碳中和國家戰(zhàn)略與電力限制的關(guān)系及展望

導(dǎo)讀：全面貫徹習(xí)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(shè)計、綠色投資、綠色建設(shè)、綠色生產(chǎn)、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(guān)系？社會上、媒體上眾說紛紜。鄧秋實先生通過數(shù)據(jù)收集與分析，從某個側(cè)面論述了國家發(fā)展戰(zhàn)略與“雙碳”目標與限電的關(guān)系，值得一讀。

根據(jù)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(chǎn)品的排放量(排放分配給購買和消費商品的國家,而非生產(chǎn)商品的國家)比基于領(lǐng)土的排放量要高,因為這些國家通常實行綠色零碳生產(chǎn),服務(wù)業(yè)更發(fā)達，而初級和次級產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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?cè)藬?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(jīng)賺了幾個億了,以后再增加一個業(yè)務(wù)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(chǎn)生關(guān)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(dān)了初級和次級產(chǎn)品的生產(chǎn),比如蘋果手機、阿迪達斯、耐克等等,這就相當(dāng)于承擔(dān)了其他國家的碳排放指標,隱含碳排放。根據(jù)OECD(經(jīng)合組織)數(shù)據(jù)顯示,中國凈因出口貿(mào)易產(chǎn)生的碳排放在2015年就已經(jīng)高達21億噸左右。接近當(dāng)時美日加英四國的隱含碳排放的總和。中國是世界上被轉(zhuǎn)移隱含碳排放最多的國家,進口產(chǎn)品的隱含排放(2億噸二氧化碳)遠小于出口產(chǎn)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(mào)易向中國轉(zhuǎn)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(chǎn)品的隱含碳排放。

　　中國作為世界大國,承擔(dān)了應(yīng)有的義務(wù)?？v觀歷史每次能源和技術(shù)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(dān)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(zhuǎn)型的先機。眾所周知,工業(yè)生產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(yīng)結(jié)構(gòu)是最直接有效的辦法。全國內(nèi)的制造企業(yè)大大小小數(shù)十萬家,就像房地產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)力產(chǎn)生了根本矛盾。傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)急需升級,以順應(yīng)如今碳中和的大勢。現(xiàn)代工業(yè)制造發(fā)展還要兼顧考慮環(huán)境問題,構(gòu)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(gòu)的構(gòu)建,儲能電池的研發(fā),風(fēng)能光能及核能的使用是未來整個零碳社會的基礎(chǔ)設(shè)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(jù)中心的影響。限電歸根到底還是對雙碳政策的回應(yīng)落實,為了減少火電機組,一方面是要引導(dǎo)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(jù)中心作為用電大戶,也特別受到政府有關(guān)部門的重視。可預(yù)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(jīng)開始自建太陽能+儲能站,比如佛山世紀互聯(lián)國內(nèi)首個2MWh的儲能項目,就像一個大充電寶一樣,幫助電網(wǎng)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(wǎng)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(nèi)的能源管理也比較完善。國外的數(shù)據(jù)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(wù)的風(fēng)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(yīng)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(shè)普及,對幫助管理電壓水平的無功功率服務(wù)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(jù)droopcontrol下垂控制原理,要穩(wěn)壓穩(wěn)頻就必須通過無功調(diào)節(jié),在傳統(tǒng)電網(wǎng)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(wǎng)對英國默西地區(qū)的無功功率供應(yīng)進行了招標。Zenobe作為一家英國本土的公司,建設(shè)了世界上第一個直接從傳輸網(wǎng)絡(luò)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(yù)見的未來,作為能源大戶的數(shù)據(jù)中心,配電架構(gòu)也在慢慢發(fā)生變化。雖然電力系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)已經(jīng)過時(傳統(tǒng)是從發(fā)電端到消費者末端的單向路徑),但當(dāng)前電力系統(tǒng)的設(shè)計非常現(xiàn)代。光纖取代了電纜載波,繼電器更加復(fù)雜和快速,平衡機構(gòu)的作用已經(jīng)成熟,根據(jù)美國的聯(lián)邦能源管理委員會FERC(FEDERALENERGYREGULATORYCOMMISSION)側(cè)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(jù)中心園區(qū)內(nèi)會有專門的變壓器作為緊急備用變壓器,這種專門應(yīng)急的變壓器不再是園區(qū)用戶內(nèi)部的調(diào)度,而是作為所屬市供電局進行緊急調(diào)度。這些專用的變壓器應(yīng)該與發(fā)電機組或是儲能電站連接,向電網(wǎng)提供支撐。

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

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

　　來源：《數(shù)據(jù)中心建設(shè)+》雜志