHG排放、以组织活动引|起的其他间 2020年，在新冠疫情的影响下，全球网络流量受 接GHG排放（包括使用的资产、设备的生产过程 到视频流量、电话会议、在线游戏、社交网络等数 所产生的GHG排放）.
字应用增长的推动而激增，当年2~4月中旬的增 长率就高达40%.
国际能源署（IEA）最新研究显 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 示，伴随物联网持续发展，未来对数据服务的需求 放，其次是数据中心建设使用的材料和设备生产过 将呈现出指数级增长.
在此推动下，全球数据中心 程中产生的碳排放，以及生命周期结束处理时所产 平均增速高达7%.
随着我国数字经济转型不断推 生的碳排放，最后则是运营过程中的直接碳排放.
进，以及新一代通信技术的应用和物联网loT的落 地实施，近5年机架投放市场的年平均增速高达 碳足迹1：以能源使用为主体的能源间接碳排放 30%.
到2023年底，预计全国数据中心机架规 位列音位 模年均增速将仍然保持在20%左右.
数据中心是高耗能行业，其用电需求正在随着建设 随着数据中心建设的快速发展，能源需求也会持续 数量、规模的不断扩大而急剧攀升.
由中国工程建 攀升.
如何全面响应国家“双碳”号召，增强全社会 设标准化协会城乡建设信息化与大数据工作委员 可持续发展能力，需要从数据中心的碳足迹出发， 会和中国投资协会能源投资专业委员会联合发布 探索低碳数据中心的长远发展路径，逐步实现数据 的《零碳中国数据中心》蓝皮书，对数据中心的 中心的碳中和目标.
用电及其由此带来的二氧化碳排放进行了深入浅 单位：ZB 4096 设施 总功率 1000x 小 y 功率报托 冷超 IT设备 -转编开关 电池 -冷冻冰泵 -服务春 不间断电源 冷都晒 -存健设备 2048 - PDU 冷凝 其性 -通讯没备 机架配电单元 - CRACf和CRAH -干式冷却机 1024 断路器板 -风机 那明 分布式提线 加湿器 821 512 -发电机 -列内冷却器 其他 -机箱内冷却 机架内冷却箱 2016 2018 2020 2022 2024 2026 2028 2030 -其信 图1中国数据规模增长预测 图2设施总功率示意图 数据来源：赛油顺问 数据来源：ABB自皮书《数据中心能原效率和管理》 注[1]数据源白《全国数据中心应用发展指引（2020）3 注[2]数据源白《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023 年）3 02
ABB数据中心碳中和白皮书 出的研究.
数据显示，2020年全国数据中心用电据中心用能效率一用新型冷却方案代替传统的 量为870亿度，占全社会用电量的1.16%，产生水冷或风冷，液冷技术的起步到试点应用，耐高 的二氧化碳排放约为7 290万吨.
预计到2030年，温IT设备与自然风冷配合，高算力低功耗芯片的 数据中心用电量可能在2020年基础上翻一番，高开发，服务器风道创新设计，HVDC构架减少配电 达1，800亿度，用电量产生的碳排放值将达到全环节的电能损耗等.
（更多信息可参考白皮书《提 社会碳排放的1.5%.
所以改变能源供给结构，关高数据中心能效的士种方式》）.
响应政策要求、 注可再生能源的开发和利用，探索基于多能互补的加大管控力度，进而促进电能使用效率提升，降低 数据中心能源供应的多元融合模式，是低碳数据中碳排放，这也成为低碳数据中心发展之路中的重要 心发展之路的重要举措.
保障询.
18 碳足迹2：覆盖数据中心全生命周期资产投入及运 16 1.46 1.55 营管理产生的间接碳排放 14 1.36 1.39 1.2 ... ..... 数据中心属于重资产型基础设施，建设初期资 1 产投入占比一般为电气45%、暖通25%、土建 0.8 0.6 20%、其他（弱电、智能化、消防等）10%.
电 0.4 气部分在数据中心资产投资中占比最高，远高于 0.2 民用建筑电气投资10%的常规水平.
