环境项目

互联网天候运行的,无碳能源应如此

2019 年 9 月
俄克拉何马州 Minco 的风力发电厂

电力是驱动我们数据中心的燃料,让我们能够每天 24 小时不停歇地提供数十亿次 Google 搜索、YouTube 视频播放以及其他服务。仅在 2017 年,我们就从专门为 Google 建造的太阳能和风力发电场购买了超过 70 亿千瓦时的电量(大致相当于罗德岛州一年的用电量)。这样一来,我们就能够通过直接购买可再生能源,满足每年 100% 的电力消耗。 不过,与这个里程碑同样令人振奋的是,这只是我们实现更宏伟的长期目标的第一步,这个目标就是:随时随地获取充足的无碳能源来满足我们的电力消耗。这意味着,未来每个 Google 场所都将全天候使用本地无碳电力。

2018 年 10 月,我们朝着这个愿景迈出了重要一步,发文揭秘了 Google 全球所用电力的来源,以便衡量我们的目标实现情况。我们在这篇讨论文章中进行了深入分析,重点说明了我们的部分数据中心已经在这方面取得了怎样出色的成就,以及其他数据中心有了怎样的进步(但仍有改进空间)。这篇文章包含不同位置的碳热图,这些图形直观呈现了 Google 数据中心每小时的能源消耗概况。

我们从这些和其他可再生能源计划中获得的深入洞见将为我们实现全天候无碳供电提供指引。

实现全天候无碳能源的重要性

尽管我们大规模采购可再生能源,Google 设施仍在使用有碳电力。与任何其他电力用户一样,每处 Google 电力设施都接入了当地电网。每个地区的能源组合通常包括一些无碳能源(如风能、太阳能、水能、核能),以及有碳能源,如煤炭、天然气和石油。我们依赖这些有碳能源,特别是在风速或日照减弱的时候,以及在无碳能源有限的地方。

为了解决我们对有碳能源的使用问题,我们在太阳能和风能充足的地区或时段超额购买可再生能源。例如,我们在美国中西部等地购买更大量的风能,以抵消我们在亚洲可再生能源采购不足的影响。在一些地方,我们会在白天超额购买太阳能,以弥补我们在夜间使用有碳能源的影响。

我们的采购直接导致更多可再生能源进入电网(称为项目额外性)1,并减少二氧化碳排放。从全球全年的角度来看,我们的太阳能和风能采购完全抵消了我们用电产生的碳足迹。但这并不是一个完美的解决方案。我们希望创造一个完全不依赖有碳能源的未来。电力行业的完全去碳化需要全天候的无碳能源供应。

Google 有许多充分的理由来实现这种转变。作为业务的当务之急,我们力争在气候变化问题上发挥领导作用。作为电力消费大户,我们要尽力减少对环境的影响。随着业务的不断增长,我们高度重视可再生能源带来的成本效益和财务确定性。在实现这个长期目标的过程中,我们可以帮助提升无碳能源在全球电力供应组合中的地位,使之从重要但有限的元素成为能全面支持我们的运营并最终支撑整个电网的资源。

无碳能源框架 我们将无碳能源定义为不直接排放二氧化碳的任何发电类型。这包括太阳能、风能、地热、水能和生物质能2等可再生能源以及核能。

通过分析精细的能源数据,我们可以衡量指定数据中心的每小时用电量与当地电网每小时无碳电力供应的吻合情况。这种无碳电力目前由两部分组成:一是 Google 通过长期购电协议 (PPA) 从当地风能和太阳能项目购买的电力3,二是更广泛的地区电网中由核能、水能和可再生能源等 Google 未直接签约的能源产生的电力。 在评估一个数据中心的每小时耗电量多大程度上属于无碳能源时,我们首先考虑 Google 在该地区的购电协议相关的可再生能源发电。4 如果某一小时内 Google 采购的地区可再生能源发电量等于或大于某数据中心的电力负荷,则该数据中心在该小时内 100% 消耗的为无碳能源。不过,如果 Google 的当地可再生能源发电量在特定小时内不足以抵消数据中心的负荷,那么不足部分会由该地区的电网提供。

数据中心碳热图

芬兰 经过分析,我们发现 2017 年 Google 的数据中心园区中,没有一个实现了全天候 100% 使用无碳能源。尽管如此,一些园区(例如我们在芬兰的数据中心)已经开始展示我们可以实现什么成果。如下图所示,该场所 2017 年的每小时用电量中,当地无碳能源占了很大比例。

