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巨人网络数据中心分布式能源技术方案简介四川大通睿恒能源有限公司二一七年二月目录1.概述12.电力系统12.1.电力系统概况12.2.电力接入设想13.电冷负荷23.1.基础计算条件23.2.数据中心用电、用冷需求分析34.技术方案44.1.装机容量44.2.方案系统54.3.能源站建设54.4.设备选型64.5.年供能分析84.6.蓄冷模块84.7.烟风系统94.8.通风系统95.燃料系统105.1.主要燃料需要量105.2.主要燃料运输方式106.环境保护106.1.污染防治措施106.2.环境影响评价127.消防137.1.消防系统138.定员配置及管理148.1.组织架构及配置148.2.人员管理159.项目实施轮廓进度1610.项目合作模式1711.项目收益1711.1.经济收益1711.2.安全收益1811.3.社会效益1812数据中心分布式能源初步技术方案1. 概述巨人网络数据中心位于上海市松江区中凯路东侧广富林路北侧巨人网络园区内，占地面积约15000平米，建筑面积约25000平米，建筑高度约25米，地下一层，地上四层。建筑为两栋连体建筑，一栋为电子游戏竞技馆，另一栋为数据中心。数据中心预计提供3000-3500个机柜的云计算服务能力。本项目拟建设分布式能源站，为巨人网络数据中心提供冷、电供应服务。云计算中心作为特殊的用能客户，用电量大，冷负荷高，云计算中心的运行和发展对电力的供应和保障能力有严格的要求。项目拟采用燃气分布式冷热电分布式供能系统作为主供能系统，为计算中心提供日常运行所需的绝大部分电力和冷量，以达到节约能源、减少污染物排放的目的。2. 电力系统2.1. 电力系统概况巨人网络数据中心预设置40000KVA的变压器。2.2. 电力接入设想本分布式能源项目考虑“自发自用余电上网”的电力接入和运行方式。能源站内设燃气发电机组，发电机出口电压10.5kV，接入数据中心10kV配电母线，与市电并网。本阶段暂不做这方面详细的接入方案，待项目可行性研究阶段再详细设计，但最终的接入系统方案以电力部门接入系统审查意见为准。3. 电冷负荷3.1. 基础计算条件3.1.1. 室内计算参数云计算中心IT机房所需具体温、湿度和通风要求如表3-1所示。表3-1温、湿度和通风参数设定要求参量功能干球温度（）相对湿度（%）新风量m3/h.p或新风换气量（次/h）夏季冬季夏季冬季40（1次/h）数据机房222422244060406040（1次/h）UPS、电池室202520254060406040（1次/h）变电所、配电间202620264065306040（1次/h）值班室242818224065306040（1次/h）注：主机房需维持510Pa正压，所有设置气体自动灭火的房间均设事故后排风系统排除灭火后的废气，排风量6次/h。根据电子信息系统机房设计规范GB50174-2008，A级机房的技术要求，本项目机房室内空调主要计算参数温度、湿度、新风等如表3-2所示：表3-2：巨人网络数据中心机房室内空调主要计算参数房间类型设计温度相对湿度新风允许噪声%m3/hpdB数据机房冷通道1823；热通道2831；5040653.1.2. 其他数据中心空调冷冻水供水温度12，回水温度18。能源站空调水系统接入原数据中心蓄冷罐，之间不设换热器，能源站内冷冻水直接通过冷水管网输送至数据机房内，供机房空调制冷。3.2. 数据中心用电、用冷需求分析3.2.1. 电力负荷需求估算方法一：依据巨人网络变压器用电总容量40000KVA，估算原数据中心电源系统额定功率及IT设备总负荷功率，见表3-3。