數(shù)據(jù)中心應(yīng)用天然氣分布式能源的發(fā)展

郭豐

摘 要：天然氣分布式能源與數(shù)據(jù)中心用能、用冷特性高度匹配。數(shù)據(jù)中心應(yīng)用天然氣分布式能源的方式也不斷發(fā)展。本文對(duì)最新發(fā)展的燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置的原理、應(yīng)用方式及應(yīng)用效果進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心;天然氣分布式能源;節(jié)能

0 引言

數(shù)據(jù)中心是由計(jì)算機(jī)場(chǎng)地（機(jī)房）、其他基礎(chǔ)設(shè)施、信息系統(tǒng)軟硬件、信息資源（數(shù)據(jù)）和人員以及相應(yīng)的管理制度組成的實(shí)體[1]。2020年4月，中央明確“新基建”范圍，包括5G建設(shè)、大數(shù)據(jù)中心、人工智能等七大領(lǐng)域，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在用數(shù)據(jù)中心的機(jī)架總規(guī)模已達(dá)166萬(wàn)架[2]。《“十三五”國(guó)家信息化規(guī)劃》中提到：到2018年，新建大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心電能使用效率（PUE）值≤1.5;2020年，新建大型云計(jì)算數(shù)據(jù)中心PUE值≤1.4。目前，新建數(shù)據(jù)中心PUE目標(biāo)值≤1.36。數(shù)據(jù)中心的電力負(fù)荷具有負(fù)荷密度大，電力保障要求高的特點(diǎn)，并且要求全年不間斷供冷，能耗高，占數(shù)據(jù)中心總能耗40～50%，要求空氣品質(zhì)保持溫度23±1℃，相對(duì)濕度40～55%，直徑≥0.5μm粉塵小于18，000個(gè)/dm3。燃?xì)夥植际侥茉词侵咐锰烊粴鉃槿剂?，通過(guò)冷熱電三聯(lián)供等方式實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，綜合能源利用效率在85%以上，并在負(fù)荷中心就近實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的現(xiàn)代能源供應(yīng)方式。傳統(tǒng)離散型燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)，存在占地面積大、工程投資大、安裝質(zhì)量無(wú)法保障、現(xiàn)場(chǎng)管理混亂、運(yùn)行故障多、效率低、能效無(wú)法實(shí)時(shí)直觀顯示等弊端。燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置（簡(jiǎn)稱(chēng)BCHP成套裝置）開(kāi)發(fā)的目的是為克服傳統(tǒng)燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，模塊化集成度高，占地面積小，安裝施工便捷，能源利用率高的燃?xì)饫浞植际侥茉闯商桩a(chǎn)品。具有系統(tǒng)余熱充分利用效率高、安裝和運(yùn)行成本低、穩(wěn)定運(yùn)行無(wú)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行能耗、集中管控設(shè)備廠家等優(yōu)點(diǎn)。

1 數(shù)據(jù)中心用燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置的技術(shù)原理

數(shù)據(jù)中心用燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置是由燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組將燃?xì)夂涂諝饣旌?，在氣缸?nèi)燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，膨脹推?dòng)活塞做功，帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)發(fā)電機(jī)輸出電能。內(nèi)燃機(jī)排放的高溫?zé)煔饧訜徜寤嚈C(jī)組高溫發(fā)生器內(nèi)的溴化鋰溶液，產(chǎn)生水蒸汽，夏季被冷卻水冷凝成冷劑水用于制冷，冬季直接加熱換熱管用于制熱。發(fā)電機(jī)組做功后產(chǎn)生的高溫缸套水，夏季通過(guò)溴化鋰機(jī)組低溫發(fā)生器參與制冷，冬季通過(guò)缸套水板式換熱器參與制熱。非電空調(diào)機(jī)組煙氣出口集成煙氣板交，通過(guò)換熱制取熱水，夏季進(jìn)入溴化鋰機(jī)組低溫發(fā)生器參與制冷，冬季直接參與制熱。燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置通過(guò)上述原理，同時(shí)為用戶(hù)解決建筑冷、熱、電三種能源需要。系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心能源站時(shí)，燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置可與電空調(diào)、非電空調(diào)、熱泵、太陽(yáng)能、電網(wǎng)等各種能源形成綜合能源利用模式，具有能效高、清潔環(huán)保、安全經(jīng)濟(jì)、削峰填谷等優(yōu)點(diǎn)。

2 數(shù)據(jù)中心對(duì)燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置的應(yīng)用方式

數(shù)據(jù)中心應(yīng)用燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置一般分為項(xiàng)目規(guī)范、方案設(shè)計(jì)、機(jī)房建設(shè)三個(gè)階段。但三個(gè)階段相互銜接，為不可分割的整體。具體如圖2所示。

