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        結(jié)合天然氣分布式能源站的應(yīng)用解讀數(shù)據(jù)中心評級標準

        2018-01-08 08:43:16宋天琦
        上海節(jié)能 2017年12期
        關(guān)鍵詞:供冷評級數(shù)據(jù)中心

        宋天琦

        上海航天能源股份有限公司

        結(jié)合天然氣分布式能源站的應(yīng)用解讀數(shù)據(jù)中心評級標準

        宋天琦

        上海航天能源股份有限公司

        本文通過對目前國內(nèi)數(shù)據(jù)中心評級使用的兩套主流標準體系的最新版進行分析梳理,重點研究討論其中關(guān)于供電系統(tǒng)和供冷系統(tǒng)配置的要求,以期結(jié)合天然氣分布式能源站的自身特點,從比能源站自身更宏觀的角度,解讀將天然氣分布式能源站應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心時不可忽視的設(shè)計要求。為天然氣分布式能源站在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用尋找更佳的解決方案助力。

        天然氣分布式、數(shù)據(jù)中心、評級、標準體系

        科技發(fā)展使數(shù)據(jù)中心正成為一種越來越具發(fā)展前景的產(chǎn)業(yè)。同時,廣泛作為高能耗型建筑,其供能系統(tǒng)與新興天然氣分布式能源站應(yīng)用的結(jié)合也引來了廣泛的關(guān)注。然而,數(shù)據(jù)中心對高可靠性和高可用性的追求及其對評級的需求,難免使最終設(shè)計引入天然氣分布式能源站的供能系統(tǒng)方案略顯臃腫。為使此類方案得以進一步優(yōu)化和合理精簡,本文結(jié)合天然氣分布式能源技術(shù)特點,對數(shù)據(jù)中心主流評級體系進行分析研究與歸納,以促進此類方案的優(yōu)化。

        1 數(shù)據(jù)中心評級標準體系概述

        當今世界已有多家機構(gòu)發(fā)布了數(shù)據(jù)中心的評級標準體系,如TUI、ASHRAE、TGG、AFCOM、TIA、ISO、BICSI、EN等。但目前我國國內(nèi)參考較多且較為認可的主要有兩個標準:ANSI/TIA-942-B和GB50174,且均于今年推出了新版本。本文將就這兩套數(shù)據(jù)中心標準規(guī)范的最新 版,ANSI/TIA-942-B-2017和 GB50174-2017,進行分析研究。

        ANSI/TIA-942-B-2017是美國國家標準學(xué)會電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會推出的一套數(shù)據(jù)中心標準規(guī)范,引用了Uptime Institute的四個級別:Tier I、Tier II 、Tier III 、Tier IV ,級別要求從I到IV依次升高。GB50174-2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計規(guī)范》則是我國國標GB50174-2008《電子計算機機房設(shè)計規(guī)范》的升級版,其中列出數(shù)據(jù)中心的三個級別C、B、A,級別要求從C到A依次升高。

        鑒于評級對于數(shù)據(jù)中心商業(yè)價值的巨大影響,若要對數(shù)據(jù)中心的供能系統(tǒng)進行改變創(chuàng)新,不僅需要探討改變的技術(shù)可行性,還要顧及主流數(shù)據(jù)中心評級標準體系對各級數(shù)據(jù)中心的要求。

        2 天然氣分布式能源與數(shù)據(jù)中心供能系統(tǒng)的契合度分析

        數(shù)據(jù)中心的能耗主體為其IT設(shè)備,其電負荷和冷負荷比例接近1。用于數(shù)據(jù)中心的天然氣分布式能源站通常也能實現(xiàn)約44%左右的發(fā)電效率和約46%左右的余熱利用效率,當采用COP在1左右的溴化鋰吸收式制冷機組時,其供電供冷比例也接近于1,二者供電供冷比例相當??杀WC能源利用的充分性和穩(wěn)定性。

