碳足迹报告方法

本页介绍了碳足迹提供的针对特定客户的温室气体总排放报告背后的背景、简要方法和技术详情。我们预计会持续对数据源和方法进行小幅更新,并将在版本说明中列出。

碳足迹报告简介

为帮助客户以尽可能少的碳足迹开展业务,Google Cloud 提供了碳足迹。它可让每个客户了解从 Google Cloud 购买的产品对气候的影响,以便客户可以报告并采取行动来减少这些影响。

Google Cloud 客户通常在多个区域使用各种 Google Cloud 产品组合,这使得跟踪其工作负载的碳足迹变得非常复杂。为了向客户提供专门针对其特定碳足迹的报告,Google 会查看支持其内部服务的计算基础架构产生的碳排放总量。Google 会将这些总排放量分摊到每种 Google Cloud 产品,并根据客户对这些 Google Cloud 产品的使用情况将这些排放量分配给客户。

碳足迹报告提供的 Google Cloud 特定于客户的温室气体总排放数据未经过第三方验证或保证。我们的方法或数据源的任何更新都可能会导致我们的计算方式发生重大变更,并且可能导致碳足迹报告提供的当前和之前特定于 Google Cloud 客户的温室气体排放总量数据发生变化。

方法背后

碳足迹报告是根据广泛认可的温室气体协议碳报告和核算标准 (GHGP) 准备的,这些标准为排放报告提供了详细的指导。

当 Google Cloud 根据使用情况将其总排放量(包括 Google Cloud 的范围 1、2 和 3)分配给所有客户时,客户可以将按比例分配的 Google Cloud 排放数据作为范围 3 排放量(与价值链相关的间接排放量)整合到他们自己的报告中。

分摊和报告流程

碳足迹使用 GHGP 的基于位置的报告方法为其主要报告和信息中心。这意味着,这些足迹表示给定位置使用所有发电来源产生的“总排放量”。按位置计算的碳足迹考虑 Google 的可再生能源购买协议或其他无碳电力合同。因此,在不使用 Google 的无碳电力购买的情况下,碳足迹可帮助客户了解其 Google Cloud 产品选择和使用模式如何影响温室气体排放。

即将推出:碳足迹还将提供基于市场的碳足迹选项。此计算根据 GHGP 基于市场的方法和规则,将 Google 的无碳电力购买归因于相应的数据中心。如果 Google Cloud 客户希望为自己的产品和服务编译范围 3 年度排放清单,那么按市场统计的排放量可能最为有用。

碳足迹从下到上构建其计算,主要依赖于 Google 数据中心内的机器级电源和活动监控。这样,我们就可以将总排放量分配给直接使用这些机器或做出机器购买决策的内部服务。这种精细化程度最终使我们能够根据客户的具体使用情况将总排放量分配给客户。

碳足迹使用每小时的温室气体排放系数来计算按位置统计的排放量。这是因为向电网供电的发电机在不断变化;每小时的温室气体排放系数将每小时的发电来源组合考虑在内。当与每小时的电力负载数据匹配时,这种计算方法可以生成一个排放量,该数据对电网供电需求与供电所调用资源之间的关系敏感。

使用机器级数据和每小时排放系数是一种新方法,因此这些总排放报告尚未经过第三方验证或保证。虽然 Google 每年都会从经认可的独立审核机构处为 Google 的自上而下操作获取第三方保证,但生成这些客户报告所需的数据流和流程尚未经过类似的验证或保证。然而,第三方对我们根据温室气体协议计算 Google Cloud 产品产生的温室气体排放量并将其分配给各个客户的方法进行了详细审核,以便批评和改进我们的工作。我们期待随着这项工作日趋成熟,不断改进。

边界

碳足迹报告包含因以下活动产生的排放量:

  • 范围 1
    • 化石燃料在现场燃烧,例如使用柴油作为备用电力,使用天然气供暖,以及车队车辆使用的燃料。
  • 范围 2
    • Google Cloud 产品的用电量,包括 Google 自有的计算和网络设备以及制冷和照明等辅助电力服务产生的用电量,无论是在 Google 自有的数据中心内,还是在他人拥有的设施内(按位置和按市场计算)。
  • 范围 3
    • 数据中心设备在上游生命周期(嵌入式)排放量。
    • 数据中心建筑物的上游生命周期(嵌入式)排放量。
    • 与在 Google 数据中心工作的员工相关的出差和通勤信息。

