导语
要点
- 国际能源署（IEA）和其他分析机构预测，要满足预计 75-125 GW 的新增电力需求，需要风能、太阳能、核能、地热和天然气发电资产的组合
- 风能和太阳能发电预计将为全球提供高达 50% 的新增必要容量，辅以电池系统来将太阳能和风能发电从高输出时段转移到低输出时段
2024 年至 2025 年，一个新趋势出现：许多大型数据中心建设方和运营商报告其 Scope 2（基于位置和市场的温室气体排放清单）有所增加，逆转了他们迈向净零承诺的努力。虽然这一转变并不表明对这些承诺的放弃，但它是数据中心扩张驱动的能源需求快速增长所不可避免的结果。
国际能源署（IEA）和其他分析机构预测，要满足预计 75-125 GW 的新增电力需求，需要风能、太阳能、核能、地热和天然气发电资产的组合。
- 风能和太阳能发电预计将为全球提供高达 50% 的新增必要容量，辅以电池系统来将太阳能和风能发电从高输出时段转移到低输出时段。
- 天然气发电将提供剩余容量中的很大一部分，因为它目前是唯一能够在满足预计需求所需时间线上部署的可靠发电类型。
- 大型和小型模块化核反应堆以及地热发电，提供可靠、可调度、无碳的发电能力；然而，开发和实施时间线预计将限制其在 2030 年代初或更晚之前的可用容量。
现场和并网的天然气发电将在许多规划中的数据中心园区中发挥重要作用，作为主要发电来源，同时也作为"补充"发电资产，在风能和太阳能输出较低的时期稳定电网。因此，数据中心运营商将面临一个选择：接入或部署配备碳捕集与封存（CCS）系统的发电资产，或者将设施级别的净零碳目标推迟到 2040 年及以后。
碳捕集技术仍不成熟；然而，涡轮机制造商正在提供集成了商业可用胺基溶剂 CCS 系统的天然气联合循环（NGCC）和简单循环涡轮机。几个建设和运营配备 CCS 的天然气发电系统的项目正在进行中。但该技术的使用将取决于与碳封存设施共址的能力，以及经济性。
人们普遍预计，随着碳抵消成本的增加，碳捕集将变得更具竞争力。虽然 CCS 预计将使电力成本增加 10-30%，但 Uptime Intelligence 估计，这一溢价很快将与运营商目前为达成基于市场的净零排放目标而应用的能源属性证书（EAC）和碳抵消的成本相当。
碳捕集技术
碳捕集已不再是新技术，但由于获取碳封存容量的困难以及额外的资本和运营成本，其应用一直非常有限。然而，天然气发电在支撑规划中的数据中心建设中的关键作用，加上需要对数据中心能源供应进行脱碳以履行温室气体减排承诺，可能要求更大规模的部署。
目前有六种不同的碳捕集技术可用。其中，只有胺基溶剂系统目前在商业上可用。其余五种中，固体吸附剂和冷冻氨技术看起来最有前景，因为它们最容易与 NGCC 系统集成、能源消耗更低、每吨捕集和每 MWh 发电的成本更低，且在开发过程中走得更远。然而，所有五种非商业技术都需要至少五年的试点和示范项目来验证其技术和经济可行性。
胺基 CCS 系统
胺基 CCS 系统已安装在 CO2 烟气浓度达到 15% 或以上的设施中，例如燃煤发电资产以及化肥和化学品制造厂。虽然它们尚未在天然气发电资产上进行商业规模部署，但其应用在技术上是可行的。使用天然气涡轮机（CO2 烟气浓度为 4-7%）的试点和示范项目已表明，CO2 可以达到高达 90% 的捕集效率。
目前有六种类型的胺基碳捕集系统可用。这些系统在每吨 CO2 捕集成本和每 MWh 发电成本上有所不同。尽管如此，碳捕集系统的溢价可能在电力成本的 10-40% 之间，具体取决于燃料价格、烟气中的 CO2 浓度以及 CCS 运行和捕集介质再生所消耗能源的类型和来源。
英国蒂赛德正在建设的一座 860 MW 天然气联合循环电站（配备 GE Vernova 提供的集成胺基 CCS 系统），将是首个在发电资产上大规模部署 CCS 的项目。该设施与北海碳封存设施共址。预计将于 2026 年投入运行，每年捕集 200 万吨 CO2。
CCS 的机遇与挑战
超大规模云服务商的近期公告表明，NGCC/CCS 系统的活动正在增加。Google 已与伊利诺伊州一座 400 MW 集成天然气热电联产和 CCS 电站签订了购电协议。Microsoft 公开表示，在经济可行的情况下，愿意采购配备 CCS 的天然气发电厂电力。
能源开发商和涡轮发电机制造商也正在进入市场，重点关注数据中心运营商。ExxonMobil/NextEra 和 Chevron 参与开发和推广配备自备 NGCC/CCS 发电的数据中心园区。GE Vernova 和 Engine No. 1 共同开发并推广一种集成天然气涡轮机/CCS 方案，供数据中心自备使用。