        另一方面,數(shù)據(jù)中心對可用性高標準的追求,也使得實現(xiàn)能源站優(yōu)良經(jīng)濟性的超長時間運行條件成為可能。

        3 數(shù)據(jù)中心評級標準體系研究分析

        天然氣分布式能源融入數(shù)據(jù)中心供能系統(tǒng),主要是影響到其供電系統(tǒng)、供冷系統(tǒng)。因此,雖然數(shù)據(jù)中心的評級內(nèi)容涉及各個專業(yè),本文僅對其中與供電、供冷系統(tǒng)關(guān)聯(lián)較大的內(nèi)容進行分析研究。

        如果主電網(wǎng)十分可靠,或數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)敏感性要求較低、不嚴格要求數(shù)據(jù)的實時可讀取性,則數(shù)據(jù)中心設(shè)施的有效性百分比將降低,它們會被歸類為Tier I、Tier II或GB-C級。但當前趨勢下,新建數(shù)據(jù)中心的級別趨向更高級別發(fā)展。因此本文的討論也側(cè)重于Tier III、Tier IV以及GB-B、GB-A級。

        3.1 供電系統(tǒng)相關(guān)要求

        常規(guī)數(shù)據(jù)中心的供能系統(tǒng)能量輸入,幾乎全部依靠電力。只有一些數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)在設(shè)計時會引入一些自然冷卻技術(shù),然而其設(shè)備的自耗能源仍多以電能為主。典型的數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)由中壓配電、變壓器、低壓配電、不間斷電源、末端配電以及發(fā)電機組等設(shè)備組成。不間斷電源的作用主要是應(yīng)對市電中斷、發(fā)電機啟動前的能量供應(yīng),確保用電負載的持續(xù)供電。發(fā)電機組的主要作用則是市電中斷時立即啟動為負載提供持續(xù)、穩(wěn)定的電力供應(yīng)。數(shù)據(jù)中心在獲取市電、配UPS同時,會為一些電源要求較高的用戶配置柴油發(fā)電機組作為備用電源,以保證供電系統(tǒng)的可靠性和可用性。

        數(shù)據(jù)中心所擁有的提供持續(xù)電源和應(yīng)急電源的設(shè)備數(shù)量以及這些環(huán)節(jié)的設(shè)計方案是決定它們屬于哪一等級的重要因素。結(jié)合數(shù)據(jù)中心典型供電系統(tǒng)模型和標準中的各級要求,分析整理結(jié)果見表1。

        新建設(shè)的數(shù)據(jù)中心通常都會達到Tier IV、Tier III級別或GB-A、GB-B級別。由表1可見,在這種級別要求下,數(shù)據(jù)中心需采用雙路市電(自同一或不同變壓器),同時配置1到2組備用持續(xù)電源。傳統(tǒng)配置中,備用持續(xù)電源均采用柴油發(fā)電機組。當引入天然氣分布式能源站時,首先是改變了其持續(xù)電源的配置狀況。

        應(yīng)急備用電源UPS部分的配置,則受天然氣分布式能源站引入的影響相對間接。兩個標準對其的具體要求參見表2。可根據(jù)不同等級的數(shù)據(jù)中心設(shè)計對該部分的可用性和可靠性規(guī)劃選擇不同的供配電系統(tǒng)UPS方案。

        此外,與供電系統(tǒng)相關(guān)的還有對數(shù)據(jù)中心主要終端用電設(shè)備(如IT設(shè)備、電制冷機等)采用單源型或雙源型的要求。GB50174-2017 中沒有就此明確列出,但ANSI/TIA-942-B-2017對此進行了具體說明,參見表3。

        3.2 供冷系統(tǒng)相關(guān)要求

        就數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)而言,雖然蒸發(fā)冷卻和液體冷卻技術(shù)在加速發(fā)展,但當前,以水為載