碳足迹报告排除了以下活动产生的排放量:

  • 产生随后在传输和配电过程中损失的电力。
  • 提取和运输用于发电网供电的燃料,以及与发电设施和设备相关的生命周期排放量。
  • HVAC 系统冷却剂排放的流动排放物。
  • 互联网服务提供商合作伙伴部署的小型设备产生的排放量。
  • 部署在数据中心外部的 Google 网络设备的排放量。
  • 数据中心设备和建筑物的下游终止排放量。

尽管相对于报告的排放量而言,上述前两个排除项可能属于实质性排放量。我们估计,其余四个排除项对 Google Cloud 客户报告来说无关紧要。

调研方法

系统会自动计算特定于 Google Cloud 客户的碳足迹报告(简称“碳足迹报告”)。本部分介绍 Google Cloud 如何进行这些计算。

主要概念

  • Google Cloud 是一个共享计算平台。它的计算资源(处理能力、内存、存储空间、网络等)会在 Google Cloud 客户之间共享。
  • Google 的组织结构是称为内部服务的功能单元。内部服务是在 Google 数据中心机器上运行的特定软件功能。Google Cloud 产品使用内部服务,并用作面向客户的产品单元 (SKU)

  • 电力是 Google Cloud 最大的温室气体排放源之一。数据中心会将计算资源整合到共享建筑物中。这些建筑会消耗电力来运行计算设备,并消耗额外的电力来满足照明、制冷、电力系统和其他辅助需求。

  • 电力是由世界各地的各种发电厂提供的,这些发电厂采用不同的电网运行。发电产生的温室气体因发电燃料(例如天然气、煤炭、风能、太阳、水)等因素而异。每个网格的世代来源各不相同,并且在一天当中,这些来源会有所不同。

  • 将 Google Cloud 的用电情况及其产生的碳足迹总量分离到特定的产品和客户,构成了一个技术难题。由于为满足客户的计算需求而调用共享资源层,因此确定客户占用空间非常复杂。通过开发新的分配方法和假设(详见下文),使 Google Cloud 能够提供适当且具有代表性的客户分布情况报告,这些报告可以反映每个客户的云计算使用情况和产品选择。

计算摘要

碳足迹首先根据计算用量和数据中心资源需求来计算能源使用量。然后,碳足迹会计算电力使用产生的按位置统计的碳排放量,并将这些排放量分配给客户以及每个客户购买的产品。然后,根据非电力来源的按比例分配排放量,每位客户和产品产生的电力碳排放量会增加。
“基于市场的电力足迹”方案会将 Google 购买的清洁电力与相关数据中心负载进行匹配,从而确定 Google 购买清洁能源的任何地方按地区市场的电力排放系数。在基于市场的排放报告中,基于市场的排放系数取代了基于位置的排放系数。

内部服务的能源使用和能源分配

为了将机器的总能耗分摊到内部服务,Google 会根据机器处于空闲状态时的能耗(“空闲电量”),单独评估运行工作负载时的能耗(“动态电源”)。系统会根据每台机器的相对内部服务 CPU 使用率,将每台机器的每小时动态电源分配给其支持的内部服务。系统根据每项内部服务在数据中心内的资源分配(CPU、RAM、SDD、HDD)分配机器空闲电源。

日常能源使用(如电力系统、制冷和照明)根据机器在该小时的总能耗情况,每小时分配给每台机器及其用户。

Google 的共享基础架构服务会跟踪调用它们的其他内部服务的使用情况。这样,系统就可以根据共享基础架构服务的相对使用情况,将共享基础架构服务的能耗重新分配给这些内部服务。对于某些没有足够使用情况数据的内部服务,Google 会根据内部费用来重新分配共享基础架构的能耗。

