碳中和國家戰(zhàn)略與電力限制的關系及展望

導讀：全面貫徹習近平生態(tài)文明思想，全方位全過程推行綠色規(guī)劃、綠色設計、綠色投資、綠色建設、綠色生產、綠色流通、綠色生活、綠色消費，確保實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標與臨近年底，部分地區(qū)突然限電是什么關系？社會上、媒體上眾說紛紜。鄧秋實先生通過數(shù)據收集與分析，從某個側面論述了國家發(fā)展戰(zhàn)略與“雙碳”目標與限電的關系，值得一讀。

根據聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)出版的報告指出，在過去的十年之間，全世界溫室氣體排放量前四位的國家是：中國、美國、歐盟(包括英國)還有印度。前四位國家的溫室氣體總排放量(不包括土地利用變化)占全球55%。排在前七位的排放國(包括俄羅斯、日本和國際運輸)排放總量占全球65%。

　　目前存在一種趨勢,即發(fā)達國家消費產品的排放量(排放分配給購買和消費商品的國家,而非生產商品的國家)比基于領土的排放量要高,因為這些國家通常實行綠色零碳生產,服務業(yè)更發(fā)達，而初級和次級產品大部分都依靠亞非拉進口。在21世紀第一個十年，發(fā)達國家的消費與生產之間的差距不斷擴大，但在2007-2008年全球金融危機之后趨于穩(wěn)定。盡管在過去的十年里，發(fā)達國家基于消費終端產品的排放量高于土地的利用排放量，但兩種排放量均在下降。

　　插一句題外話,高收入群體的碳排放占總量的一半左右,而高收入群體占全球總人數(shù)的10%左右。企業(yè)有碳積分,而未來個人是否也有碳積分呢?高收入群體開車或者乘坐飛機都要消耗碳積分,除非他們乘坐的是電動車或電動飛機。特斯拉每年靠賣碳積分給傳統(tǒng)制造業(yè)已經賺了幾個億了,以后再增加一個業(yè)務售賣碳積分給個人也是個利潤增長點。

　　中國在2012年的碳排放總量已接近美國與歐洲碳排放總量的總和,中國的人均排放量已接近歐洲國家平均水平,但仍然遠低于美國。從體量和增長趨勢上中國的碳排放將對全球碳排放趨勢產生關鍵影響,因此,中國也是全球開展碳減排和低碳發(fā)展的最主要區(qū)域。

　　然而中國替很多的西方國家承擔了初級和次級產品的生產,比如蘋果手機、阿迪達斯、耐克等等,這就相當于承擔了其他國家的碳排放指標,隱含碳排放。根據OECD(經合組織)數(shù)據顯示,中國凈因出口貿易產生的碳排放在2015年就已經高達21億噸左右。接近當時美日加英四國的隱含碳排放的總和。中國是世界上被轉移隱含碳排放最多的國家,進口產品的隱含排放(2億噸二氧化碳)遠小于出口產品的隱含排放(21億噸二氧化碳),說明其他國家尤其是西方發(fā)達國家通過國際貿易向中國轉移了大量的二氧化碳排放。中國出口中的隱含碳總量10倍于中國進口其他國家產品的隱含碳排放。

　　中國作為世界大國,承擔了應有的義務?？v觀歷史每次能源和技術革命都造就了一個強國,如日不落帝國英國和全球霸主美國。這一次中國破釜沉舟,承擔了全球碳中和的大部分指標,也是為了搶占新工業(yè)體系轉型的先機。眾所周知,工業(yè)生產和火力發(fā)電是中國最主要的碳排放部門,兩者一共貢獻了中國85%的碳排放。燃煤是中國碳排放最主要的燃料來源,占中國排放總量的70%。制造業(yè)聚集和以煤為主的能源結構是中國碳排放量較高的最主要原因。

　　為了減少碳排放并向低碳零碳過渡,政府首先就要限制能源消耗,而限制電力供應結構是最直接有效的辦法。全國內的制造企業(yè)大大小小數(shù)十萬家,就像房地產行業(yè)一樣,粗獷發(fā)展了30年,缺乏能源管理觀念。面對突如其來的命令,不知所措,缺乏應對措施。比如,新聞上報道廣西某電力科技公司宣稱可以自循環(huán)發(fā)電,只要輸入1度電,能發(fā)10度電。讓人啼笑皆非。這都是限電新政策與落后生產力產生了根本矛盾。傳統(tǒng)產業(yè)急需升級,以順應如今碳中和的大勢?，F(xiàn)代工業(yè)制造發(fā)展還要兼顧考慮環(huán)境問題,構建綠色低碳的工業(yè)體系,不僅是實現(xiàn)碳中和的必要手段,對工業(yè)可持續(xù)發(fā)展也意義重大。新的電力架構的構建,儲能電池的研發(fā),風能光能及核能的使用是未來整個零碳社會的基礎設施。零碳工業(yè)體系的確定,意味隨著新能源滲透率越來越高,隨之而來的是不確定性、波動性、分布式。而新型的UPS和儲能電池將有助于緩解甚至解決這些問題。