表3-3 数据中心原用电量情况项所需数据用电量计算电源系统额定功率用电总容量：40000KVA2N配置：40000*0.9/2=18000（KW）IT设备总负荷功率用电总容量：40000KVA2N配置：18000/1.6=11250（KW） 依据巨人网络数据中心对市电的2N配置要求，估算得出原数据中心电源系统额定功率为：18000KW，IT设备总负荷功率为：11250KW。方法二：依据巨人网络数据中心3000个5KVA的标准机柜的云计算服务能力规划估算原电源系统额定功率及IT设备总负荷功率，见表3-4。表3-4 数据中心原用电量情况项所需数据用电量计算IT设备总负荷功率标准机柜：3000个5KVA0.60.8*3000*5=900012000（KW）电源系统额定功率900012000*1.6=1440019200（KW）分析总结：通常IT设备用电量占云计算中心用电量的一半以上，随着云计算中心的节能降耗需求的不断提升，这个比例还将提高。IT设备用电量与IT设备的系统结构、功能、用途、工作状态及所有电子元件有关，其实际电耗需在额定电耗的基础上加以修正，考虑同时使用率、利用率及工作负荷等因素。由以上两种估算方法的结果看出，当原数据中心达到满负荷后，电源系统额定功率应可达到1440019200KW。在2N配置的前提下，即使标准机柜的电耗提升最多也不超过18000KW。而当数据中心使用本天然气分布式能源供电、供冷时，将会节约原电制冷用电量。所以在2N配置的前提下，本天然气分布式能源项目的供电量应为：900011250*1.3=1170014625KW。3.2.2. 冷负荷预测本项目原数据中心冷负荷需求估算，如表3-5所示：表3-5原数据中心设计供冷能力项所需数据冷负荷计算IT设备IT设备总负荷功率：900011250KW900011250（KW）带电池的UPS电源系统额定功率：1440018000KWIT设备总负荷功率：900011250KW1440018000*4%+900011250*6%=11161395（KW）配电系统电源系统额定功率：1440018000KWIT设备总负荷功率：900011250KW1440018000*2%+900011250*2%=468585（KW）照明设施建筑面积：25000m225000*20/1000=500（KW）建筑维护结构建筑面积：25000m225000*50/1000=1250（KW）通风及其它不计合计1233414980KW即本项目数据中心供冷负荷应为1233414980KW。4. 技术方案4.1. 装机容量分布式能源系统主要由燃机发电设备、余热利用设备、其他供能补充设备和相关辅助设备等构成。目前应用较多的燃气发电设备主要有燃气轮机和燃气内燃机；余热利用设备主要有烟气热水型溴化锂制冷机、蒸汽热水型溴化锂制冷机、烟气溴冷机、蒸汽溴冷机、热水型溴冷机、蒸汽余热锅炉、热水型余热锅炉等；其他设备主要包括燃气直燃机、燃气锅炉、热泵、电制冷机等。因用能需求特性和环境资源条件，不同项目宜采用不同系统配置方式。 本项目拟满足巨人网络数据中心满负荷时平峰段的电负荷14625kW、冷负荷14980kW，结合内燃机的机型等级选择能源站装机方案如下： 4*4300KW级别的燃气内燃机发电机组+4*4000KW烟气热水型的溴化锂机组。依据数据中心负荷情况可分两期建设，一期装机2*4300KW级别的燃气内燃机发电机组+2*4000KW烟气热水型的溴化锂机组。 机组运行在90%左右，即能满足数据中心满负荷时平峰段的电负荷、冷负荷需求。剩余的电量和热量可供应园区内电力、游泳池热负荷平峰段的需求，谷段停机。4.2. 方案系统本项目采用分布式能源系统。采用燃气内燃机作为原动机，燃烧天然气产生电力，发电机组与市电并网运行，并网，上网。内燃机的烟气及缸套水进入吸收式制冷机组的高温发生器制冷（或供热），然后低温烟气经烟道排入大气，降温后缸套水回到内燃机继续循环使用；内燃机的缸套水也可进入经过换热设备提供生活热水。整个发电制冷制热系统如图4-1所示：图4-1 分布式能源系统图4.3. 