当这些计算和分配完成后,我们会为每个数据中心内的每项内部服务分配每小时的用电量。

温室气体排放

Google 会每小时计算按位置统计的温室气体排放量,方法是将特定地点的能源使用量乘以电网电力碳排放强度系数。计算方法是以千克二氧化碳当量 (kgCO2e) 为单位,这是全球温室气体排放报告标准。

纳入到“碳足迹”报告中的每小时电网碳排放强度数据仅包含与发电相关的排放量,不包括其他生命周期阶段。 排放系数数据由电力地图提供。如果电力地图数据不可用,Google 会使用由国际能源署 (International Energy Agency) 发布的针对特定国家/地区的年度平均碳强度系数。

为了计算排放量,Google 会用每个地点每项内部服务的每小时能耗乘以相应时段和地点对应的碳排放强度系数,得出内部服务每小时和地点基于位置时的电力碳足迹。

SKU 的电力足迹分配

每款 Google Cloud 产品都作为面向客户的产品单元使用,由其唯一的 SKU 来标识。Google 将每个 SKU 链接到提供它的内部服务(该服务通常与等效的 Google Cloud 产品具有一对一的对应关系)。并非所有 Google Cloud 产品都在“碳足迹”报告涵盖范围内,因为这种映射并非始终可行。SKU 用量是将每个 Google Cloud 产品的总电力碳足迹分配给其客户的主要方式。

Google 首先会量化每个 SKU 的总足迹。内部服务的碳足迹按照其用量(购买数量)和定价(均以美元)按比例划分,划分为各个 SKU 的碳足迹,同时还计算了部署内部服务的每个地点的不同碳强度。这种分配法求解为一系列满足以下原则的方程式:

  • 在同一位置部署的给定内部服务的 SKU 的碳足迹总量与其定价成正比
  • 在多个位置部署的特定内部服务的特定 SKU 在每个位置具有不同的碳足迹,与每个位置的电网碳强度成正比
  • 每项内部服务中所有 SKU 的碳足迹总量等于内部服务的总碳足迹,再加上一些未计入上述内部服务分配的特定活动的开销。 所有 SKU 的碳足迹汇总,等于 Google Cloud 按位置统计的电力碳足迹总量。

客户的电力足迹分配

求解这些方程可得出部署了 SKU 的每个区域中每个 SKU 的总碳足迹总量。根据位置计算电力的最后一步是将 SKU 区域碳足迹分配给特定客户,并汇总为有意义的单位(产品、项目、区域)。下面简要介绍了此流程:

  1. 首先,用每个 SKU 的碳足迹除以给定区域 SKU 总用量(用量指标),以确定该区域每个 SKU 的每次使用碳强度系数。
  2. 然后,将每个客户在每个区域中每个 SKU 的用量乘以相应的 SKU 碳强度系数。这样就可以按 SKU、区域和客户计算资源用量。
  3. 然后,客户 SKU 总足迹会汇总到特定于客户的 Google Cloud 产品足迹中,以提高所报告的碳排放量的置信度。
  4. 最后,系统会按月汇总数据,以最大限度地减少每日波动。生成的报告包含按客户划分的特定位置的电力碳足迹(每月总计),以及每个 Google Cloud 产品、每个客户定义的项目和每个区域的细分数据。

请注意,系统会执行验证以确保所有客户电力碳足迹的汇总等于 Google Cloud 基于位置的电力碳足迹总量。

电力产生的温室气体排放:按市场统计的排放量

按市场计算的电力足迹是按照 GHGP 规则将 Google 的清洁电力与相关数据中心负载进行匹配的。GHGP 范围 2 指南将购买清洁能源的零排放声明限制为生成清洁能源,然后在合理时间范围内在同一地理区域内使用。

Google 每年计算一次按市场统计的排放量,会考虑清洁电力合同设施的实际发电量和每个站点消耗的电力。该计算方式会在我们的排放报告流程中由第三方进行验证。

在我们购买清洁电力的每个区域,都会按市场计算 Google 数据中心的年度排放总量。按地区计算的电力排放量根据该区域上一年按市场统计的年度电力排放量与按地点统计的年度电力排放量的比率进行了缩减。将此调整系数乘以在相应区域基于地理位置的精细排放量计算结果,即可生成按客户/产品细分的每月排放量报告。

