分布式能源系统在数据中心的应用.pdf

分布式能源系统在数据中心的应用樊亚男（上海华建工程建设咨询有限公司，上海）摘要：数据中心冷、电负荷需求量大，且冷、电负荷匹配度高，适合采用分布式能源系统。非谷时电价时，分布式能源系统利用燃气内燃发电机组发电，为数据中心提供一路电源，高温余热进入吸收式冷水机组制冷，减轻当地电网的供电压力，提高能源综合利用效率。谷时电价时，采用传统市电系统，实现对电网和气网的“削峰填谷”，促进地方社会经济发展。全年当湿球温度低于 时采用免费制冷，降低平均 值，响应国家“碳达峰，碳中和”、能源结构转型为清洁能源的号召。关键词：数据中心；分布式能源；综合利用效率；碳达峰；碳中和樊亚男，女，年生，硕士，工程师 上海市徐汇区龙吴路 号 楼上海华建工程建设咨询有限公司 ：收稿日期：引言数据中心冷、电负荷需求量大，且全年冷负荷变化幅度小，冷负荷率波动范围为 。年 月，国家发展改革委、网信办、工信部和能源局联合发布的 贯彻落实碳达峰碳中和目标要求推动数据中心和 等新型基础设施绿色高质量发展实施方案 中明确要求，年数据中心和 基本形成绿色集约的一体化运行格局，数据中心运行电能利用效率和可再生能源利用率明显提升，绿色低碳等级达到 级以上。天然气作为一种清洁低碳化石能源，在国家能源结构转型中发挥关键的作用。为了响应国家能源结构转型为清洁能源 的 号 召，本 项 目 采 用 分 布 式 能 源 系 统（系统），原因如下：）负荷适应性：分布式能源系统发电效率约为，余热利用效率约为，当采用燃气内燃发电机组、直燃型溴化锂吸收式机组时，提供的冷电比例约为，与数据中心冷电负荷比接近。）能源效率高：燃气内燃发电机组发的电满足数据中心的电源需求，排出的高温余热通过吸收式冷水机组回收制冷来满足数据中心的冷源需求，实现了能源的梯级利用，满足能源综合利用效率大于 的要求。）值：年工信部提出全国数据中心 小于 的要求，地方标准在此基础上提出更高的要求，其中上海要求新建项目 小于、改建项目 小于，山东要求 小于。采用余热制冷降温，减少了空调能耗，降低了系统平均 值。）用能可靠性：数据中心全年需要稳定可靠运行，目前燃气发电机技术成熟且可靠性较高，再配置台备用发电机组，可满足高安全等级数据中心的要求。项目概况项目位于山东省济南市，总建筑面积 ，地下层，地上层，机房面积 ，其余为机房配套区域面积。数据中心共 个的数据机柜，该数据中心依据 数 据 中 心 设 计 规 范 级、级和 ：级个标准设计，要求电源使用效率（）平均值小于 。室内外设计参数根据 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范 和 数据中心设计规范 查得济南市室内外设计参数如表所示。表济南某数据中心室内外参数室外参数室内参数夏季干球温度 （冷通道）湿球温度 冬季干球温度 （冷通道）相对湿度 设计负荷根据济南市气象参数、建筑围护结构和材料等资料，计算本项目的冷、电负荷需求，其中电负荷为 ，夏季冷负荷为 ，其中 冷源采用分布式能源，其余 冷源采用直膨式空调机组，全年无热负荷。系统工艺燃气内燃发电机组具有发电效率高、余热来源多、排放水平低等特点，本项目采用燃气内燃发电机组作为原动力，为数据中心提供一路电源，高温余热进入直燃型溴化锂吸收式机组制冷，发电机组与市电并网不上网，具体工艺如图所示。图分布式能源系统供能示意图暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷解决方案 装机方案以实际冷、电负荷为基准，为满足相关标准安全性要求，电源采用 系统，冷源采用双母管双供双回环形管网系统。本项目分布式能源采用“以冷定电”模式，考虑机组选型与系统配置，设计冷电比，发电机组全年每天 运行。分布式能源系统主要设备配置如表所示。表系统主要设备配置单台发电功率单台制冷功率数量天然气内燃发电机组 （五用一备）吸收式冷水机组 （五用一备）直膨式空调机组 （六用两备）运行方案本项目分布式能源采用模块化结构，每个模块化单元包括台燃气内燃发电机组和台直燃型溴化锂吸收式机组，每个模块化结构满足物理隔离。系统在正常和故障情况下的运行方式如表所示。表分布式能源系统运行方式通常运行一台发电机吸收式机组维修一路市电失电两路市电失电发电 机 组吸 收 式机组（台）（台）（台）（台）发 电 机组吸 收 式机组（备用台）市电市电 电源水蓄冷注：表示设备运行，表示备用，表示停用。