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新型制冷剂

助力“双碳”目标全方位采用绿色节能技术

助力“双碳”目标全方位采用绿色节能技术

  碳达峰、碳中和是我国向世界作出的庄严承诺,也是一场广泛而深刻的经济社会变革。数据中心作为能源消费大户,随着其规模不断扩大,能耗也随之增加。据统计,2020年国内数据中心总用电量达到1969.6亿千瓦时,数据中心行业面临巨大能源压力,数据中心加强节能减排已刻不容缓。

  北京市在供电质量、网络条件、数据中心用户规模等方面具备建设数据中心的先天优势。据测算,北京市现有数据中心IT容量占全国总量的10%以上。近年来,北京市范围内新增数据中心项目增长较快。但作为耗电大户,数据中心快速增长为北京市带来了一系列挑战:第一,北京市数据中心用电负荷大,用电高峰期给全市及区域供电安全带来挑战;第二,数据中心快速增长为北京市碳排放控制带来压力;第三,部分数据中心项目实际建设与规划不符,上架率低,挤占北京市宝贵的土地、能源资源。

  为从源头上推动数据中心持续提高能效碳效水平,强化全生命周期节能管理,促进数据中心高质量发展,北京市发展和改革委官网今年7月发布了《关于印发进一步加强数据中心项目节能审查若干规定的通知》(以下简称《通知》),为未来全国一、二线城市的数据中心建设指明了方向。

  《通知》针对北京市范围内新建或改扩建的年能源消费量达到1000吨标准煤(电力按当量值计算,当量值取1.229t标煤/万kWh)或者年电力消费量达到500万千瓦时(含)以上的数据中心项目。

  按测算,IT设备用电量超过500kW的项目即适用《通知》。按单机柜功率密度6kW计算,机柜建设规模超过85个的项目就必须按照《通知》执行,基本覆盖了北京市绝大部分的大、中、小型数据中心。

  新建或改扩建数据中心应当主要用于支撑“四个中心”建设,保障“四个服务”功能。《通知》进一步明确了首都建设数据中心的服务对象。

  “四个中心”是指首都城市战略定位,即全国政治中心、文化中心、国际交往中心、科技创新中心。

  “四个服务”是中央对首都工作的基本要求,也是做好首都工作的根本职责所在,即为中央党、政、军领导机关的工作服务,为国家的国际交往服务,为科技和教育发展服务,为改善人民群众生活服务。

  《通知》要求优先发展计算型数据中心,应当保证用于数据存储功能的机柜功率比例不高于机柜总功率的20%。

  根据《通知》要求,北京将逐步腾退非计算功能的存储型数据中心、容灾备份中心;大力发展能够支撑数字经济、人工智能、区块链等前沿产业发展的计算型和人工智能算力型数据中心,提升北京市数据中心整体计算能级和绿色水平。

  《通知》对数据中心可再生能源利用提出了更高要求。《通知》要求2021年及以后建成的项目,年可再生能源利用量占年能源消费量的比例按照每年10%递增,到2030年实现100%(不含电网既有可再生能源占比)。鼓励各建设单位通过最大化自建分布式可再生能源设施提高可再生能源利用水平,如安装光伏组件等。当自建设施不能满足用电需求时,则需通过绿色电力交易或认购可再生能源绿色电力证书、购买节能量等方式提高可再生能源利用比例。

  据统计,当前我国国家电网的绿电(包含水电、风电、核电、光电)占比约为39.8%,新增装机类型以太阳能发电装机为首,占全部新增装机量的36.0%;火电新增装机占比为33.1%;风电新增装机占比为16.9%;水电新增装机占比为6.9%。过去10年,可再生能源的发电成本大幅降低。全球光伏和陆上风电的平准化度电成本(LCOE)分别下降了85%和60%,海上风电成本仅在过去的五年就下降了60%。中国光伏发电目前的LCOE在每千瓦时0.2~0.41元之间,在多数地区已经具备了与新建燃煤发电竞争的能力。

  2021年6月11日,国家发改委价格司在《国家发展改革委关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》中明确了新建项目可自愿通过参与市场化交易形成上网电价,以更好体现光伏发电、风电的绿色电力价值。该支持政策一方面为绿电全额参与市场交易和后期扩大直购电范围预留了操作空间,另一方面为绿电消纳打开了市场空间。最近,广东可再生能源电力交易已正式启动。