这些设施的 0- 在用超大型 在用大型规划在建超大型规划在建大型 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 图32019年全国数据中心PUE值情况 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， 就个体来说，超大型数据中心需满足IT设备、冷 减少传统模式电气设备余配置，采用新型设备， 却系统、照明系统及供电系统的用电需求，规模 不但可以优化数据中心投资及管理成本，也将直 耗电量高达上百兆瓦.
传统数据中心PUE偏高， 接助力碳减排.
电能使用效率低，也制约着数据中心低碳发展.
碳足迹3：数据中心运行过程中拥有和控制的排放 为了进一步提高效率，我国主要城市已经把PUE源产生的直接碳排放 作为新项目审批的重要指标之一.
上海市2021年数据中心拥有和控制的排放源相对较少，主要包 4月发布的《上海市数据中心建设导则（2021括备用电源启动直接产生的碳排放，如柴油发电 版）》中，在设计指标方面，要求新建大型数据机组的柴油燃烧或天然气燃烧.
其次还包括如冷 中心项目，综合PUE严格控制不超过1.3；在投却系统制冷剂泄露产生的温室气体、冷却系统排 入运行后，要求综合PUE第一年不应高于1.4，污水中的NXO（氨氮气体）、电气系统绝缘气体 第二年不应高于1.3.
深圳市2019年4月发布SF.
、以及取暖燃料（煤、油、甲烷）等焚烧产生 的《深圳市发展和改革委员会关于数据中心节能的气体泄露.
审查有关事项的通知》中，对于PUE值低于1.25 以柴油燃烧为例，估算碳排放值--据全球新能源网 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.
数据显示，柴油的CO2排放因子是74 100kg/TJ， 柴油的净热值是43TJ/Gg，故单位质量柴油完全 近年来，数据中心行业通过众多技术创新来提高数燃烧排放的CO2质量约是3.1863kg.
2.000kW 注[3] 数据源白《提高数据中心能效的种方式3 EO
ABB数据中心碳中和白皮书 柴油发电机组在额定状态下运行，一小时油耗作为备用电源时，其主要成分是甲烷，标准状况 量约为482~602升，取最低值482升，相当于下1 000立方体积，CO排放量为1 964kg.
若 385.6kg.
但因月度试车或应急供应总使用时间能结合电化学储能站的合理配置，实现毫秒级启 不多，数据中心年均柴油发电机组直接碳排放一动供电，发挥其“顶峰"能力，可减少柴油发电机 般不超过千吨，以实际项自计算为准.
当关然气的并机时间，从而利于碳减排.
未来：数据中心绿色低碳发展路径 《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五快先进绿色技术产品应用；二、持续提升能源高效 年规划和2035年远景目标纲要》，明确提出到2035清洁利用水平；三、优化绿色管理能力.
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 “双碳自标的发布，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.
源消耗和二氧化碳排放分别降低13.5%、18%，非化 我们应结合碳足迹现状，发挥创新技术优势，探索 石能源占能源消费总量比重提高到20%.
数据中心安全高效、低碳、集约、数字化的发展道 以此为基础，《新型数据中心发展三年行动计划路，从而实现高效管理，助力数据中心"双碳"愿景 （2021~2023年）》着重引导新型数据中心走向的实现.
高效、清洁、集约、循环的绿色发展道路：一、加 挑战：数据中心减碳面临多重难题 一、能源结构待优化 资源为主要因素进行选址建设，多分布于西北及西 数据中心的能源结构调整是数据中心低碳发展的 南地区.
但是，此类地区对于数据中心选址来说欠 缺客户和网络两个重要资源.
如果通过建设专用输 重要举措，逼过清洁能源的接入和利用，来减少传 统火电的能源消耗是满足数据中心长期可持续发 变电设施将规模化的新能源进行跨区域输送至合 展的重要保障.
清洁能源部著分为集中式部著和分 适站址，其本体投资高、输送损耗大、运维成本高， 不是合理高效的做法.
因此，单纯依靠集中部署清 布式部署.
集中式部署主要由电网公司通过建设大 型新能源发电站来实现电力脱碳，其中包括集中式 洁能源的电力脱碳方式来帮助数据中心进行能源 光伏电站或风力发电，新能源电站一般建设规模 结构调整并非首选方案.
