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Plato Deng
2021.10
根据联合国环境规划署（UNEP）出版的报告指出，在过去的十年之间，全世界温室气体排放量前四位的国家是：中国、美国、 欧盟（包括英国）还有印度。前四位国家的温室气体总排放量（不 包括土地利用变化）占全球 55%。排在前七位的 排放国（包括俄罗斯、日本和国际运输）排放总 量占全球 65%。如下图所示，前六位的排放国的绝对温室气体排放量（不包括土地利用变化排放量）和人均排放量对比（图一）：
图一 与国际运输（左）对比。以及排名前六位的排放国的
人均排放量与全球平均水平（右）
（来源：UNEP联合国环境规划署）
目前存在一种趋势，即发达国家消费产品的排放量（排放分配给购买和消费商品的国家，而非 生产商品的国家）比基于领土的排放量要高，因为这些国家通常实行绿色零碳生产，服务业更发达， 而初级和次级产品大部分都依靠亚非拉进口。在 21世纪第一个十年，发达国家的消费与生产之间的差距不断扩大，但在 2007-2008 年全球金融危机之后趋于 稳定。尽管在过去的十年里，发达国家基于消费终端产品的排放量高于土地的利用排放量，但两种排放量 均在下降。
插一句题外话，高收入群体的碳排放占总量的一半左右，而高收入群体占全球总人数的10%左右。企业有碳积分，而未来个人是否也有碳积分呢？ 高收入群体开车或者乘坐飞机都要消耗碳积分，除非他们乘坐的是电动车或电动飞机。特斯拉每年靠卖碳积分给传统制造业已经赚了几个亿了，以后再增加一个业务售卖碳积分给个人也是个利润增长点。
各收入群体具体的碳排放可如下图所示：
图二 按收入群体的碳排放示意
（来源：UNEP联合国环境规划署）
中国在2012年的碳排放总量已接近美国与欧洲碳排放总量的总和，中国的人均排放量已接近欧洲国家平均水平，但仍然远低于 美国。从体量和增长趋势上中国的碳排放将对全球碳排放趋势产生关键影响，因此，中国也是全球开展碳减排和低碳发展的最主要区域。
然而中国替很多的西方国家承担了初级和次级产品的生产，比如苹果手机、阿迪达斯、耐克等等，这就相当于承担了其他国家的碳排放指标，隐含碳排放。根据OECD（经合组织）数据显示，中国净因出口贸易产生的碳排放在2015年就已经高达21亿吨左右。接近当时美日加英四国的隐含碳排放的总和。中国是世界上被转移隐含碳排放最多的国家，进口产品的隐含排放（2亿吨二氧化 碳 ）远小于出口产品的隐含排放（21亿吨二氧化碳），说明其他国家尤其是西方发达 国家通过国际贸易向中国转移了大量的二氧化碳。中国出口中的隐含碳总量10倍于中国进口其他国家产品的隐含碳排放。
图三 隐含碳在国际贸易中的流动
（来源：Harvard Kennedy School of Goverment）
中国作为世界大国，承担了应有的义务。纵观历史每次能源和技术革命都早就了一个强国，如日不落帝国英国和全球霸主美国。 这一次中国破釜沉舟，承担了全球碳中和的大部分指标，也是为了抢占新工业体系转型的先机。 众所周知，工业生产和火力发电是中国最主要的碳排放部门，两者一共贡献 了中国85%的碳排放。燃煤是中国碳排放最主要的燃料来源，占中国排放总量的70%。制造业聚集和以煤为主的能源结构是中国碳排 放量较高的最主要原因。如下图四所示：
图四 碳排放的来源
（来源：The World Resource Institute）
为了减少碳排放并向低碳零碳过渡，政府首先就要限制能源消耗，而限制电力供应结构是最直接有效的办法。 全国内的制造企业大大小小上万家，就像房地产行业一样，粗犷发展了30年，缺乏能源管理观念。面对突如其来的命令，不知所措，缺乏应对措施，比如，新闻上报道广西某电力科技公司宣称可以自循环发电，只要输入1度电，能发10度电。让人啼笑皆非。 这都是限电新政策与落后生产力产生了根本矛盾。 传统产业急需升级，以顺应如今碳中和的大势。现代工业制造发展还要兼顾考虑环境问题，构建绿色低碳的工业体系，不仅是实现碳中和的必要手段，对工业可持续发展也意义重大。 新的电力架构的构建，储能电池的研发，风能光能及核能的使用是未来整个零碳社会的基础设施。 零碳工业体系的确定，意味随着新能源渗透率越来越高，随之而来的是不确定性、波动性、分布式。 而新型的UPS和电池将有助于缓解甚至解决这些问题。 下一篇，将介绍我对电池行业发展，和新技术的一些思考，敬请关注！