  目前,我国的电力主要来自燃煤发电,虽然可再生能源发电成本逐年下降且发电比例逐年扩大,但2030年在北京地区实现100%可再生能源供电仍然非常困难。因此,只能通过绿电交易来实现目标。

  《通知》指出,建设单位或其股东在新建、扩建数据中心的同时关闭其所有(或控股的)位于北京已投运的其他数据中心,所关闭的数据中心机柜总功率(不含强制退出关闭的部分)的一半可以在计算新建、扩建项目能耗时予以扣减,不计入新建、扩建项目能耗。

  该政策有利于鼓励建设单位关停不具有节能改造价值的老旧数据中心,为新建、扩建数据中心腾出能源、空间等资源。

  《通知》对数据中心的PUE进行了详细规定,对不同能耗规模提出了不同的要求;年能源消耗量越大的数据中心,对节能要求越高,对PUE要求越低。年能源消费量小于1万吨标准煤(电力按等价值计算,根据北京市统计局2020年数据,等价值取2.6702t标煤/万kWh)的项目PUE不应高于1.3;年能源消费量大于等于1万吨标准煤且小于2万吨标准煤的项目,PUE不应高于1.25;年能源消费量大于等于2万吨标准煤且小于3万吨标准煤的项目,PUE不应高于1.2;年能源消费量大于等于3万吨标准煤的项目,PUE不应高于1.15。

  对数据中心的节能要求越来越高,就要求设计单位在设计时充分考虑对自然冷源的利用,建设单位在设备采购中选择更高效节能的设备,鼓励采用工信部《绿色数据中心先进适用技术产品目录》中的技术产品。

  北京市属于寒冷地区,冬季和过渡季自然冷源利用时长可观,可通过一系列技术措施实现对室外自然冷源的充分利用。

  此外,北方地区冬季有供暖需求,可结合数据中心余热资源建设区域能源站,为项目园区以及周边建筑提供热水供应。一方面,可减少废热排放,降低数据中心冬季能耗;另一方面,也可以减少北京市供暖所需的第一能源消耗量。

  《通知》基于环保诉求,禁止数据中心新增以消耗臭氧层物质为工质的设备设施,鼓励采用以二氧化碳等自然工质为介质的制冷设备。此项规定要求数据中心的空调设备采用新型环保冷媒。

  对于数据中心项目的能耗,除了立项能耗指标审批,建成后的监管要求也越来越严。《通知》要求能源消费量达到5000吨标准煤(以6kW标准机柜为例,约600架,电力按当量值计算)及以上的数据中心,都要建设能耗在线监测系统,并接入北京市节能监测服务平台,纳入监管。

  《通知》要求项目取得节能审查意见后,两年内上架率(实际上架的机柜总功率/项目机柜设计总功率)未达到80%的,建设单位应当向原节能审查机关提出变更申请。

  该规定可以有效避免个别单位虚报能耗指标,占用能效资源,同时也要求建设单位在项目前期认真分析业务需求,根据项目两年内的业务上架率来编制节能报告、申请相应能耗指标。

  《通知》为了鼓励数据中心建设者进一步降低能耗,对于高耗能数据中心将征收惩罚性电费。

  对于PUE>

  1.4且≤1.8的项目(单位电耗超过限额标准一倍以内),执行的电价加价标准为每度电加价0.2元;对于PUE>

  1.8的项目(单位电耗超过限额标准一倍以上),每度电加价0.5元。

  以2万平方米的数据中心(布置2300架6kW机架)为例,按PUE为1.25计算,年电力消耗量约15110万千瓦时,年用电费用约9917万元,折合单机柜年用电费用约4.31万元。

  按PUE为1.6计算,年电力消耗量约19342万千瓦时,年用电费用约16562万元,折合单机柜年用电费用约为7.20万元,电费成本增加了67%。

  按PUE为1.8计算,年电力消耗量约21760万千瓦时,年用电费用约25162万元,折合单机柜年用电费用约10.94万元,电费成本增加了153%。

  《通知》覆盖了北京市绝大部分的数据中心。新建或改扩建数据中心优先发展计算型数据中心,用于支撑“四个中心”建设,保障“四个服务”功能。数据中心PUE限值按能源消耗规模采取分级管理,对不同能效数据中心执行差别电价。因此,未来北京市数据中心项目首先应根据业务需求评估建设规模,然后再制定相应的技术方案。数据中心应采用全面、全方位、全生命周期的绿色节能技术,进一步降低PUE;积极寻求可再生能源,逐步提高可再生能源的利用比例。

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