宋天琦

上海航天能源股份有限公司

結(jié)合天然氣分布式能源站的應(yīng)用解讀數(shù)據(jù)中心評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

宋天琦

上海航天能源股份有限公司

本文通過(guò)對(duì)目前國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心評(píng)級(jí)使用的兩套主流標(biāo)準(zhǔn)體系的最新版進(jìn)行分析梳理，重點(diǎn)研究討論其中關(guān)于供電系統(tǒng)和供冷系統(tǒng)配置的要求，以期結(jié)合天然氣分布式能源站的自身特點(diǎn)，從比能源站自身更宏觀的角度，解讀將天然氣分布式能源站應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心時(shí)不可忽視的設(shè)計(jì)要求。為天然氣分布式能源站在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用尋找更佳的解決方案助力。

天然氣分布式、數(shù)據(jù)中心、評(píng)級(jí)、標(biāo)準(zhǔn)體系

科技發(fā)展使數(shù)據(jù)中心正成為一種越來(lái)越具發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。同時(shí)，廣泛作為高能耗型建筑，其供能系統(tǒng)與新興天然氣分布式能源站應(yīng)用的結(jié)合也引來(lái)了廣泛的關(guān)注。然而，數(shù)據(jù)中心對(duì)高可靠性和高可用性的追求及其對(duì)評(píng)級(jí)的需求，難免使最終設(shè)計(jì)引入天然氣分布式能源站的供能系統(tǒng)方案略顯臃腫。為使此類方案得以進(jìn)一步優(yōu)化和合理精簡(jiǎn)，本文結(jié)合天然氣分布式能源技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)中心主流評(píng)級(jí)體系進(jìn)行分析研究與歸納，以促進(jìn)此類方案的優(yōu)化。

1 數(shù)據(jù)中心評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)體系概述

當(dāng)今世界已有多家機(jī)構(gòu)發(fā)布了數(shù)據(jù)中心的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)體系，如TUI、ASHRAE、TGG、AFCOM、TIA、ISO、BICSI、EN等。但目前我國(guó)國(guó)內(nèi)參考較多且較為認(rèn)可的主要有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：ANSI/TIA-942-B和GB50174，且均于今年推出了新版本。本文將就這兩套數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的最新 版，ANSI/TIA-942-B-2017和 GB50174-2017，進(jìn)行分析研究。

ANSI/TIA-942-B-2017是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)推出的一套數(shù)據(jù)中心標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，引用了Uptime Institute的四個(gè)級(jí)別：Tier I、Tier II 、Tier III 、Tier IV ，級(jí)別要求從I到IV依次升高。GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》則是我國(guó)國(guó)標(biāo)GB50174-2008《電子計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》的升級(jí)版，其中列出數(shù)據(jù)中心的三個(gè)級(jí)別C、B、A，級(jí)別要求從C到A依次升高。

鑒于評(píng)級(jí)對(duì)于數(shù)據(jù)中心商業(yè)價(jià)值的巨大影響，若要對(duì)數(shù)據(jù)中心的供能系統(tǒng)進(jìn)行改變創(chuàng)新，不僅需要探討改變的技術(shù)可行性，還要顧及主流數(shù)據(jù)中心評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)各級(jí)數(shù)據(jù)中心的要求。

2 天然氣分布式能源與數(shù)據(jù)中心供能系統(tǒng)的契合度分析

數(shù)據(jù)中心的能耗主體為其IT設(shè)備，其電負(fù)荷和冷負(fù)荷比例接近1。用于數(shù)據(jù)中心的天然氣分布式能源站通常也能實(shí)現(xiàn)約44%左右的發(fā)電效率和約46%左右的余熱利用效率，當(dāng)采用COP在1左右的溴化鋰吸收式制冷機(jī)組時(shí)，其供電供冷比例也接近于1，二者供電供冷比例相當(dāng)?？杀ＷC能源利用的充分性和穩(wěn)定性。

另一方面，數(shù)據(jù)中心對(duì)可用性高標(biāo)準(zhǔn)的追求，也使得實(shí)現(xiàn)能源站優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性的超長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行條件成為可能。

3 數(shù)據(jù)中心評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)體系研究分析

天然氣分布式能源融入數(shù)據(jù)中心供能系統(tǒng)，主要是影響到其供電系統(tǒng)、供冷系統(tǒng)。因此，雖然數(shù)據(jù)中心的評(píng)級(jí)內(nèi)容涉及各個(gè)專業(yè)，本文僅對(duì)其中與供電、供冷系統(tǒng)關(guān)聯(lián)較大的內(nèi)容進(jìn)行分析研究。

