能耗指标与数据中心

时间:2020-07-08 09:58:00  来源:http://www.cloudseatech.com/news414214.html

能耗指标与数据中心


摘要:本文结合数据中心的行业特点,从能耗指标切入,系统阐述了我国“能评”,即固定资产投资项目节能评估工作中遇到的主要概念。系统的阐述了能耗指标的由来、标准煤的定义、电网电力折算标准煤系数、电力当量值与等价值的含义与区别、数据中心行业分类的变迁、数据中心工业增加值的计算方法以及电网电力碳排放的计算方法。从宏观的角度,系统的诠释能耗指标与数据中心之间的关系。


1、能耗指标的由来

近年来,能耗指标逐渐成为数据中心行业的一个关键词,甚至成为影响数据中心项目成败的关键因素,那么到底什么是能耗指标?

能耗指标其实是政府固定资产投资项目审查流程中的一个环节,即能评的审批结果,它的全称应该叫做“固定资产投资项目节能评估”。目前主要依据2016年,由国家发改委发布的第44号令《固定资产投资项目节能审查办法》来具体实施审查的。同时,原国家发改委于2010年发布的第6号令《固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》同时废止。以上两个主要文件,即为我国固定资产投资项目中能耗指标,即我们常说的“能评”的由来。

那我国颁布“能评”制度的原因又来自于哪里?这里就需要提到“节能减排”这个我们熟识的概念了。在国家层面的政策文件中,一般认为“节能减排”系统性的概念,首先出现在2006年公布的我国的第十一个五年规划纲要中。在历次五年规划纲要中,首次在“十一五”规划纲要中提及了“控制温室气体排放[1]”,即“低碳”概念。同时也首次将“节约能源”单独成章节,提出“强化能源节约和高效利用的政策导向,加大节能力度[1]”以及“突出抓好钢铁、有色、煤炭、电力、化工、建材等行业和耗能大户的节能工作[1]。”的要求。同时首次将“单位国内生产总值能源消耗降低20%左右[1]”作为“十一五”社会发展的主要完成指标,该指标就是我们在各级地方政府工作考核指标中常常提及的能耗 “双控”指标之一,即单位GDP或者工业增加值能耗指标。而作为能耗“双控”的另一个控制指标,即为该行政区域内的能源消耗总量控制指标。至此,我们已经简单的清楚了近年来对于数据中心行业而言,非常重要的“能耗指标”的由来。

2、标准煤与碳排放

提到能耗“双控”指标,“标准煤”就是一个绕不开的概念。“标准煤”其实可以认为是一种能源计量单位,我国关于标准煤的定义主要参照国家标准《综合能耗计算通则》GB/T 2589,即低(位)发热量等于29.27兆焦(或7000千卡)的固体燃料,称1千克标准煤。在统计计算中,可采用吨、万吨标准煤作为计量单位。

采用标准煤计量数据中心能耗,需要区分能源的当量值和等价值两个概念。参照《综合能耗计算通则》GB/T 2589-2008版,能量的当量值,即按照物理学电热当量、热功当量、电功当量换算的各种能源所含的实际能量[2]。能量的等价值,即生产单位数量的二次能源或耗能工质所消耗的各种能源折算成一次能源的能量[2]。其中一次能源主要是指原煤、原油、天然气、水力、风力、太阳能、生物质能等;二次能源主要是洗精煤、其他洗煤、焦炭、汽油、柴油、热力、电力等。

在这里,我们以数据中心的电力消耗为例,解释下当量值和等价值。根据《综合能耗计算通则》,电力的平均低位发热量为3600kJ/kWh,对应的折标准煤系数为0.1229kgce/kWh,即电力的当量值折标准煤系数为0.1229千克标煤/度。我们可以认为电力的当量值,即为单位电力本身所包含的能量对应的热值,因此单位电力的当量值为恒定值。而电力的等价值,是根据国家统计局能源统计报表制度规定的,按全市规模以上工业火力发电加工转换情况计算取得,其值随火力发电效率的变化而变化。可以理解为对应我国当年火力发电厂的平均单位电度的标准煤耗值,2019年节能评估中采用电力等价折标系数为0.301 kgce/kWh,即0.301千克标煤/度。我们可以这样简单的区分当量值和等价值的用途,即用电企业看当量值,发电企业看等价值,地方政府一般关注当量值,国家主管部门一般关注等价值。也正是这个原因,我们在做节能评估的时候,节能报告中都会体现当量值和等价值两个数据。而我们一般所讲的能耗指标,一般都是指当量标煤数。

