分布式能源技术在数据中心的应用

张锋涛 赵国强 关健 彩松建

摘  要：对河北某数据中心的用能情况进行深入分析及核算，并设计了分布式能源冷电联供方案，通过天然气分布式能源，为某数据中心进行冷电联供，可保障某数据中心用能安全和降低能源费用，减少污染排放，并將传统供能方式作为比较对象，从经济效益、节能减排等方面进行分析。

关键词：分布式能源;数据中心;天然气;燃气内燃发电机组

中图分类号：TP308         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）05-0174-02

引言

据GE收集的数据，包括IBM的数据，整体上一个云计算基地的运营成本，接近于75%来自于能源方面的消耗。机房设备发热量大且全年不间断运行，冷负荷全年变化幅度小，波动范围为0.8～1.0[1]。

因此如何降低云计算基地的用能成本，采用清洁能源以减少云计算基地能耗对环境的影响，显得越来越重要。

天然气分布式能源技术是近年来在国内逐步推广的一种先进清洁能源绿色高效利用技术。该技术是集燃气轮机、内燃机、吸收式冷热水机、能效控制等高新技术和设备为一体的先进环保型能源系统，目前在发达国家得到了广泛应用，近年来得到了我国政府的积极倡导。

本文主要介绍河北某数据中心燃气分布式能源站的项目情况，对能源站的前期调研，项目建成后的经济指标进行分析。最后，依据上述分析，给出项目开发建议。

1 项目基本介绍

河北某数据中心项目为燃气分布式能源项目，位于河北省廊坊市，能源站所占建筑面积为1200m2。包括高、低压配电室、制冷机房、控制室等用房，其中分布式能源所用辅助用电引自自配动力变压器。本项目采用天然气分布式供能技术，以天然气内燃机发电机组、烟气热水型溴化锂机组为核心设备组成分布式能源站，结合数据中心原设计方案的市电和电制冷机，稳定地为数据中心提供电力和冷量，在冬季工况，数据中心采用自然冷却。

项目总建筑面积约为24566.6m2，设有满足T3标准的机柜1780个，其中电负荷19080kW、冷负荷13465kW。

2 负荷预测分析

2.1 气象条件

河北省廊坊市气候的主要特点是四季分明。春季干旱，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥;风向有明显的季节变化，冬季盛行西北风，夏季盛行东南风。

河北廊坊全年气温情况如表1、表2所示。

2.2 室外气象条件

根据《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》[2]要求，该数据中心按照廊坊市室外气象资料作为计算依据。

2.3 室内计算参数

该能源站按照《电子信息系统机房设计规范》[3]要求：“A级电子信息系统机房的供电电源应按一级负荷中特别重要的负荷考虑，初应由两个电源供电外，还应设有其他应急电源，冷冻机组、冷冻和冷却水泵的配备要求为N+X冗余（X=1-N）”考虑，项目机房室内空调主要计算参数温度、湿度、新风见表4。

表4 河北某数据中心室内空调主要计算参数

2.4 冷电负荷分析

河北某数据中心共计24566.6m2，根据河北廊坊市地区气象参数、建筑围护结构和材料等资料，计算本项目冷电负荷需求，如表5所示：

3 配置原则

根据数据中心的负荷特点及相关统计数据，数据中心冷电比常年保持在1.0～1.1[4-5]，对于配置燃气内燃机发电机组、双效溴化锂吸收式冷水机组的分布式系统，制冷量与发电功率之比也接近1.1。该项目热（冷）电比为0.706。项目采取“以电定冷”模式考虑机组选型与系统配置;采用2×4.4MW燃气内燃机发电机组+2×4.35MW烟气热水余热型溴冷机组，不足负荷由基站电制冷机组和市电进行补充，机组一年运行330天，每天运行16小时。

3.1 系统工艺

系统采用燃气发电机组作为原动机，燃烧天然气产生电力，发电机组与市电并网运行。发电机组的余热进入吸收式制冷机组制冷[6-7]。系统工艺图如图1。

3.2 主要经济指标

数据中心能源站总投资约7000万，设计年发电量5000万kWh，年供冷量3000万kWh，燃气消耗量1300万Nm3，自来水消耗量15万吨，年净利润约800万，投资回收期为约8.75年。

与常规能源供应相比，每年可实现节约标煤1237万吨，CO2排放量年减少1022吨。

4 结束语

（1）该数据中心属于耗能大户，且年运行时间长，冷电负荷匹配度高，适合建设分布式能源站。不仅可减轻当地电网的供电压力，改善当地电网的电源结构和调峰性能，对促进地方社会经济全面发展具有重要作用。

（2）通过对数据中心各种经济参数核算，该项目社会、经济效益显著，技术经济上可行，可作为该行业项目应用参考案例。

参考文献：

[1]郭甲生，李巡案，徐振华，等.燃气分布式能源系统在数据中心的应用[J].煤气与热力，2014（07）：15-17.

[2]GB50019-2015.工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[3]GB50174-2008.电子信息系统机房设计规范[S].

[4]松泓明，王明友，杨智勇，等.燃气冷热电三联供系统发电装置的选择[J].建筑电气，2011，30（7）：29-32.

[5]任华华，马克·利普尔.燃气内燃发电机及冷热电三联供系统在数据中心的应用浅析[J].智能建筑电气技术，2011（5）：57-61.

[6]林世平，李先瑞，陈斌.燃气冷热电分布式能源技术应用手册[M].北京：中国电力出版社，2014（2015重印）.

[7]江亿.天然气热电冷联供技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.