能源站建设由于本项目能源站主要为数据中心服务，为了减少电传输和冷传输距离，减少能源损失，为此能源站位置拟设于数据中心建筑物内。能源站占地面积约2000m2。数据中心空调冷冻水供回水温度12/18。能源站空调水系统接入原数据中心蓄冷罐，之间不设换热器，能源站内冷冻水直接通过冷水管网输送至数据机房内，供机房空调制冷。 具体依据项目实际情况，以最终的设计为准。4.4. 设备选型本项目按方案进行设备选型。能源站主机设备详见表4-1、4-2。 表4-1 能源站燃气发电机性能分析表燃气发电机型号总发电量kw17200台数4序号名称及符号单位数据1发电量kW43002发电效率%45.43燃气耗量Nm39704湿排烟量kg/h241265排烟温度3686缸套水流量m/h89.27缸套水出水温度 958缸套水回水温度749年平均能源综合利用率0.8944 表4-2能源站烟气热水型制冷机组性能分析表机型总制冷量16000台数4内容单位数据单台制冷量kW4000冷水系统冷温水进温度1812冷水流量m3/h583.7水室承压MPa1连接管尺寸mm250冷却水系统冷却水进/出口温度3338冷却水流量m3/h1392水室承压MPa1连接管尺寸mm400烟气系统湿烟气量kg/h24126烟气进/出口温度368120烟气连接管尺寸mm800缸套水缸套水流量m3/h89.2缸套水进/出水温度9574连接管尺寸mm125电功率电源VHz380503电源容量kVA36.4注： 1.冷温水侧和冷却水侧污垢系数：0.0001m2h/kcal（0.086m2k/kw）。 2.冷水、冷却水、缸套水系统的水室承压均为1.0MPa。3.冷水最低出口温度5,冷却水入口温度范围为1534。 4.冷温水、冷却水流量允许调节范围为60100%，制冷量控制范围为25100%。5.冷水、冷却水水质执行GB/T18362-2008标准，天然气标准执行GB17820-1999标准。6.需在冷温水、冷却水系配管的溴化锂机组入口侧2米内，加装约10目左右的过滤网。7. 烟气热水机的参数为估算，请以最终详细选型为准。除燃气发电机组，烟气热水型制冷机组外，还需要冷冻水循环水泵、冷却水循环水泵、冷却塔、水处理及补水设备，各设备参数及数量汇总如表4-3所示： 表4-3：能源站主要设备表序号设备名称设备参数单位数量备注1燃气发电机组台4发电量4300kW燃气消耗量970m3/h发电效率45.4%辅助设备电功率（kw）100 2烟气热水型制冷机组台4制冷量4000kw冷冻水侧供回水温度12/18度冷冻水流量：583.7m3/h冷却水侧供回水温度33/38度冷却水流量：1392m3/h电功率（kw）20运行重量57t3冷冻水循环泵Q=670m3/h，H=38m台54用1备电功率（kw）110 4冷却水循环泵Q=1500m3/h，H=30m台54用1备电功率（kw）132 5冷却塔循环水量=1500m3/h台54用1备电功率（kw）45 4.5. 年供能分析5.5.1投运负荷预测 本项目供能负荷随数据中心投运后服务器数量的增加而增加，直到全部机房均使用达到满负荷。5.5.2本项目达产后主要技术指标表5-3能源站总的主要技术指标表序号项目单位数值1项目占地面积20002供电量KWh146253供冷量KWh149804年供电量（330天、16h/天）万KWh77225年供冷量（330天、16h/天）万KWh79096年燃气消耗量（330天、16h/天）万m323237年平均能源综合利用率%83 4.6. 蓄冷模块应急冷源系统作为数据中心的重要组成部分，对于保障数据中心的安全起到至关重要的作用。为保障数据中心供冷的安全可靠性，数据中心机房必须设置相应的应急冷源系统。本项目能源站作为数据中心冷源的一部分，直接利用原有数据中心蓄冷罐，用以保障数据中心的连续供冷，兼顾考虑溴冷机故障应急备用及发电系统与市电的切换、电冷机和溴冷机供冷切换等情况。