基于某數據中心供冷模式對比分析

林玲　劉葉容　朱寧

摘? 要：該文介紹了基于數據中心的三種供冷模式，并以具體項目為例，對數據中心的不同供冷模式進行比較、分析，評價結果顯示：不同的供冷方案具有不同的適應性，純電制冷方案經濟性最好，但能耗最高、環境效益最差;天然氣分布式供冷方案經濟性最差，但能耗最低、節能減排效果最佳;背壓機組方案能夠兼顧節能減排和經濟性，在數據中心周邊有穩定可靠的廉價汽源時推薦優先采用，該方案具有一定的推廣意義。

關鍵詞：數據中心? 供冷? 分布式? 節能減排

中圖分類號：TU831 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）09（b）-0208-03

數據中心既是技術密集型項目，又是能源密集型項目，數據中心不僅電負荷、冷負荷需求大，而且具有負荷穩定，波動范圍值小的特點。根據調研[1]，數據中心二氧化碳的排放量約占世界二氧化碳總排放量的0.6%，由此可見，數據中心是能耗大戶。

隨著大數據和云計算應用的快速發展，大規模、高等級數據中心的建設需求日益增長，然而由于傳統數據中心高耗能的缺點，項目在經濟發達地區的落地已十分困難。因此，利用能源政策、項目周邊有利條件及先進節能技術來降低制冷成本，同時完成節能減排是非常迫切。受項目條件的差異影響，各技術的適用性和經濟性也各不相同，該文將以湖州某數據中心為例，從經濟性和節能減排兩方面出發，探討數據中心采用不同供冷模式的可行性。

1? 某數據中心簡介

1.1 數據中心基本情況

湖州某數據中心，坐落于某產業園區，計劃建設四中心：主數據中心、研發數據中心、新能源數據中心和容災數據中心。計劃規模2028個機柜，占地約52畝，建筑面積約2萬m2，計劃建2棟模塊化數據中心+1棟辦公樓，機房IT服務器等數據設備負荷額定總功耗約13446kW，年滿負載耗電約11500萬度。該數據中心依據GB50174-A級標準進行建設，兼容美國TIA-942-Tier3+標準。數據中心附近電廠蒸汽源（距離數據中心約2km），可提供1.6MPa，300℃的過熱蒸汽，最大供汽流量可達到85t/h。

1.2 負荷需求

該項目的供冷范圍為數據中心機房，機房除了設備用房、水泵房、風機房、樓梯間、前室、合用前室、內走道等，其他房間全部進行空調設計，不含括該數據中心的配套辦公用房。冷負荷需求如表1所示。

2? 供冷方案設計

2.1 主要邊界條件

（1）能源站空調冷凍水系統采用二級泵系統，一級泵冷凍水系統母管為環路管網系統，二級泵冷凍水系統為雙管路系統，按2N冗余設計，冷凍水供回水溫度分別為15/21℃。

（2）不同供冷方案的能源站建設廠址均位于數據中心附近，能源站的循環水管負責接至數據中心圍墻外1m，數據中心圍墻以外的所有設備、管道等投資均歸于能源站。

（3）結合當地氣候特點，本項目冬季采用開式冷卻塔+板式換熱器提供自然冷卻免費制冷方式，能源站的年利用小時數按6000h計。

2.2 供冷方案設計

2.2.1 方案一（然氣分布式方案）

本方案在園區新建一座天然氣分布式能源站，為數據中心供冷和電。根據以冷定電的原則，建設規模為5×4.3兆瓦內燃機組（4用1備）+一套5×4650kV煙氣-熱水型溴化鋰機組（4用1備）+一套4×4571kV電制冷冷水機組，總占地約20畝。天然氣采用LNG供應方式，配套新建LNG氣化站，天然氣儲罐的規模為4×150立方，并設2500立方空溫式汽化器4臺，2用2備，定時切換。