CCS 系统在连续运行的天然气发电资产上表现最佳；因此，它们不适合备用发电。它们适用于自备或并网发电资产。
建设一个集成 NGCC/CCS 系统可能比建设独立 NGCC 系统多花两年时间。考虑到安装新发电容量以支持规划中数据中心建设的紧迫性，碳捕集系统可能会在 NGCC 系统投入运行后两到三年才投入使用，从而改善整体能源交付时间线。
碳运输与封存
碳捕集项目的可行性取决于能否获得可接入、经许可且能够封存碳的地质构造。因此，运营商需要将数据中心选址在具有碳封存设施的电网区域——例如德克萨斯州、北海、巴西 Santos 盐下油田、澳大利亚 Gorgon、中国齐鲁-胜利油田——或者与碳封存设施或管道共址，以获得低碳天然气发电。这一限制将排除对现有发电容量进行 CCS 改造的可能性，并要求运营者与具有 CCS 专业知识的能源开发商合作建设新发电项目。
CO2 可以储存在四种不同类型的地质构造中：
- 油气藏：枯竭的油气藏可以储存 CO2。在某些情况下，注入 CO2 还具有提高采油率的附加益处。油田注入和储存 CO2 已有 30 多年的历史。
- 深层咸水层：这些多孔岩层在世界许多地区都有发现，预计能够封存数千亿吨 CO2。合适的岩层必须位于地表以下至少 800 米，并由页岩等不透水的盖层覆盖。
- 煤层：过于深或薄、无法经济开采的煤层可能具有 CO2 封存潜力。
- 玄武岩层和页岩盆地：CO2 可以在玄武岩和页岩构造中被捕获。在玄武岩层中，CO2 已被证明会随时间推移而矿化。冰岛的一个玄武岩层正在开展一个小型示范项目；然而，这两种类型的岩层都尚未被用于商业化的高容量碳封存。
CO2 运输和注入/监测过程每吨储存的 CO2 增加 10-30 美元，每 MWh 增加 5-15 美元。这些因素已包含在每吨捕集的 CO2 成本值中。
数据中心运营商支付的电力价格差异很大，但 Uptime Intelligence 估计，CCS 系统（包括发电/碳捕集与封存）将使电力成本在每 MWh 70 美元时增加 15-40%，在每 MWh 140 美元时增加 10-25%。一个消息来源估计 CCS 系统的溢价为每 MWh 25-50 美元。由于大多数系统仍处于研发、试点和示范阶段，碳捕集的最终成本仍然高度不确定。预计随着早期全规模系统经验的积累，成本将会下降。
NGCC/CCS 系统的电力成本与其他基荷技术相比具有竞争力。虽然风能和太阳能发电的成本可能低得多，但需要额外投资电池和/或基荷或调峰电源来为电网提供可靠电力，这使得每 MWh 的成本上升到与 NGCC/CCS 发电相当的范围。电力成本将因地区和时间的燃料价格、融资和资本成本以及许可过程的复杂性和持续时间而有所不同。
净零目标需要碳捕集
许多数据中心运营商已为其业务设定了净零 CO2e 排放目标。考虑到数据中心建设规划的电力需求，天然气发电资产将是行业电力供应战略的关键组成部分。运营商需要从 NGCC/CCS 发电设施采购电力，以实现设施层面的净零目标。
以约 10-20% 的能源价格溢价，NGCC/CCS 系统提供了虚拟购电协议（VPPA）及其相关能源属性证书（EAC），以及林业、土壤和直接空气捕集项目的可行替代方案。基于 VPPA 的 EAC 成本往往不透明，因为它取决于 VPPA 电力成本和发电区域的平均现货市场价格。因此，EAC 的成本可能反映能源购买合同的亏损或盈利。相比之下，土壤和林业碳抵消目前每吨碳成本为 10-50 美元，直接空气捕集抵消成本为每吨 600-1000 美元。在发电源头捕集碳，从成本管理和公共关系角度都提供了可行的策略。
为了展示对其净零计划的承诺，运营商需要与能源开发商和涡轮机制造商合作，将配备 CCS 的天然气发电作为其数据中心建设计划的一部分。考虑到 EAC 和碳抵消市场的经济现实，这些系统在财务上可能具有吸引力，同时直接减少与其数据中心设施运营相关的 CO2 排放。
Uptime 观点
全球数据中心规模的快速扩张以及相关的电力需求增长，将需要部署数千兆瓦的天然气发电。如果没有碳捕集，这些发电系统的部署和使用将显著增加设施级别的 Scope 1 和 Scope 2 排放，将运营商的净零承诺推迟到 2040 年或更晚。
在运营商能够从 NGCC/CCS 资产采购电力的地方，他们应该能够以与其他无碳能源替代方案具有竞争力的价格获得低碳电力。由于封存容量的不可获得性，这一选项在许多市场将不可行，因此运营商需要在封存可用的市场与专门从事 NGCC/CCS 系统的能源开发商建立合作伙伴关系。然而，真正重视净零承诺的运营商将需要支持 CCS 技术的发展，将接入这些系统纳入选址过程，并在符合业务和可持续发展目标的范围内采购这些系统产生的低碳能源。