蘇 梅,王思文,周宇昊,張鐘平
(1.新疆華電十三間房風(fēng)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(shí)驗(yàn))中心,浙江 杭州 310030)
數(shù)據(jù)中心是企業(yè)對價(jià)值信息進(jìn)行收集、存儲、處理有機(jī)組合。數(shù)據(jù)中心電能巨大,對供能可靠性要求高,同時(shí)冷負(fù)荷需求大,數(shù)據(jù)中心這些特點(diǎn)適合配套建設(shè)天然氣分布式能源站。本文詳細(xì)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(jì)性。
上海某數(shù)據(jù)中心建筑面積10500m2,其中主機(jī)房7000m2,輔助區(qū)大約3500m2。
數(shù)據(jù)中心電負(fù)荷需求主要包括:制冷系統(tǒng)主機(jī)房設(shè)備耗電、冷卻塔水泵耗電、風(fēng)機(jī)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(fù)荷統(tǒng)計(jì)信息,數(shù)據(jù)中心電負(fù)荷大約10000kW(扣除制冷負(fù)荷)[1]。
數(shù)據(jù)中心機(jī)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(fù)荷主要為機(jī)房設(shè)備散出的顯熱,即使在冬季也由于機(jī)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(fù)荷隨季節(jié)變化波動(dòng)不大,全年均需供冷[2]。數(shù)據(jù)中心冷負(fù)荷需求主要包括:機(jī)房主要工藝設(shè)備散熱形成的冷負(fù)荷、新風(fēng)引起的冷負(fù)荷、圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成的冷負(fù)荷、照明散熱和人體散熱形成的冷負(fù)荷。根據(jù)數(shù)據(jù)中心資料分析、《電子信息機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》中負(fù)荷設(shè)計(jì)方法、參考國內(nèi)類似已建數(shù)據(jù)中心相關(guān)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)信息,數(shù)據(jù)中心夏季冷負(fù)荷需求為8400kW,冬季冷負(fù)荷需求為7700kW[2]。
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(fù)荷的需求很少,根據(jù)項(xiàng)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(fù)荷資料,數(shù)據(jù)中心冬季熱負(fù)荷需求為120kW。數(shù)據(jù)中心負(fù)荷需求見表1。
表1 數(shù)據(jù)中心各季節(jié)負(fù)荷需求分析 kW
分布式能源是以“效益規(guī)?!睘榉▌t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(bǔ)充,特別是以天然氣為燃料的能源利用系統(tǒng),實(shí)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(jī)或者內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)機(jī),設(shè)備(余熱鍋爐或者溴化鋰機(jī)組)利用煙氣余熱向用戶提供冷負(fù)荷與熱負(fù)荷。
2臺由A公司生產(chǎn)的單機(jī)容量為5.75MW內(nèi)燃機(jī)配2臺單機(jī)制冷量為4.87MW的煙氣熱水型溴化鋰熱組(其中2臺機(jī)組為補(bǔ)燃型),方案1裝機(jī)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(jì)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(jī)示意
表3 方案1經(jīng)濟(jì)性分析
3臺的單機(jī)容量為3.3MW內(nèi)燃機(jī)配3臺單機(jī)制冷量為3.3MW的煙氣熱水型溴化鋰熱組(其中2臺機(jī)組為補(bǔ)燃型)。方案2裝機(jī)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(jì)性分析見表5。
方案1采用2臺由A公司生產(chǎn)的單機(jī)容量為5.75MW內(nèi)燃機(jī)配2臺單機(jī)制冷量為4.87MW的煙氣熱水型溴化鋰熱組(其中2臺機(jī)組為補(bǔ)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(jī)
方案2采用3臺由B生產(chǎn)的單機(jī)容量為3.349MW內(nèi)燃機(jī)配3臺單機(jī)制冷量為3.3MW的煙氣熱水型溴化鋰熱組(其中2臺機(jī)組為補(bǔ)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(gè)系統(tǒng)采用3臺機(jī)組,對于數(shù)據(jù)中心處于不同階段、不同時(shí)間段不同負(fù)荷時(shí)具有更加靈活的調(diào)節(jié)方式,同時(shí)供冷氣耗比方案1低,對于冷負(fù)荷需求大的數(shù)據(jù)中心來說,方案2更加適合。
從以上技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表格可以看出方案2的初投資比方案1小,機(jī)組單位造價(jià)比方案1機(jī)組單位kW造價(jià)低(總投資同時(shí)考慮上海市關(guān)于冷熱電聯(lián)供工程的補(bǔ)7貼政策);方案2項(xiàng)目資本金財(cái)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(jì)性分析
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(jià)比電網(wǎng)電價(jià)低0.2元/kW·h,僅此一項(xiàng),數(shù)據(jù)中心年運(yùn)行成本降低約1000萬元。
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(jì)發(fā)達(dá)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(diǎn),系統(tǒng)提供電能的同時(shí)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(yùn)營成本。項(xiàng)目將設(shè)為上海乃至全國數(shù)據(jù)中心采用先進(jìn)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(jì)大學(xué),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.