目前各地政府一般也会将能耗“双控”指标与“低碳”控制指标相结合,即控制温室气体的排放。这主要是由于在我国的“十三五(2016-2020年)”规划纲要中,明确要求单位GDP二氧化碳排放降低17%。其实严格的说,所谓低碳,其实是要求控制温室气体的排放量,即控制二氧化碳当量的排放量。提到二氧化碳当量,这里就需要明确下,我国相关政策中要求控制的温室气体,主要是指6类温室气体,即二氧化碳(CO?)、甲烷(CH4)、氧化亚氮(N?O)、氢氟碳化物(HFCs)、全氟化碳(PFCs)、六氟化硫(SF6)。这也是《联合国气候变化框架公约》第三次缔约方大会签署的《京都议定书》所提出的,需要控制排放量的6种主要温室气体。所谓的二氧化碳当量,就是指这6类温室气体根据温室效应的结果,全部折算成二氧化碳的量,即规定二氧化碳当量为度量温室效应的基本单位。我们以甲烷和氧化亚氮为例,1千克甲烷相当于25千克二氧化碳,1千克氧化亚氮相当于310千克二氧化碳造成的温室效应,即甲烷的二氧化碳当量为25,氧化亚氮的二氧化碳当量为310。而我们常见的制冷剂R-22,也正在被我国逐步淘汰,其中一个重要的原因就是R-22的二氧化碳当量为1810,当然对臭氧层的破坏也是其被淘汰的重要原因之一。

以上几个概念是我们数据中心项目在进行节能评估过程中,经常会遇到的几个比较明确的概念。下面我们来看另外两个在能评过程中非常重要,但对于数据中心项目而言,相对模糊的概念,就是数据中心的行业分类和工业增加值。

3、行业分类与工业增加值

在编写数据中心节能报告的时候,我们都需要明确所申报的数据中心项目所属的行业类别以及对应该项目的工业增加值。

首先,看一下项目的行业分类。目前,对项目所属行业分类的划分,一般依据我国国家统计局主编的《国民经济行业分类》GB/T4754-2017标准执行。该国家标准于1984年首次发布,分别于1994年和2002年进行修订,2011年第三次修订,2017年第四次修订。该标准(GB/T4754-2017)由国家统计局起草,国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会批准发布,现行版本于2017年10月1日起实施。在这里我们主要关注下2002版、2011版以及最新的2017版,看一下不同时期的数据中心项目所属行业划分。

在2002版中,在G信息传输、计算机服务和软件业类别中与数据中心可能相关的行业,仅可能是6020互联网信息服务或者6120数据处理两类,同时在制定2002版的时候,互联网行业还没有大规模发展,而与之对应的数据中心行业,则更为小众。

经过2011年的修订,对数据处理这一类行业进行了修订,改为6540数据处理和存储服务,该类别包括了数据备份服务、数据存储服务、在线杀毒、电子商务平台、物流信息服务平台、服务器托管、虚拟主机等。基本涵盖了目前的电商、云、快递服务、IDC等行业。

在2017年版中,将互联网等相关类别进行进一步细化,将原来的6540类别变更为6550信息处理和存储支持服务,将数据备份服务、数据存储服务、电子商务平台、物流信息服务平台等互联网主流业务删除,仅保留了服务器托管、虚拟主机等业务,这也是IDC业务主要的服务内容。同时增加了643互联网平台大类别,扩充了642互联网信息服务类别,使其包含了在线信息、电子邮箱、数据检索、网络游戏、网上新闻、网上音乐等信息服务。另增加了6450互联网数据服务,包括大数据处理、云存储、云计算、云加工等服务。