基于市场的调整系数每年更新一次,因为它依赖的是 Google 的整体排放量计算结果。因此,基于市场的排放报告并不提供 Google 在任何给定时间的购电和可再生能源的动态视图,而是反映了我们上一年的可再生能源活动。

在 Google 尚未签订清洁电力合约的区域,按位置统计的碳排放量与按市场统计的碳排放量完全相同。

非电力排放源

虽然 Google Cloud 的碳排放量主要来自发电产生的排放量,但其他排放源的碳排放量也占总排放量的比例。

碳足迹使用来自 Google 全公司测量系统的非电力来源的数据流。因此,非电力来源的排放量在计算并将其添加到 Google Cloud 足迹时,其动态和精细程度低于电力排放量:虽然我们是按小时计算用电及其按位置统计的碳足迹,但其他来源的排放量是按月或按年确定的,无法提供任何具体的地理分布情况。请注意,我们并未保证 Google 的整个公司范围内数据中心设备和数据中心设施排放量的数据。

为了将公司范围内非电力来源的排放量分配到碳足迹报告中针对具体客户的细分,我们建立了一个分配系数,即客户的 Google Cloud 用电量与 Google Cloud 总用电量的比率,然后将该系数乘以每种来源的全球 Google Cloud 排放量,具体确定方式如下。

  • 数据中心设备的嵌入式排放量:此排放源包括提取、优化材料并将其运输到设备制造地点所需的活动,以及与制造流程相关的排放量。通过生命周期分析,Google 已为数据中心设备确定了各条嵌入式排放碳足迹。然后,我们会在 4 年期限内分摊此碳足迹(选择符合我们的财务会计标准,但我们发现我们的设备在实践中的使用寿命明显更长),因此会对每台设备造成年度排放负担。

    Google 数据中心内的机器总数和所有设备的排放总和每月都会更新,具体方法为添加新机器并在 4 年后丢弃这些机器。

  • 数据中心设施的嵌入式排放量:此排放源包括提取、优化材料并将其运输到数据中心施工地点所需的活动,以及与建设本身相关的排放量,包括冷却系统和电力系统等现场基础设施。通过生命周期分析,Google 已经确定了数据中心建设碳排放量,然后根据新增数据中心的规模(数据容量)相应增加或减少。然后,我们会在 20 年期限内分摊这一调整后的碳足迹(选择符合我们的财务会计标准)。

    Google 每月都会将新可用的建筑容量添加到其正在运行的嵌入式设施排放量的计算中。

  • 现场燃烧化石燃料:此排放源包括数据中心在现场使用的所有燃料,例如用于备用电力、水和空间供暖以及运输(舰队车辆)的燃料。Google 每年都会收集所有相关记录,对数据中心燃料的总用量进行求和,并在年度排放报告流程中计算产生的碳足迹。

    为计算碳足迹,数据中心燃料排放总量每年更新一次。

  • 数据中心员工通勤和出差:此排放源包括与在 Google 数据中心工作的员工相关的旅行和通勤。Google 每年都会收集员工通勤方式的出行记录和预估数据,每次都会根据相应活动产生全球的排放总量。然后,将数据中心员工数量与 Google 员工总数之比,得出数据中心员工总排放量,从而得出数据中心员工总排放量。

    为计算碳足迹,数据中心的通勤和出行总排放量每年都会更新。

技术详情

用电

本部分介绍了 Google 自下而上的能耗计算方法。

首先,每台机器都在运行一个或多个内部服务的工作负载。Google 每小时会使用每台机器记录一次内部服务。 同样,Google 也会按小时记录每个机器的用电量。

机器的耗电量包括执行工作负载所用的电量(动态功耗)和机器处于空闲状态时的耗电量(空闲电量)。您可以通过两种不同的方法将这些机器级功耗分配到内部服务等级:

