分布式能源系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計方案

蘇 梅，王思文，周宇昊，張鐘平

（1.新疆華電十三間房風電有限公司，新疆 哈密 839000；2.國家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)（實驗）中心，浙江 杭州 310030）

1 引言

數(shù)據(jù)中心是企業(yè)對價值信息進行收集、存儲、處理有機組合。數(shù)據(jù)中心電能巨大，對供能可靠性要求高，同時冷負荷需求大，數(shù)據(jù)中心這些特點適合配套建設(shè)天然氣分布式能源站。本文詳細介紹了上海某數(shù)據(jù)中心建設(shè)天然氣分布式能源系統(tǒng)的必要性及經(jīng)濟性。

2 數(shù)據(jù)中心負荷需求

上海某數(shù)據(jù)中心建筑面積10500m2，其中主機房7000m2，輔助區(qū)大約3500m2。

2.1 電負荷

數(shù)據(jù)中心電負荷需求主要包括:制冷系統(tǒng)主機房設(shè)備耗電、冷卻塔水泵耗電、風機耗電、輔助設(shè)備耗電、建筑照明等常規(guī)設(shè)備耗電。根據(jù)數(shù)據(jù)中心提供資材料及參考國內(nèi)類似已建數(shù)據(jù)中心相關(guān)負荷統(tǒng)計信息，數(shù)據(jù)中心電負荷大約10000kW（扣除制冷負荷）［1］。

2.2 冷負荷

數(shù)據(jù)中心機房電子信息設(shè)備等工藝設(shè)備散熱量很大且散熱集中，空調(diào)負荷主要為機房設(shè)備散出的顯熱，即使在冬季也由于機房向室外散熱量小于設(shè)備發(fā)熱量而仍需供冷，因而冷負荷隨季節(jié)變化波動不大，全年均需供冷［2］。數(shù)據(jù)中心冷負荷需求主要包括:機房主要工藝設(shè)備散熱形成的冷負荷、新風引起的冷負荷、圍護結(jié)構(gòu)形成的冷負荷、照明散熱和人體散熱形成的冷負荷。根據(jù)數(shù)據(jù)中心資料分析、《電子信息機房設(shè)計規(guī)范》中負荷設(shè)計方法、參考國內(nèi)類似已建數(shù)據(jù)中心相關(guān)負荷統(tǒng)計信息，數(shù)據(jù)中心夏季冷負荷需求為8400kW，冬季冷負荷需求為7700kW［2］。

2.3 熱負荷

數(shù)據(jù)中心服務(wù)的供熱范圍包括輔助區(qū)和公攤區(qū)，由于輔助區(qū)及公攤區(qū)大部分房間屬于內(nèi)區(qū)，故夏季數(shù)據(jù)中心整體建筑對熱負荷的需求很少，根據(jù)項目提資材料分析及參考國內(nèi)類似已建數(shù)據(jù)中心相關(guān)負荷資料，數(shù)據(jù)中心冬季熱負荷需求為120kW。數(shù)據(jù)中心負荷需求見表1。

表1 數(shù)據(jù)中心各季節(jié)負荷需求分析 kW

3 建設(shè)方案

分布式能源是以“效益規(guī)模”為法則的第二代能源系統(tǒng)，它是“規(guī)模效益”為法則的第一代能源系統(tǒng)的發(fā)展與補充，特別是以天然氣為燃料的能源利用系統(tǒng)，實行熱電冷聯(lián)產(chǎn)，可以大幅度提高能源轉(zhuǎn)換效率和減少能源輸送損失［3］。天然氣分布式能源是以燃機或者內(nèi)燃機作為原動機，設(shè)備（余熱鍋爐或者溴化鋰機組）利用煙氣余熱向用戶提供冷負荷與熱負荷。