根据山东省最新电网销售电价表可知，该区域非谷时电价和谷时电价相差较大，为了满足经济性运行，本系统从电源、冷源、综合利用效率、碳排放、模式控制等角度综合考虑如下：非谷时电价：利用燃气内燃发电机组发电，直燃型溴化锂吸收式机组制冷或者免费制冷；谷时电价：直接利用市电，由直燃型溴化锂吸收式机组制冷或者免费制冷。）常规运行模式。非谷时电价时：采用台燃气内燃发电机组提供电源。当湿球温度高于 时，发电机组的高温余热进入直燃型溴化锂吸收式机组制冷；当湿球温度低于 时，采用免费制冷。谷时电价时：采用市电提供电源。当湿球温度高于 时，利用直燃型溴化锂吸收式机组制冷；当湿球温度低于 时，采用免费制冷。）台发电机吸收式机组维修。非检修的发电机吸收式机组正常运行，启动备用的发电机吸收式机组，同时停运需检修的发电机吸收式机组，共运行台；其他与常规运行模式相同。）一路市电失电。运行台发电机吸收式机组提供电源和冷源，另一路市电备用，断开失电侧进线开关；其他与常规运行模式相同。）两路市电失电。运行台发电机吸收式机组提供电源和冷源，作为电源备用，断开失电侧进线开关。不分非谷时电价和谷时电价运行模式，采用台燃气内燃发电机组提供电源。当湿球温度高于 时，发电机组的高温余热进入直燃型溴化锂吸收式机组制冷；当湿球温度低于 时，采用免费制冷。经济分析山东 省 最 新 以 上 分 时 电 价 为：尖 峰 电 价 为 元（），高峰电价为 元（），平时电价为 元（），谷时电价为 元（）；最新集中供热天然气售价为 元。由于种系统的冷却塔和水泵等输送设备都是利用市电，所以种系统冷却塔和水泵等输送设备的费用相同，以下经济分析仅考虑 设备和制冷机的运行费用。分布式能源系统：利用燃气内燃发电机组提供电源，可减少购电费用。采用直燃型溴化锂吸收式机组提供冷源，可减少制冷费用。购买天然气年需 万元，购买市电年需 万元，年平均运行费用为 万元。系统年平均 为 。传统市电系统：年平均运行费用为 万元。系统年平均 为 。综上所述，相对传统市电系统，分布式能源系统年平均运行费用降低 万元，种系统具体费用情况如表和表所示。表分布式能源系统运行费用非谷时谷时运行费用发电机发电直膨式制冷吸收式制冷免费制冷直膨式制冷吸收式制冷免费制冷燃气单价 元平均电价 元（）尖峰电价 元（）峰时电价 元（）平时电价 元（）谷时电价 元（）燃气单价 元耗电量 用电时间 费用万元 结论数据中心的冷、电负荷需求量大，且冷、电负荷匹配度高，运行时间稳定，所以适合分布式能源系统。）非谷时电价时，分布式能源系统利用燃气内燃发电空调制冷暖通空调 年第 卷增刊表传统市电系统运行费用尖峰电价 元（）峰时电价 元（）平时电价 元（）谷时电价 元（）运行费用机械制冷机械制冷免费制冷机械制冷免费制冷机械制冷免费制冷耗电量 用电时间 费用万元 机组发电，为数据中心提供一路可靠的电源，减轻当地电网的供电压力，提高数据中心供电安全性。）非谷时电价时，燃气内燃发电机组的高温余热进入吸收式冷水机组制冷满足数据中心冷负荷需求，提高能源综合利用效率。）谷时电价时，采用传统市电系统，实现对电网和气网的“削峰填谷”，对促进地方社会经济全面发展具有重要意义。）全年当湿球温度低于 时采用免费制冷，可以降低全年 值，响应国家“碳达峰，碳中和”能源结构转型为清洁能源的号召。参考文献：李正茂，陈晓丽楼宇型分布式能源系统在数据中心的应用发电与空调，（）：王强，夏成军，唐智文分布式能源在数据中心应用的可行性探析电网与清洁能源，（）：李晓天然气分布式能源系统 在数据中心的应用低碳世界，（）：陈卉，刘颖，赵龙生楼宇型分布式能源系统在数据中心的应用华电技术，（）：张钟平，周宇昊，赵大周，等基于数据中心的燃气分布式能源集成与优化分析电器与能效管理技术，（）：段琦天然气分布式能源在数据中心的应用 年中国通信能源会议，：印佳敏，陈泽寒天然气分布式能源系统在大型数据中心的 应 用 研 究 南 方 能 源 建 设，（）：肖蔚然，孙锦余，陈岗，等天然气分布式能源在数据中心能源供应的应用研究节能，（）：，中国有色工程有限公司，中国恩菲工程技术有限公司工业 建 筑 供 暖 通 风 与 空 气 调 节 设 计 规 范：北京：中国计划出版社，中 国 电 子 工 程 设 计 院数 据 中 心 设 计 规 范：北京：中国计划出版社，：，中国城市建设研究院有限公司，北京市煤气热力工程设计院有限公司燃气冷热电联供工程技术规范：北京：中国计划出版社，暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