  • 每台机器的每小时动态功率会分配给在该小时内支持的内部服务。当工作负载运行时,导致能耗的主要资源是 CPU 使用率。Google 会按机器和内部服务工作负载监控其数据中心内的 CPU 使用情况。如果一个内部服务正在使用机器,它会将机器的动态能耗分配给该内部服务。如果一台机器支持多项内部服务,Google 会根据机器上运行的每项内部服务的 CPU 使用率来分配动态能耗。
  • 系统会根据数据中心内每个内部服务的资源分配情况将空闲能耗分配给 Google 内部服务。机器处于空闲状态的一个重要驱动因素是,希望能够“准备好”计算资源(CPU、RAM、HDD、SDD),以便在没有延迟或中断的情况下执行不确定但可能较大的工作负载。空闲电量根据已购买的计算资源的级别进行分配,无论内部服务是否正在使用这些资源。这种分配方式会导致每个数据中心位置每项内部服务都有空闲的电源分配。

然后,系统会将数据中心电力开销负载(电力系统、制冷、灯具)分配给数据中心内的每台机器。Google 会在建筑物层面测量此负载,并使用经过验证的算法作为 Google 的能耗效果监控系统的一部分,在子建筑物层面进行更精确的估算。子建筑物估算会按照已完成的动态和空闲配电比例在子建筑物部门部署的机器中分配。

接下来,共享基础架构服务软件层根据更高级别内部服务使用这些基础架构服务的使用情况来分配共享基础架构服务软件层所需的电量。共享基础架构服务的开销负载包含在其分配中。这些分配保持在内部服务(而非机器)级层。

对于没有足够使用情况数据的内部服务,Google 会在内部服务之间使用后付费费用来重新分配共享基础架构的能耗。例如,Artifact Registry 使用 Cloud Storage。因此,重新分配给 Artifact Registry 的 Cloud Storage 能源使用量的比例是 Artifact Registry 的 Cloud Storage 服务费用除以 Cloud Storage 总费用。某些内部服务对收入没有影响。如果内部服务对收入中立或对收入有积极影响,则其所有能耗都将重新分配给使用该服务的其他内部服务。

温室气体排放

本部分介绍了电力地图的计算方法。

电网碳排放系数从平衡机构的发电数据开始。这些数据提供了当日能源组合,即电网上不同发电厂的相对发电量。然后,Electricity Maps 添加了互连电网之间的实时电力进出口。

最后,电力地图使用政府间气候变化专门委员会 (IPCC) (2014) 计算每种发电来源(例如煤炭、天然气、水力发电等)的发电排放系数,计算体积加权每小时每兆瓦时电能的排放量。您可以在此处查看电力地图的碳强度因素。

请注意,Electricity Maps 不提供所有 Google Cloud 位置的数据,亚洲地区的数据缺口尤为明显。如果没有此类数据,Google 会使用由国际能源署发布的针对特定国家/地区的年度平均碳强度系数。

Google 会将相关的碳排放强度系数映射到其每个 Cloud 位置。然后,我们会用每个地点每项内部服务的每小时能耗乘以相应地点的相应碳排放强度系数,确定该内部服务每小时和地点基于地点的碳足迹。系统会每 24 小时计算一次内部服务的占用量,从而为相应内部服务在每个位置创建每日配额。系统会每天将这些基于位置的碳足迹汇总为每个 Google Cloud 区域的内部服务配额,以及全球总计。

分配至 SKU 和客户

每项内部服务按位置计算的排放量都会按比例分配到可供客户购买的 Google Cloud 产品单位 (SKU),然后再根据 SKU 位置汇总到 Google Cloud 产品,以用于生成客户报告。

每个 Google Cloud 产品都包含一个或多个面向客户的单元,这些单元可供购买,并通过唯一 SKU 进行标识(请参阅所有 Google Cloud SKU)。例如,Cloud Storage 是一项服务,Cloud Storage“Standard Storage Finland”“Nearline Storage Finland”“Coldline Storage Finland”和“Archive Storage Finland”是代表芬兰 Cloud Storage 服务的不同存储类别的 SKU(请参阅所有 Cloud Storage SKU)。

Google Cloud 使用“已购买的 SKU”作为主要方式,在 Google Cloud 客户之间分配每个 Google Cloud 产品基于位置的总碳足迹。值得注意的是,大多数 Google Cloud SKU 都是容量的。例如,某些存储 SKU 按 TB 计费和购买。客户购买任何指定产品的量(我们称之为“SKU 使用量”)是影响数据中心义务和负载的重要因素。