運行方式：用電高峰時開溴化鋰機組，運行利用小時數為3500h/年;谷時開電制冷機組，運行利用小時數為2500h/年。

2.2.2 方案二（背壓機組方案）

該方案在園區新建背壓機組和制冷站，利用電廠出口蒸汽（壓力1.6MPa，溫度300℃）經過背壓機組發電后，壓力降為0.4MPa，溫度150℃，余熱利用后的蒸汽送入制冷站制冷，冷負荷供數據中心，背壓機發電以供能源站自用電，多余的電上網。建設規模為1×1.0MW蒸汽背壓汽輪機組+一套5×4650kV蒸汽型溴化鋰機組（4用1備）+一套4×4571kV電制冷冷水機組。背壓機組和制冷站占地總占地約4.5畝。同時新建蒸汽管道（DN300）3.5km至能源站。

運行方式：用電高峰時開溴化鋰機組，運行利用小時數為3500h/年;谷時開電制冷機組，運行利用小時數為2500h/年。

2.2.3 方案三（純電制冷方案）

該方案在園區新建一座純電制冷站，為數據中心供冷。建設規模為兩套4×4571kW電制冷冷水機組，總占地約3畝。運行方式：全時段開電制冷機組，運行利用小時數為6000h/年。

3? 方案對比

3.1 經濟性對比分析

根據表2分析可知，天然氣分布式方案：投資最高，收益率最低;背壓機組方案：投資中等，收益率居中;純電制冷方案：投資最低，收益率最高。

對于天然氣分布式方案，燃氣價格、供電價格、供冷價格是影響供冷方案經濟性的最主要因素，在天然氣價格在2.7元/標方情況下，供冷價格需要達到0.45元/kW·h左右，方可滿足基準利率8%的要求。

對于背壓機組方案，蒸汽價格和供冷價格是影響供冷方案經濟性的最主要因素，在目前蒸汽價格在120元/t情況下，供冷價格為0.36元/kW·h左右，已能遠遠超過基準利率8%的要求，由此可見，在項目周邊有可提供穩定可靠的廉價汽源前提下，可優先采用該方案對數據中心進行供冷。

對于純電制冷方案，電價價格和供冷價格是影響供冷方案經濟性的最主要因素，純電制冷方案的供冷成本最低，在目前一般工業電價0.6736元/度，效益良好，單從經濟性方面看，較其他兩個方案具有明顯的優勢。

3.2 節能及環境效益對比分析

將耗電量、耗氣量均折算成標準煤耗量，耗電量與標準煤耗量的折算系數取0.326kg/kW·h，天然氣與標準煤耗量的折算系數取1.2303kg/標方，蒸汽（壓力1.6MPa，溫度300℃）與標準煤耗量的折算系數取0.11kg/kg。按每千克標煤排放SO2量按2.53kg計，排放SO2量按0.018kg計，排放NOx量按0.0058kg計，排放煙塵量按0.0038kg計。不同供冷方案的能耗以及污染物排放量見表3。

根據表3分析可知，采用天然氣分布式方案能耗最低、污染物排放量最少、環境效益最高;背壓機組方案的能耗、污染物排放量略高于分布式方案;純電方案的能耗最高、污染物排放量最多、環境效益最差。

4? 結論

（1）不同供冷方案具有不同的適應性，需綜合考慮蒸汽價格、燃氣價格、供冷價格、供電價格、耗電價格、節能減排等項目相關因素，對比分析確定最佳供冷模式。

（2）天然氣分布式方案：投資最高、收益率最低、節能減排效果最佳;背壓機組方案：投資中等、收益率較高、節能減排效果較佳;純電制冷方案：投資最低，收益率最高、能耗最高、環境污染最嚴重。因此，兼顧節能減排和經濟性情況下，在項目周邊有可提供穩定可靠的廉價汽源前提下推薦優先采用背壓機機組方案。

（3）天然氣分布式供冷方案盡管在目前燃氣價格下經濟性不突出，但其綜合能源利用效率較高、節能減排效果顯著，在未來天然氣價格繼續下探情況下，降低運行成本后，該方案具有一定的推廣意義。

參考文獻

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