　　最后說一下限電對數(shù)據中心的影響。限電歸根到底還是對雙碳政策的回應落實,為了減少火電機組,一方面是要引導末端消費者的有序用電,另一方面是從發(fā)電源頭進行革新。數(shù)據中心作為用電大戶,也特別受到政府有關部門的重視?？深A見的是,一些小公司的倒閉。而有財力的大公司為了實現(xiàn)低碳,減少購火電的成本,已經開始自建太陽能+儲能站,比如佛山世紀互聯(lián)國內首個2MWh的儲能項目,就像一個大充電寶一樣,幫助電網削峰填谷,另一方面提高新能源消納比例。這個可以算作是輔助電網的一個節(jié)點。

　　再說說國外。海外的電力市場是成熟的,有多家公司在市面上進行售電,園區(qū)內的能源管理也比較完善。國外的數(shù)據中心大多也是租電分離的合同模式,電力的市場化使得業(yè)務的風險大大降低。哪家售價便宜就可以買哪家的電。隨著新能源電站的興建,綠電的價格更低,客戶們也會更多的傾向購買綠電。而且為了應對碳中和的大勢,各國政府也支持大力興建新能源電站。比如,英國、澳洲等地都在大力興建太陽能發(fā)電儲能站,澳大利亞維多利亞州的300MW儲能項目、英國Burwell 50MW儲能電站位于英國的Cambrigeshire等。

　　但是隨著可再生能源發(fā)電的大量建設普及,對幫助管理電壓水平的無功功率服務的需求正在增長,因為新能源的輸出頻率是不停變化的,根據droopcontrol下垂控制原理,要穩(wěn)壓穩(wěn)頻就必須通過無功調節(jié),在傳統(tǒng)電網中,火力發(fā)電機作為無功功率機,但是在碳中和大背景下又采用了什么辦法呢?在海外,像英國電力系統(tǒng)運營商(ESO)國家電網對英國默西地區(qū)的無功功率供應進行了招標。Zenobe作為一家英國本土的公司,建設了世界上第一個直接從傳輸網絡吸收無功功率的電池。這也是歐洲最大的傳輸連接電池,容量達到100MW。

　　可預見的未來,作為能源大戶的數(shù)據中心,配電架構也在慢慢發(fā)生變化。雖然電力系統(tǒng)的拓撲結構已經過時(傳統(tǒng)是從發(fā)電端到消費者末端的單向路徑),但當前電力系統(tǒng)的設計非?，F(xiàn)代。光纖取代了電纜載波,繼電器更加復雜和快速,平衡機構的作用已經成熟,根據美國的聯(lián)邦能源管理委員會FERC(FEDERALENERGYREGULATORYCOMMISSION)側重于N-1可靠性模型。這里聚焦的還是用戶變壓器,未來數(shù)據中心園區(qū)內會有專門的變壓器作為緊急備用變壓器,這種專門應急的變壓器不再是園區(qū)用戶內部的調度,而是作為所屬市供電局進行緊急調度。這些專用的變壓器應該與發(fā)電機組或是儲能電站連接,向電網提供支撐。

　　此外,UPS的整流器設計的初衷并不是將直流電變?yōu)榻涣麟娔嫱苹仉娋W,UPS作為輔助電網的設備局限性很大,有可能出現(xiàn)在公共電網還未解決問題時,UPS的電池耗盡即沒有輔助電網解決問題,又使整個數(shù)據中心關鍵設施癱瘓,得不償失。應該要探索的是利用數(shù)據中心園區(qū)內部的眾多變壓器和柴油發(fā)電機,可以在電網緊急情況下作為橋梁,利用儲能電站幫助電網度過難關。

　　未來數(shù)據中心電力系統(tǒng)架構中將會額外增加新的市供電局專屬應急線路,和相應的控制室。作為未來智慧城市的基石,能源物聯(lián)網的一部分,數(shù)據中心的重要性不言而喻。這對數(shù)據中心的從業(yè)人員提供了新的機遇和挑戰(zhàn)!

　　來源：《數(shù)據中心建設+》雜志