        冷劑帶自然冷卻的冷凍水機組的應(yīng)用還是大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的主要選擇。它具有集中冷源、能耗較低、技術(shù)成熟穩(wěn)定等特點,應(yīng)用深入人心。冷凍水供冷系統(tǒng),使數(shù)據(jù)中心的供冷系統(tǒng)與天然氣分布式能源的余熱制冷融合成為可能。

        T i e r I T i e r I I T i e r I I I T i e r I V單路供電 單路供電 雙路供電,允許同一變電站,允許自備電源雙路供電,來自不同變電站的主路,允許自備電源單機配置可不配柴發(fā) 串聯(lián)冗余 并聯(lián)冗余(N+1) 分布式冗余 2 N或2(N+1)雙系統(tǒng)冗余G B-C G B-B G B-A單路電源兩回線路供電雙重電源供電,無需備用電源雙重電源供電,供電網(wǎng)絡(luò)中獨立于正常電源的專用饋電線路可做備用電源僅滿足基本配置 冗余(2路市電) 冗余(1路市電一路柴發(fā)) 冗余加同時維護 兩路市電,柴發(fā)N+1

        表2 不同等級數(shù)據(jù)中心對UPS系統(tǒng)的要求

        表3 不同等級數(shù)據(jù)中心對制冷設(shè)備的電氣功能要求

        總結(jié)兩個標準中對數(shù)據(jù)中心的供冷系統(tǒng)及其設(shè)備配置的要求,可以歸納出大型數(shù)據(jù)中心的供冷系統(tǒng)主要設(shè)備(如冷水機組、泵等)的配置數(shù)量只要達到N+1臺即可。對于Tier IV和GB-A級別的大中型數(shù)據(jù)中心,應(yīng)采用雙供雙回。此外,常規(guī)采用的電冷機具有雙路供電接口,推及天然氣分布式能源的溴化鋰余熱制冷機組也宜設(shè)計雙路熱源管路匯入機組入口(見表4)。

        表4 不同等級數(shù)據(jù)中心對制冷系統(tǒng)的功能要求

        4 結(jié)語

        針對現(xiàn)有的引入天然氣分布式能源站的數(shù)據(jù)中心供能系統(tǒng)實例,其除去分布式能源站后的部分與未引入分布式能源站之前并無區(qū)別,均存在優(yōu)化和精簡的空間。望本文結(jié)合天然氣分布式能源站應(yīng)用的評級標準的歸納解讀可給今后數(shù)據(jù)中心帶有天然氣分布式能源站的供能系統(tǒng)方案的設(shè)計提供一些新的思路和便利。

        “綠色技術(shù)銀行”在上海宣告成立

        日前,《聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新高級別研討會》傳出信息,在上海成立的綠色技術(shù)銀行已進入試運行階段,注冊成立了35億元規(guī)模的綠色技術(shù)成果轉(zhuǎn)化基金,將為促進全球節(jié)能環(huán)保技術(shù)的轉(zhuǎn)移和產(chǎn)業(yè)化作出貢獻。

        為落實《聯(lián)合國2030可持續(xù)發(fā)展議程》,我國政府決定在上海建設(shè)綠色技術(shù)銀行,主要服務(wù)于綠色技術(shù)的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。目前,綠色技術(shù)銀行正在建設(shè)3個平臺。信息平臺已上線試運行,主要包含成果庫、需求庫、專家?guī)?,為各類主體提供信息支持。轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化平臺旨在構(gòu)建一個網(wǎng)絡(luò)體系,對接高校和研究機構(gòu)的技術(shù)轉(zhuǎn)移部門,并與國家科技評估中心、環(huán)保部環(huán)境認證中心、中國國際技術(shù)轉(zhuǎn)移中心等達成合作意向,將搭建一批國際轉(zhuǎn)移機構(gòu)和中心。金融平臺已初具規(guī)模,在國家科技成果轉(zhuǎn)化引導(dǎo)基金支持下,上海市創(chuàng)業(yè)投資基金等出資35億元成立了綠色技術(shù)成果轉(zhuǎn)化基金。

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