如果主電網(wǎng)十分可靠,或數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)敏感性要求較低、不嚴(yán)格要求數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可讀取性，則數(shù)據(jù)中心設(shè)施的有效性百分比將降低,它們會(huì)被歸類為Tier I、Tier II或GB-C級(jí)。但當(dāng)前趨勢(shì)下，新建數(shù)據(jù)中心的級(jí)別趨向更高級(jí)別發(fā)展。因此本文的討論也側(cè)重于Tier III、Tier IV以及GB-B、GB-A級(jí)。

3.1 供電系統(tǒng)相關(guān)要求

常規(guī)數(shù)據(jù)中心的供能系統(tǒng)能量輸入，幾乎全部依靠電力。只有一些數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)引入一些自然冷卻技術(shù)，然而其設(shè)備的自耗能源仍多以電能為主。典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)由中壓配電、變壓器、低壓配電、不間斷電源、末端配電以及發(fā)電機(jī)組等設(shè)備組成。不間斷電源的作用主要是應(yīng)對(duì)市電中斷、發(fā)電機(jī)啟動(dòng)前的能量供應(yīng)，確保用電負(fù)載的持續(xù)供電。發(fā)電機(jī)組的主要作用則是市電中斷時(shí)立即啟動(dòng)為負(fù)載提供持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。數(shù)據(jù)中心在獲取市電、配UPS同時(shí)，會(huì)為一些電源要求較高的用戶配置柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，以保證供電系統(tǒng)的可靠性和可用性。

數(shù)據(jù)中心所擁有的提供持續(xù)電源和應(yīng)急電源的設(shè)備數(shù)量以及這些環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方案是決定它們屬于哪一等級(jí)的重要因素。結(jié)合數(shù)據(jù)中心典型供電系統(tǒng)模型和標(biāo)準(zhǔn)中的各級(jí)要求，分析整理結(jié)果見(jiàn)表1。

新建設(shè)的數(shù)據(jù)中心通常都會(huì)達(dá)到Tier IV、Tier III級(jí)別或GB-A、GB-B級(jí)別。由表1可見(jiàn)，在這種級(jí)別要求下，數(shù)據(jù)中心需采用雙路市電（自同一或不同變壓器），同時(shí)配置1到2組備用持續(xù)電源。傳統(tǒng)配置中，備用持續(xù)電源均采用柴油發(fā)電機(jī)組。當(dāng)引入天然氣分布式能源站時(shí)，首先是改變了其持續(xù)電源的配置狀況。

應(yīng)急備用電源UPS部分的配置，則受天然氣分布式能源站引入的影響相對(duì)間接。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其的具體要求參見(jiàn)表2?？筛鶕?jù)不同等級(jí)的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)對(duì)該部分的可用性和可靠性規(guī)劃選擇不同的供配電系統(tǒng)UPS方案。

此外，與供電系統(tǒng)相關(guān)的還有對(duì)數(shù)據(jù)中心主要終端用電設(shè)備（如IT設(shè)備、電制冷機(jī)等）采用單源型或雙源型的要求。GB50174-2017 中沒(méi)有就此明確列出，但ANSI/TIA-942-B-2017對(duì)此進(jìn)行了具體說(shuō)明，參見(jiàn)表3。

3.2 供冷系統(tǒng)相關(guān)要求

就數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)而言，雖然蒸發(fā)冷卻和液體冷卻技術(shù)在加速發(fā)展，但當(dāng)前，以水為載

冷劑帶自然冷卻的冷凍水機(jī)組的應(yīng)用還是大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的主要選擇。它具有集中冷源、能耗較低、技術(shù)成熟穩(wěn)定等特點(diǎn)，應(yīng)用深入人心。冷凍水供冷系統(tǒng)，使數(shù)據(jù)中心的供冷系統(tǒng)與天然氣分布式能源的余熱制冷融合成為可能。

T i e r I T i e r I I T i e r I I I T i e r I V單路供電 單路供電 雙路供電，允許同一變電站，允許自備電源雙路供電，來(lái)自不同變電站的主路，允許自備電源單機(jī)配置可不配柴發(fā) 串聯(lián)冗余 并聯(lián)冗余（N+1） 分布式冗余 2 N或2（N+1）雙系統(tǒng)冗余G B-C G B-B G B-A單路電源兩回線路供電雙重電源供電，無(wú)需備用電源雙重電源供電，供電網(wǎng)絡(luò)中獨(dú)立于正常電源的專用饋電線路可做備用電源僅滿足基本配置 冗余（2路市電） 冗余（1路市電一路柴發(fā)） 冗余加同時(shí)維護(hù) 兩路市電，柴發(fā)N+1