该系统中水蓄冷的作用是在三联供系统启动和停运时，可利用水蓄冷罐进行缓冲，做到系统间的平稳切换无缝对接。在三联供系统故障时，可保证20 分钟的冷量需求，给电制冷系统从启动到满负荷运行提供保障。水蓄冷装置在三联供正常运行阶段可作为冷水系统的一部分参与冷水的循环，该种运行方式可保证水蓄冷罐内的水始终保持在 12左右。当三联供系统停运时可切换至释冷泵送水，在三联供系统启动时，蓄冷罐参与冷水系统的循环，当溴冷机的出水温度达到 12时，电制冷系统逐渐减负荷，改由三联供系统供冷，该系统中的释冷泵应具有两路电源的保证措施。4.7. 烟风系统燃气轮机的排烟为有压烟气，其可直接送入余热制冷机进行换热，烟气通过发生器，为制冷机提供热源后，烟气温度降低到约120，然后通过烟囱排入大气。4.8. 通风系统通风系统用以提供燃烧设备运行时需要的助燃空气、消除设备及烟道等散发出的热量、满足操作人员人体需要的新鲜空气量。同时保持机房的通风换气量，还可以防止可燃气体在机房内积聚，防止事故发生。本项目内燃发电机主要燃料是天然气，机组正常运行时房间内的通风量计算考虑内燃发电机工作时需要的助燃空气量，当燃气压力在0.20.4MPa时，房间的换气次数按如下要求设置：发电机运行时时，发电机房平时机械通风换气次数按照6次/小时；发电机停机但总燃气阀开时，发电机房平时机械通风换气次数按照6次/小时，停机但总燃气阀关时，发电机房平时机械通风或自然通风换气次数按照3次/小时；当燃气发生泄漏，事故时机械通风换气次数按照12次/小时设计。本项目通风系统与其他类型通风系统分开，并且采用防爆型的排风设备，事故风机应设备用电源。5. 燃料系统5.1. 主要燃料需要量本项目的燃气内燃机采用单燃料天然气。初步计算，机组满负荷运行时，小时最大天然气耗量为4400Nm3/h，年总需求量为2323万Nm3（运行总天数330天，每天16小时）。5.2. 主要燃料运输方式该项目使用的天然气引自市政燃气管道，引入本项目后需加设燃气调压站，调压站布置在数据中心指定的位置。天然气接入不设置储气设施，通过调压后分别送至用气设备（内燃机和溴化锂制冷机）进口。根据用气设施对燃气品质的要求，在调压柜内设置调压、计量、过滤设施。保证燃烧器入口燃气品质、压力符合要求。6. 环境保护6.1. 污染防治措施能源站污染物主要有废气(烟气)、废水和设备运行噪声。6.1.1. 废气1）本项目燃料采用天然气，利用清洁能源发电和供冷。2）为降低NOx的排放量，本项目燃机选择低氮燃烧器，在余热锅炉尾部加装烟气热回收装置，同时预留脱硝装置，确保污染物排放满足火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)中天然气燃气轮机组标准。3）为了便于能源站对大气污染物排放的管理和环保行政部门的监督，根据国家规定，本项目将安装烟气连续监测系统(CEMS)，以监控SO2、NOx等污染物的排放，为运行管理和环境管理提供依据。6.1.2. 污水排放措施水源：本项目的冷冻水补充水、冷却水补水、消防给水和生活用水等拟采用市政自来水。能源站排水系统主要包括生活污水、工业废水、雨水三部分，采用完全分流制。1）生活污水本项目产生的生活污水经生活污水管网排入市政污水排水管网。2）工业废水本项目工业废水不含有任何有毒、有油物质，可以直接排入园区的排水管网内。3）雨水无。6.1.3. 噪声本项目噪声治理措施的设想是：首先从声源上开始控制，对设备生产厂家提出严格的噪声控制的要求，采用符合国家规定噪声标准的设备，尽可能选用低噪声设备；对于部分高噪声设备和声源上无法根治的生产噪声采取有效的隔音、消声等噪声控制措施，安装消音器和隔声罩等。为控制本项目设备噪声对环境的影响，有必要对噪声问题突出的设备，如燃气轮机、发电机、机力通风冷却塔、天然气调压阀和主变压器等采取必要的隔声降噪措施，建议采取如下控制措施：为降低厂区环境噪声，除选用低噪声设备外，燃气轮机-发电机组(选择有隔音罩的)、各种风机、各种水泵、空气压缩机等必须采取室内布置，采用隔声门窗，通向室外的门应设计隔声门斗，通风道应有隔声减振措施。