分布式能源技術在數(shù)據(jù)中心的應用

張鋒濤 趙國強 關健 彩松建

摘? 要：對河北某數(shù)據(jù)中心的用能情況進行深入分析及核算，并設計了分布式能源冷電聯(lián)供方案，通過天然氣分布式能源，為某數(shù)據(jù)中心進行冷電聯(lián)供，可保障某數(shù)據(jù)中心用能安全和降低能源費用，減少污染排放，并將傳統(tǒng)供能方式作為比較對象，從經(jīng)濟效益、節(jié)能減排等方面進行分析。

關鍵詞：分布式能源;數(shù)據(jù)中心;天然氣;燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組

中圖分類號：TP308? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）05-0174-02

引言

據(jù)GE收集的數(shù)據(jù)，包括IBM的數(shù)據(jù)，整體上一個云計算基地的運營成本，接近于75%來自于能源方面的消耗。機房設備發(fā)熱量大且全年不間斷運行，冷負荷全年變化幅度小，波動范圍為0.8～1.0[1]。

因此如何降低云計算基地的用能成本，采用清潔能源以減少云計算基地能耗對環(huán)境的影響，顯得越來越重要。

天然氣分布式能源技術是近年來在國內(nèi)逐步推廣的一種先進清潔能源綠色高效利用技術。該技術是集燃氣輪機、內(nèi)燃機、吸收式冷熱水機、能效控制等高新技術和設備為一體的先進環(huán)保型能源系統(tǒng)，目前在發(fā)達國家得到了廣泛應用，近年來得到了我國政府的積極倡導。

本文主要介紹河北某數(shù)據(jù)中心燃氣分布式能源站的項目情況，對能源站的前期調研，項目建成后的經(jīng)濟指標進行分析。最后，依據(jù)上述分析，給出項目開發(fā)建議。

1 項目基本介紹

河北某數(shù)據(jù)中心項目為燃氣分布式能源項目，位于河北省廊坊市，能源站所占建筑面積為1200m2。包括高、低壓配電室、制冷機房、控制室等用房，其中分布式能源所用輔助用電引自自配動力變壓器。本項目采用天然氣分布式供能技術，以天然氣內(nèi)燃機發(fā)電機組、煙氣熱水型溴化鋰機組為核心設備組成分布式能源站，結合數(shù)據(jù)中心原設計方案的市電和電制冷機，穩(wěn)定地為數(shù)據(jù)中心提供電力和冷量，在冬季工況，數(shù)據(jù)中心采用自然冷卻。

項目總建筑面積約為24566.6m2，設有滿足T3標準的機柜1780個，其中電負荷19080kW、冷負荷13465kW。

2 負荷預測分析

2.1 氣象條件

河北省廊坊市氣候的主要特點是四季分明。春季干旱，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽，冬季寒冷干燥;風向有明顯的季節(jié)變化，冬季盛行西北風，夏季盛行東南風。

河北廊坊全年氣溫情況如表1、表2所示。

2.2 室外氣象條件

根據(jù)《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》[2]要求，該數(shù)據(jù)中心按照廊坊市室外氣象資料作為計算依據(jù)。

2.3 室內(nèi)計算參數(shù)

該能源站按照《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》[3]要求：“A級電子信息系統(tǒng)機房的供電電源應按一級負荷中特別重要的負荷考慮，初應由兩個電源供電外，還應設有其他應急電源，冷凍機組、冷凍和冷卻水泵的配備要求為N+X冗余（X=1-N）”考慮，項目機房室內(nèi)空調主要計算參數(shù)溫度、濕度、新風見表4。

表4 河北某數(shù)據(jù)中心室內(nèi)空調主要計算參數(shù)

2.4 冷電負荷分析

河北某數(shù)據(jù)中心共計24566.6m2，根據(jù)河北廊坊市地區(qū)氣象參數(shù)、建筑圍護結構和材料等資料，計算本項目冷電負荷需求，如表5所示：

3 配置原則

根據(jù)數(shù)據(jù)中心的負荷特點及相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心冷電比常年保持在1.0～1.1[4-5]，對于配置燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組、雙效溴化鋰吸收式冷水機組的分布式系統(tǒng)，制冷量與發(fā)電功率之比也接近1.1。該項目熱（冷）電比為0.706。項目采取“以電定冷”模式考慮機組選型與系統(tǒng)配置;采用2×4.4MW燃氣內(nèi)燃機發(fā)電機組+2×4.35MW煙氣熱水余熱型溴冷機組，不足負荷由基站電制冷機組和市電進行補充，機組一年運行330天，每天運行16小時。

3.1 系統(tǒng)工藝

系統(tǒng)采用燃氣發(fā)電機組作為原動機，燃燒天然氣產(chǎn)生電力，發(fā)電機組與市電并網(wǎng)運行。發(fā)電機組的余熱進入吸收式制冷機組制冷[6-7]。系統(tǒng)工藝圖如圖1。

3.2 主要經(jīng)濟指標

數(shù)據(jù)中心能源站總投資約7000萬，設計年發(fā)電量5000萬kWh，年供冷量3000萬kWh，燃氣消耗量1300萬Nm3，自來水消耗量15萬噸，年凈利潤約800萬，投資回收期為約8.75年。

與常規(guī)能源供應相比，每年可實現(xiàn)節(jié)約標煤1237萬噸，CO2排放量年減少1022噸。

4 結束語

（1）該數(shù)據(jù)中心屬于耗能大戶，且年運行時間長，冷電負荷匹配度高，適合建設分布式能源站。不僅可減輕當?shù)仉娋W(wǎng)的供電壓力，改善當?shù)仉娋W(wǎng)的電源結構和調峰性能，對促進地方社會經(jīng)濟全面發(fā)展具有重要作用。

（2）通過對數(shù)據(jù)中心各種經(jīng)濟參數(shù)核算，該項目社會、經(jīng)濟效益顯著，技術經(jīng)濟上可行，可作為該行業(yè)項目應用參考案例。

參考文獻：

[1]郭甲生，李巡案，徐振華，等.燃氣分布式能源系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應用[J].煤氣與熱力，2014（07）：15-17.

[2]GB50019-2015.工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范[S].

[3]GB50174-2008.電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范[S].

[4]松泓明，王明友，楊智勇，等.燃氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)電裝置的選擇[J].建筑電氣，2011，30（7）：29-32.

[5]任華華，馬克·利普爾.燃氣內(nèi)燃發(fā)電機及冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的應用淺析[J].智能建筑電氣技術，2011（5）：57-61.

[6]林世平，李先瑞，陳斌.燃氣冷熱電分布式能源技術應用手冊[M].北京：中國電力出版社，2014（2015重?。?

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