显示 2017 年 Google 芬兰数据中心每小时用电量的图片

我们将其归因于几个因素。首先,得益于北欧竞争激烈的电力市场结构,Google 得以在该地区签订多项风能购电协议。5 这些购电协议向电网输送了大量电力,每小时生产的电量经常超过我们芬兰数据中心的消耗。其次,芬兰电网拥有丰富的其他无碳能源,例如核能、水能和生物质能。

北卡罗来纳州 即便是在可获得可再生能源(如太阳能和风能)的地区,它们的波动性也意味着它们无法全天候供电。在只有很少无碳能源可以利用的地方,当光照和风力减弱时,就会出现问题。我们在北卡罗莱纳州勒努瓦的数据中心就是一个例子,我们与当地公共事业单位合作建立了一个公共事业太阳能采购项目,这是全国首批此类项目之一。因此,我们数据中心在白天的用电绝大部分都属无碳能源。但是,我们在夜间的能源消耗明显含碳量更高。总体而言,2017 年,该数据中心的每小时用电量中有 67% 为无碳能源。

2017 年 Google 北卡罗来纳州数据中心的每小时用电量

台湾 虽然我们的许多数据中心园区在实现每小时耗电量与无碳电力匹配方面取得了显著进展,但另一些园区还有改进的空间。我们在台湾彰化县的数据中心就是一个例子。尽管电网中包含一些无碳能源,例如核能、太阳能和风能,但仍以煤炭和天然气为主。从下面的热图可以明显看出,2017 年我们台湾数据中心的的每小时用电量中,只有不到 20% 属于当地无碳能源。

热图显示:2017 年 Google 台湾数据中心的每小时用电量中,只有不到 20% 属于当地无碳能源。

2018 年,我们签署了 Google 在亚洲的首份可再生能源交易合约,这也是台湾的首份此类企业购电协议。我们将在台湾台南市购买某个 10 兆瓦太阳能电池阵列(隶属于一个更大的太阳能发电厂)的发电量。这将在商业鱼塘中安装 4 万个太阳能电池板,最大限度地提高土地利用效率,并惠及当地水产养殖业。这将提高我们当地数据中心的无碳能源使用量。

未来之路 创造一个无碳的未来并非易事,但气候变化的紧迫性需要大胆的解决方案。除了衡量我们的进展之外,我们还确定了我们和世界其他地区必须采取的几项关键行动,包括在更多地区加倍购买可再生能源,从而实现全天候无碳能源供应。

这需要政策、技术和业务模式方面的创新。我们将需要政策和市场改革,以消除购买无碳能源的障碍,还需要新政策来认可无碳能源对社会的意义并根据不同能源的特性恰当定价。Google 将继续推动电力市场改革,为在世界各地推广无碳能源打开大门。

这是一项艰巨的任务,但我们迫切期待向前推进。

1 为确保 Google 成为将新清洁能源引入电网的驱动力,我们坚持所有项目都是“额外的”。这意味着,我们寻求从尚未建成的发电设施购买能源,这些设施将按照高于现有能源法规的标准来建设。

2 我们暂时将生物质能源视为无碳能源,因为尽管它在发电过程中释放出生物二氧化碳,但在某些情况下它是完全无碳的。近年来,科学家们对与生物质能和水力发电有关的温室气体排放提出了严重关切。在我们现有的框架中,我们将它们归类为无碳能源,因为如果负责任地加以管理,可以最大限度减少它们造成的影响。我们会持续监测它们在环境、社会和温室气体排放方面的发展。我们的目的是鼓励可持续和真正的无碳举措,并在我们的框架中适当地采用。

3 来自 Google 购电协议运营场所的无碳能源是在特定数据中心所在的电网运营地区产生的,但与此数据中心并不存在独占性的直接关系。产生的电力会无差别地混入整个供电系统,并输送给此地区的所有电力用户,包括 Google 数据中心。

4 在计算数据中心每小时与地区无碳能源的匹配情况时,我们首先计算 Google 的可再生能源购电协议。我们之所以这样做,是因为我们对此电力生产及其环境属性享有合同权利,而我们的购电协议直接促成此无碳能源进入电网。

5 2017 年,Google 在北欧地区的大部分可再生能源发电都是在瑞典,而不是在芬兰。虽然从技术上讲,芬兰和瑞典各自运营各自的电网,但它们同属于一个共享的竞争性电力市场 (Nord Pool),并且芬兰还直接从瑞典进口大量电力。因此,我们将在瑞典每小时的风力发电量与在芬兰的电力消耗相“匹配”。