表2 不同等級(jí)數(shù)據(jù)中心對(duì)UPS系統(tǒng)的要求

表3 不同等級(jí)數(shù)據(jù)中心對(duì)制冷設(shè)備的電氣功能要求

總結(jié)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)數(shù)據(jù)中心的供冷系統(tǒng)及其設(shè)備配置的要求，可以歸納出大型數(shù)據(jù)中心的供冷系統(tǒng)主要設(shè)備（如冷水機(jī)組、泵等）的配置數(shù)量只要達(dá)到N+1臺(tái)即可。對(duì)于Tier IV和GB-A級(jí)別的大中型數(shù)據(jù)中心，應(yīng)采用雙供雙回。此外，常規(guī)采用的電冷機(jī)具有雙路供電接口，推及天然氣分布式能源的溴化鋰余熱制冷機(jī)組也宜設(shè)計(jì)雙路熱源管路匯入機(jī)組入口（見(jiàn)表4）。

表4 不同等級(jí)數(shù)據(jù)中心對(duì)制冷系統(tǒng)的功能要求

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有的引入天然氣分布式能源站的數(shù)據(jù)中心供能系統(tǒng)實(shí)例，其除去分布式能源站后的部分與未引入分布式能源站之前并無(wú)區(qū)別，均存在優(yōu)化和精簡(jiǎn)的空間。望本文結(jié)合天然氣分布式能源站應(yīng)用的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的歸納解讀可給今后數(shù)據(jù)中心帶有天然氣分布式能源站的供能系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)提供一些新的思路和便利。

“綠色技術(shù)銀行”在上海宣告成立

日前，《聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新高級(jí)別研討會(huì)》傳出信息，在上海成立的綠色技術(shù)銀行已進(jìn)入試運(yùn)行階段，注冊(cè)成立了35億元規(guī)模的綠色技術(shù)成果轉(zhuǎn)化基金，將為促進(jìn)全球節(jié)能環(huán)保技術(shù)的轉(zhuǎn)移和產(chǎn)業(yè)化作出貢獻(xiàn)。

為落實(shí)《聯(lián)合國(guó)2030可持續(xù)發(fā)展議程》，我國(guó)政府決定在上海建設(shè)綠色技術(shù)銀行，主要服務(wù)于綠色技術(shù)的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。目前，綠色技術(shù)銀行正在建設(shè)3個(gè)平臺(tái)。信息平臺(tái)已上線試運(yùn)行，主要包含成果庫(kù)、需求庫(kù)、專家?guī)欤瑸楦黝愔黧w提供信息支持。轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化平臺(tái)旨在構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系，對(duì)接高校和研究機(jī)構(gòu)的技術(shù)轉(zhuǎn)移部門，并與國(guó)家科技評(píng)估中心、環(huán)保部環(huán)境認(rèn)證中心、中國(guó)國(guó)際技術(shù)轉(zhuǎn)移中心等達(dá)成合作意向，將搭建一批國(guó)際轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)和中心。金融平臺(tái)已初具規(guī)模，在國(guó)家科技成果轉(zhuǎn)化引導(dǎo)基金支持下，上海市創(chuàng)業(yè)投資基金等出資35億元成立了綠色技術(shù)成果轉(zhuǎn)化基金。

銀行總部設(shè)在上海虹口區(qū)北外灘浦江國(guó)際金融廣場(chǎng)。

Study on Data Center Classification Standard Based on Natural Gas Distributed Energy Station Application

Song Tianqi
Shanghai Aerospace Energy Co.，Ltd

The author analyzes two mainstream standard systems in domestic data center industry.The article studies power supply system and cooling system configuration requirements from the viewpoint of natural gas distributed energy station characteristics wider than energy station. The author introduces design details when applying natural gas distributed energy station into data center, which helps finding better solution for natural gas distributed energy station applied in data center.

Natural Gas Distributed, Data Center, Classification, Standard System

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.12.009

宋天琦：工程師，碩士，從事分布式能源站方案規(guī)劃、天然氣分布式能源站在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用等方面研究。

（虹口）