此種應(yīng)用方式具有如下優(yōu)點(diǎn)。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)階段，收集成套裝置主要設(shè)備尺寸圖紙，通過(guò)CAD、UG、BIM 等設(shè)計(jì)軟件，精確繪制成套裝置標(biāo)準(zhǔn)二維布置圖和三維裝配圖。采用模塊化結(jié)構(gòu)，將成套裝置設(shè)計(jì)為發(fā)電機(jī)組、溴化鋰機(jī)組、溴化鋰機(jī)組一體化輸配、發(fā)電機(jī)組一體化輸配、管道元器件和能控系統(tǒng)六大模塊。其中溴化鋰機(jī)組排氣口集成有煙氣板交，與溴化鋰主機(jī)集成一體。溴化鋰機(jī)組輸配裝置為模塊化撬裝體結(jié)構(gòu)，撬裝體上集成有空調(diào)冷卻水泵、空調(diào)冷（溫）水泵、過(guò)濾集箱、止回集箱、加藥罐和軟水箱等輸配設(shè)備。發(fā)電機(jī)組一體化輸配裝置為模塊化撬裝體結(jié)構(gòu)，撬裝體上集成有發(fā)電機(jī)組冷卻系統(tǒng)所含缸套水泵、中冷水泵、過(guò)濾集箱、止回集箱、電動(dòng)三通閥、缸套水板式換熱器等輸配設(shè)備。

2.2 集中式采購(gòu)

傳統(tǒng)的燃?xì)夥植际侥茉锤髟O(shè)備相對(duì)分散，供貨廠家較多，用戶(hù)需要多次采購(gòu)，多次發(fā)標(biāo)，存在較大采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)和供貨商管理風(fēng)險(xiǎn)，增加用戶(hù)采購(gòu)、安裝協(xié)調(diào)工作量和維護(hù)管理成本。成套裝置由成套廠家統(tǒng)一供貨，通過(guò)集中式采購(gòu)，可為客戶(hù)節(jié)省采購(gòu)成本、降低設(shè)備采購(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、提高采購(gòu)效率、控制供貨周期。

2.3 工廠化制造

成套裝置采用工廠化制造，利用廠內(nèi)設(shè)備優(yōu)勢(shì)，預(yù)制成套裝置各模塊及各模塊之間的連接管道。通過(guò)工廠化制造，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)模塊化拼裝，消除系統(tǒng)分散安裝的各大弊端。

2.4 流程化安裝

成套裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)分散安裝的繁雜流程。通過(guò)工廠內(nèi)成套產(chǎn)品定型過(guò)程，制定用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)安裝流程。最終通過(guò)流程化安裝模式，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)各大模塊快速拼裝。

3 數(shù)據(jù)中心用燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置的效果

數(shù)據(jù)中心應(yīng)用燃?xì)夥植际侥茉醇苫商籽b置，能源綜合利用率大于80%，節(jié)能率大于20%，優(yōu)于GB/T 36160.1-2018《分布式冷熱電能源系統(tǒng)技術(shù)條件第1部分：制冷和供熱單元》節(jié)能要求。降低能耗水平，有效降低PUE，節(jié)省運(yùn)行成本。多一種供電方式，提升供電可靠性。天然氣清潔能源、環(huán)保節(jié)能、減少污染物排放。

上海某數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，占地100畝，項(xiàng)目擬建設(shè)4棟獨(dú)立數(shù)據(jù)中心及1棟辦公樓，總計(jì)超過(guò)4000個(gè)機(jī)架，容納約10萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。采用燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)2.5MW發(fā)電機(jī)X4臺(tái)+BZHE300-LNX4臺(tái)（已投運(yùn)2臺(tái)套），節(jié)省運(yùn)行能耗955t油當(dāng)量，年減排CO2 3008t，相當(dāng)于種樹(shù)：16.4萬(wàn)棵/年。

重慶某項(xiàng)目占地11.4km2，整體建成后將形成81.5萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器規(guī)模。制冷功率25586kW，發(fā)電功率934680kW，年節(jié)能7100t油當(dāng)量，年減排CO2 21500t，相當(dāng)于種樹(shù)1175000棵。

廣東某項(xiàng)目，安裝機(jī)型4.4MW發(fā)電機(jī)X4臺(tái)+BHE400-dX4臺(tái)（已投運(yùn)2臺(tái)套），節(jié)省運(yùn)行能耗5300t油當(dāng)量，年減排CO2 16000t，相當(dāng)于種樹(shù)86.4萬(wàn)棵/年。

4 結(jié)束語(yǔ)

雖然數(shù)據(jù)中心應(yīng)用天然氣分布式能源存在部分地區(qū)市場(chǎng)天然氣價(jià)格過(guò)高、并網(wǎng)手續(xù)比較難辦理、國(guó)內(nèi)燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)鑒定要求還有待完善等問(wèn)題?；谔烊粴夥植际侥茉吹膬?yōu)點(diǎn)以及其與數(shù)據(jù)中心用能特性的高度匹配，相信隨著技術(shù)的發(fā)展和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，燃?xì)饫錈犭娙?lián)供系統(tǒng)應(yīng)用方案不斷完善，數(shù)據(jù)中心應(yīng)用天然氣分布式能源的規(guī)模會(huì)不斷擴(kuò)大。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 32910.1-2017.數(shù)據(jù)中心資源利用 第1部分：術(shù)語(yǔ)[S].北京：國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2017.

[2]工業(yè)和信息化部信息通信發(fā)展司.全國(guó)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用發(fā)展指引（2018）[R].工業(yè)和信息化部信息通信發(fā)展司，2019.