3.1 方案1

2臺由A公司生產(chǎn)的單機容量為5.75MW內(nèi)燃機配2臺單機制冷量為4.87MW的煙氣熱水型溴化鋰熱組（其中2臺機組為補燃型），方案1裝機示意圖見圖1。方案1系統(tǒng)性能參數(shù)分析見表2。方案1經(jīng)濟性分析見表3。

表2 方案1系統(tǒng)性能參數(shù)

圖1 方案1裝機示意

表3 方案1經(jīng)濟性分析

3.2 裝機方案2

3臺的單機容量為3.3MW內(nèi)燃機配3臺單機制冷量為3.3MW的煙氣熱水型溴化鋰熱組（其中2臺機組為補燃型）。方案2裝機示意圖見圖2。

數(shù)據(jù)中心分布式能源站系統(tǒng)性能參數(shù)分析見表4。方案二經(jīng)濟性分析見表5。

4 方案對比分析

4.1 技術(shù)方案比較

方案1采用2臺由A公司生產(chǎn)的單機容量為5.75MW內(nèi)燃機配2臺單機制冷量為4.87MW的煙氣熱水型溴化鋰熱組（其中2臺機組為補燃型），整套系統(tǒng)發(fā)電氣耗為0.152m3／kWh，供冷氣耗為28.06m3／GJ。

圖2 方案2數(shù)據(jù)中心方裝機

方案2采用3臺由B生產(chǎn)的單機容量為3.349MW內(nèi)燃機配3臺單機制冷量為3.3MW的煙氣熱水型溴化鋰熱組（其中2臺機組為補燃型），整套系統(tǒng)發(fā)電氣耗為0.161m3／kWh，供冷氣耗為25.7m3／GJ。

方案2整個系統(tǒng)采用3臺機組，對于數(shù)據(jù)中心處于不同階段、不同時間段不同負荷時具有更加靈活的調(diào)節(jié)方式，同時供冷氣耗比方案1低，對于冷負荷需求大的數(shù)據(jù)中心來說，方案2更加適合。

4.2 經(jīng)濟性比較

從以上技術(shù)經(jīng)濟分析表格可以看出方案2的初投資比方案1小，機組單位造價比方案1機組單位kW造價低（總投資同時考慮上海市關(guān)于冷熱電聯(lián)供工程的補7貼政策）；方案2項目資本金財務(wù)內(nèi)部收益率比方案1高，投資回收期比方案1短，綜合技經(jīng)分析方案2優(yōu)于方案1。

表5 方案2經(jīng)濟性分析

4.3 效益分析

在數(shù)據(jù)中心建設(shè)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)有利于解決數(shù)據(jù)中心的能源供應(yīng)緊張等問題，保證數(shù)據(jù)中心供能安全，降低用戶用能成本，數(shù)據(jù)中心冷熱電聯(lián)供能源站節(jié)能減排效益分析見表6。

表6 數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排效益

天然氣分布式能源站向數(shù)據(jù)中心供電電價比電網(wǎng)電價低0.2元／kW·h，僅此一項，數(shù)據(jù)中心年運行成本降低約1000萬元。

5 結(jié)語

數(shù)據(jù)中心是高科技、高耗能單位，不斷增長的能耗問題制約著數(shù)據(jù)中心在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)的發(fā)展。天然氣分布式能源系統(tǒng)具有清潔、高效特點，系統(tǒng)提供電能的同時還向用戶提供冷（熱）能。上海某數(shù)據(jù)中心采用天然氣分布式能源供能，減少企業(yè)建設(shè)成本（備用電源），降低企業(yè)運營成本。項目將設(shè)為上海乃至全國數(shù)據(jù)中心采用先進供能模式提供示范作用。

［1］谷立靜，周伏秋，孟 輝.我國數(shù)據(jù)中心能耗及能效水平研究［J］.中國能源，2010（11）:42～45.

［2］黃 森.數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究［D］.上海:同濟大學，2011.

［3］張洪偉，黃素逸，龍 妍.分布式能 源系統(tǒng)與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略［J］.節(jié)能，2004（2）:41～44.