大、占地面积广，多以土地资源、光照资源或风力 因地制宜，因时制宜，立足数据中心站址当地资源 注[4]数据源白《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）解读》 04
ABB数据中心碳中和白皮书 票赋，合理部署分布式清洁能源，就近建设、就近二、供电架构需调整 消纳，可完全实现主动管理，避免被动限电风险， 改变数据中心能源结构后，还需关注以怎样的供配 是改变传统单一能源结构，实现低碳数据中心发展 电网架结构实现电力能源再分配及管理过程.
的最优选择.
经研究，要实现分布式清洁能源作为 主体能源为数据中心提供能源供给，需要解决以下 传统数据中心供配电等级多，如大型数据中心一般 两个核心问题.
为9层级的配电结构：35kV开关站-10kV高压配 1.选择怎样的供电结构来实现风、光等新能源的 电柜-10kV配电柜-变压器-低压配电柜-密集 安全接入？
母线-配电柜-UPS系统-列头柜.
每增加一个 层级则增加一个故障隐患点，往往要通过变压器、 当前我国使用的是以工频交流电网和火电为主的 UPS关键电源、备用电源的余配置来增强供电 电力系统，在以风、光等清洁能源发电为主的区域， 可靠性.
随着中低压配电系统中的设备增加， 新能源的随机性、波动性与当地电网的实时平衡特 整个供配电系统就会变得更加复杂，从而导致 性需求往往会产生冲突，不同频率的谐波会引起当 数据中心初期设备资本投入居高不下，后期运 地电网的电压波动，基波电流在电压影响下发生 维支出持续走高.
变，同时非线性负载如变频器、整流器、逆变器、 开关电源、UPS等亦会影响电网稳定性.
当风力、 随着数据中心负载迅速增长，传统的供配电结构 光伏发电发生故障时，无论是直驱风机还是逆变器还需要面临来自低压侧的各种挑战，如高损耗、 都存在低电压穿越的过程，无法提供充足的无功， 过热、高故障电流水平等.
不仅如此，单体数据 这样就会造成电网系统电压在较长一段时间内跌中心的建设规模也越来越大，若按现有供配电高 幅震荡，从而发生大面积脱网事故.
因此，改变传冗余配置方案设计，其占地面积也将随之增加， 统的供电结构，解决接入风电、光电后产生的电压机房楼内的关键电源及低压配电系统将更严重制 暂降及无功问题，使以风电、光电为主的供电系统约IT系统使用效率的提升.
要解决这一问题，优 更安全、高效地运行，是数据中心能源结构调整中 化配电等级，减少低压配电系统并打通能源共享 需解决的问题.
线路，实现能源多策略柔性配置，提高供电可靠性， 取代硬件高完余配置是最佳切入点.
此外，优化 2.采用怎样的能源管理策略来适应分布式清洁 数据中心的供配电复杂性，实现数据中心资产轻 能源发电特点？
量化、低消耗，从资产源头减排也成为低碳数据 传统用户侧能源供给策略无法适应分布式清洁能 中心技术创新的重要方向.
源柔性管理需求.
众所周知，数据中心在同一时 期内，其负荷相对稳定，波动一般不超过10%， 三、全生命周期管理仍存深化空间 而分布式清洁能源为主体能源供给后，其波动性完成能源结构及供配电架构优化后，数据中心将步 的特点使之无法在传统能源供给策略下实现供与入建设、运营、改造、退役等主体生命周期环节.
用之间的动态匹配，这样就会使新能源消纳不充在此过程中，专注于安全管理的同时，还需提高综 分，从而出现弃风、弃光现象，无法高效利用清合效率，包括能源使用效率、配电管理效率、运维 洁能源，也无法降低网侧容量需求.
如何使电力效率、风险管理效率、碳排放改进效率跟踪等.
其 负载由目前的刚性转为柔性，以适应电源侧大比核心是打破信息壁垒，改变传统区块式管理模式， 例的不可调控电源，成为今后接入和利用风电、通过能量流与信息流的交织，深化平台管理功能， 光电的待解难题.
形成数据中心能源管理中枢.
05
