分布式能源技術在數據中心的應用

張鋒濤 趙國強 關健 彩松建

摘? 要：對河北某數據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供方案，通過天然氣分布式能源，為某數據中心進行冷電聯供，可保障某數據中心用能安全和降低能源費用，減少污染排放，并將傳統供能方式作為比較對象，從經濟效益、節能減排等方面進行分析。

關鍵詞：分布式能源;數據中心;天然氣;燃氣內燃發電機組

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GE收集的數據，包括IBM的數據，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保型能源系統，目前在發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據中心燃氣分布式能源站的項目情況，對能源站的前期調研，項目建成后的經濟指標進行分析。最后，依據上述分析，給出項目開發建議。

1 項目基本介紹

河北某數據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，以天然氣內燃機發電機組、煙氣熱水型溴化鋰機組為核心設備組成分布式能源站，結合數據中心原設計方案的市電和電制冷機，穩定地為數據中心提供電力和冷量，在冬季工況，數據中心采用自然冷卻。

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《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》[2]要求，該數據中心按照廊坊市室外氣象資料作為計算依據。

2.3 室內計算參數

該能源站按照《電子信息系統機房設計規范》[3]要求：“A級電子信息系統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，項目機房室內空調主要計算參數溫度、濕度、新風見表4。

表4 河北某數據中心室內空調主要計算參數

2.4 冷電負荷分析

河北某數據中心共計24566.6m2，根據河北廊坊市地區氣象參數、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

根據數據中心的負荷特點及相關統計數據，數據中心冷電比常年保持在1.0～1.1[4-5]，對于配置燃氣內燃機發電機組、雙效溴化鋰吸收式冷水機組的分布式系統，制冷量與發電功率之比也接近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配置;采用2×4.4MW燃氣內燃機發電機組+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 系統工藝

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

3.2 主要經濟指標

數據中心能源站總投資約7000萬，設計年發電量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。

與常規能源供應相比，每年可實現節約標煤1237萬噸，CO2排放量年減少1022噸。

4 結束語

（1）該數據中心屬于耗能大戶，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。不僅可減輕當地電網的供電壓力，改善當地電網的電源結構和調峰性能，對促進地方社會經濟全面發展具有重要作用。

（2）通過對數據中心各種經濟參數核算，該項目社會、經濟效益顯著，技術經濟上可行，可作為該行業項目應用參考案例。

參考文獻：

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

[2]GB50019-2015.工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

[3]GB50174-2008.電子信息系統機房設計規范[S].

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

[5]任華華，馬克·利普爾.燃氣內燃發電機及冷熱電三聯供系統在數據中心的應用淺析[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重印）.

[7]江億.天然氣熱電冷聯供技術及應用[M].北京：中國建筑工業出版社，2007.