从以上的行业类别变更上可以看出,对于单纯的IDC托管业务,其行业划分相对明确,一般为6550信息处理和存储支持服务。但对于类似于腾讯云、阿里云这类混合业务的数据中心而言,其行业类别在各地执行细则相对不一。根据各地政府具体规定,一般会归类为642互联网信息服务类别,也有地区会归类为6450互联网数据服务。

我们之所以需要关注行业类别的划分,是由于与能耗“双控”指标对应的,国家发改委会持续发布更新《产业结构调整指导目录》。目前最新的版本是《产业结构调整指导目录(2019年本)》,其中会规定鼓励类、限制类、淘汰类行业。目前数据中心行业在该指导目录中,依旧处于鼓励类。因此在节能报告中,如何定位IDC项目的行业类别,尤其是混合多种业务类型的项目,是很重要的一个环节。

为什么这里笔者会提到混合多种业务类型,这与另一个重要概念“工业增加值”密切相关。在节能报告中,需要提供单位工业增加值折标准煤数据,作为节能审核的最重要的评审指标之一。部分地区还需要提供单位工业增加值二氧化碳当量数据。国家统计局对工业增加值的定义如下:工业增加值是指工业企业在报告期内以货币形式表现的工业生产活动的最终成果;是工业企业全部生产活动的总成果扣除了在生产过程中消耗或转移的物质产品和劳务价值后的余额;是工业企业生产过程中新增加的价值[3]。

工业增加值可以采用“生产法”或者“收入法”计算。

“生产法”:从工业生产过程中产品和劳务价值形成的角度入手,扣除生产环节中间投入的价值,从而得到新增价值的方法。计算公式为:工业增加值=工业总产值-工业中间投入+应交增值税[3]。

“收入法”:从工业生产过程中创造的原始收入初次分配角度入手,对工业生产活动最终成果进行核算的一种方法。计算公式为:工业增加值=固定资产折旧+劳动者报酬+生产税净额+营业盈余[3]。

根据多年的项目经验,数据中心行业无法使用生产法计算工业增加值,因此一般采用收入法。但仅依靠IDC本身的机柜托管服务所产生的工业增加值,一般情况下无法满足我国一、二线城市能耗“双控”指标中的,单位工业增加值能耗控制指标。因此数据中心项目一般均需要结合具体的业务类型一同申报即混合多种业务一并申报,例如将服务器采购所带来的固定资产折旧及对应的税额计算在项目所在地。在该情况下,基本可以满足我国绝大多数二线城市以及一部分一线城市的指标要求。

4、电网碳排放因子

在我国,数据中心的能源消耗几乎全部为电网电力,那我们要如何计算由此产生的碳排放,进而计算部分地区节能报告要求的单位工业增加值二氧化碳当量数据呢?

主要依据我国生态环境部应对气候变化司公布的《中国区域电网基准线排放因子》计算我国各区域电网的碳排放因子,目前在气候变化司官网上公布的最新版本为2016版。

依据该文件,电网排放因子包括电量边际排放因子(OM)以及容量边际排放因子(BM)。

其中OM可认为是现存边际(即在项目增加用电需求时最后开始供电,在项目减少用电需求时最先停止供电)的电厂的排放情况。而BM是指未来可能兴建的电厂群的边际排放因子。根据目前碳排放计算的惯例,一般选择OM与BM的加权平均值CM来计算项目的碳排放量。即如下表格中的数据:

                                                  表1 2016年度中国区域电网基准线排放因子[4]



对应的区域电网所辖省市如下表所示:

                                                              表2 区域电网覆盖省份表[4]



以上就是在数据中心申请能耗指标过程中所涉及主要概念的解释,叙述较为繁琐,为便于读者理解,笔者将以上概念整理成以下思维导图,供业内及希望进入该行业的读者参考。




                                                       图1 数据中心能评思维导图(点击放大查看)