最后说一下限电对数据中心的影响，限电归根到底还是对双碳政策的回应落实，为了减少火电机组，一方面是要引导末端消费者的有序用电，另一方面是从发电源头进行革新。数据中心作为用电大户，也特别受到政府有关部门的重视，可预见的是，一些小公司的倒闭。而有财力的大公司为了实现低碳，减少购火电的成本，已经开始自建太阳能+储能站，比如佛山世纪互联国内首个2MWh的储能项目，就像一个大充电宝一样，帮助电网削峰填谷，另一方面提高新能源消纳比例。这个可以算作是辅助电网的一个节点。
再说说国外，海外的电力市场是成熟的，有多家公司在市面上进行售电，园区内的能源管理也比较完善。国外的数据中心大多也是租电分离的合同模式，电力的市场化使得业务的风险大大降低。哪家售价便宜就可以买哪家的电。随着新能源电站的兴建，绿电的价格更低，客户们也会更多的倾向购买绿电。而且为了应对碳中和的大势，各国政府也支持大力兴建新能源电站。比如，英国、澳洲等地都在大力兴建太阳能发电储能站，澳大利亚维多利亚州的300MW储能项目、英国Burwell 50MW储能电站位于英国的Cambrigeshire等。 下图就是其中之一的项目现场：
图五 英国的50MW储能电站
（来源：https://www.sms-plc.com/）
但是随着可再生能源发电的大量建设普及，对帮助管理电压水平的无功功率服务的需求正在增长，因为新能源的输出频率是不停变化的，根据droop control 下垂控制原理，要稳压稳住频率就必须通过无功调节，在传统电网中，火力发电机作为无功功率机，但是在碳中和大背景下又采用了什么办法呢？在海外，像英国电力系统运营商 (ESO) 国家电网对英国默西地区的无功功率供应进行了招标。Zenobe作为一家英国本土的的公司，建设了世界上第一个直接从传输网络吸收无功功率的电池。这也是欧洲最大的传输连接电池，容量达到100MW。
图六 zenobe的capenhurst无功功率电池
（来源：https://www.zenobe.com）
可预见的未来，作为能源大户的数据中心，配电架构也在慢慢发生变化。 虽然电力系统的拓扑结构已经过时（传统是从发电端到消费者末端的单向路径），但当前电力系统的设计非常现代。光纤取代了电缆载波，继电器更加复杂和快速，平衡机构的作用已经成熟，根据美国的联邦能源管理委员会FERC（FEDERAL ENERGY REGULATORY COMMISSION）侧重于 N-1 可靠性模型。这里聚焦的还是用户变压器，未来数据中心园区内会有专门的变压器作为紧急备用变压器，这种专门应急的变压器不再是园区用户内部的调度，而是作为所属市供电局进行紧急调度。这些专用的变压器应该与发电机组或是储能电站连接，向电网提供支撑。
此外，UPS的整流器设计的初衷并不是将直流电变为交流电逆推回电网，UPS作为辅助电网的设备局限性很大，有可能出现在公共电网还未解决问题时，UPS的电池耗尽即没有辅助电网解决问题，又使整个数据中心关键设施瘫痪，得不偿失。 应该要探索的是利用数据中心园区内部的众多变压器和柴油发电机，可以在电网紧急情况下作为桥梁，利用储能电站帮助电网度过难关。
未来数据中心电力系统架构中将会额外增加新的市供电局专属应急线路，和相应的控制室。作为未来智慧城市的基石，能源物联网的一部分，数据中心的重要性不言而喻。这对数据中心的从业人员提供了新的机遇和挑战！
DeepKnowledge
作者：
Plato Deng
数据中心高级研究员 /深知社创始成员
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