优化厂区总平面布置，对整个厂区的总平面布置考虑噪声因素，尽量避免将机力通风冷却塔等室外高噪声设施布置在声环境敏感区一侧，对厂区建筑物和绿化的隔声、消声、吸声作用进行优化等降低能源中心噪声的措施，使能源中心运行噪声对厂界的影响降至最低程度。6.1.4. 绿化及环保管理厂区绿化以发挥绿化功能、防治污染和美化环境为原则。在厂区总平面布置中因地制宜地绿化。根据国家能源局颁布的火电厂环境监测管理规定（DT/T382-2010），能源中心需设置环境保护机构和配备专职工作人员，环境保护管理人员不少于2人，下设环境监测站并配备必要的仪器设备。6.2. 环境影响评价本项目采用清洁燃料天然气为燃料，属冷热电三联供项目，符合国家政策，所采取的环境保护措施先进、可靠、可行，能有效控制污染物对环境的影响，从环保角度初步考虑是可行的。项目将委托专业公司编制环评报告，并按建设程序进行评审。7. 消防7.1. 消防系统7.1.1. 给排水消防设计根据要求，本建筑设有室内消火栓系统、室外消火栓系统、干粉灭火器，局部设置自动喷水灭火系统、气体灭火系统。室内消火栓系统不分区，消火栓管道呈环状敷设。消火栓的布置保证同层有两股水枪的充实水柱（不小于13m）同时到达室内任何部位。室外消火栓由园区室外消防统一考虑。发电机间做七氟丙烷无管网气体灭火设备。制冷间做自动喷水灭火系统，水源来自于消防水池，报警阀集中做在消防水泵房内。控制室、高、低压配电间、发电机间按照E(A)类火灾中危险级设置磷酸铵盐灭火器，单具灭火器最小配置灭火级别为55B，单位灭火级别最大保护面积为(1m2/B)，手提式灭火器最大保护距离12.0m，选择手提式磷酸铵盐灭火器型号为MF/ABC4；其他房间按照A类火灾中危险级设置磷酸铵盐干粉灭火器，单具灭火器最小配置灭火级别为2A，单位灭火级别最大保护面积为75.0(m2/A)，手提式灭火器最大保护距离20.0m，选择手提式磷酸铵盐灭火器型号为MF/ABC3。以上所有消防器材与设备需经中国消防产品质量检测中心和省市消防建审部门和设计单位认可。7.1.2. 电气消防能源站布置内燃机组、溴化锂机组等设备，厂房属于丁类厂房。参照锅炉房设计规范GB50041-2008 与建筑设计防火规范GB50016-2014，我们考虑了如下措施：1）燃机间设有可燃气体浓度报警装置，当可燃气体浓度达到爆炸下限的20时报警并启动轴流风机，达到25时关闭主燃气阀。2）各层均设两个出入口，内燃机及溴化锂制冷机间通向室外的门向外开，房间泄压面积与占地面积之比不小于10。3）本中心为二类防雷建筑物，屋面明设避雷带，所有进出建筑物的金属管道、建筑物内所有设备的金属外壳、电缆、导线的金属套管等均应可靠接地。烟囱设避雷针。4）控制室、高低压配电室、发电机室等设应急照明灯。5）电缆敷如设在桥架上，尽量避开烟道、热水管道和其它载热体表面辐射。7.1.3. 施工消防建筑工程开工前编制施工组织设计、施工现场消防安全措施及消防设施平面图。施工现场必须配备消防器材，做到布局、选型合理。要害部位应配备不少于4具灭火器材，要有明显的防火标志，并经常检查、维护、保养，保证灭火器材灵敏有效。施工现场设置明显的防火宣传标志。组织施工现场的义务消防队员，定期组织教育培训及演练。在每个施工期变压器附近各配置手提式磷酸铵盐干粉灭火器两具，推车式磷酸铵盐干粉灭火器一辆以及砂箱两个。8. 定员配置及管理8.1. 组织架构及配置 组织架构图： 定岗定编一览表：定岗定编一览表项目部经理站长、技术员专业划分电气专业空调专业机务专业电控专业定编人数3311在岗人数缺岗人数运行姓名工作职责工作标准工作权限(见标准)姓名工作职责工作标准工作权限(见标准)姓名工作职责工作标准工作权限(见标准)姓名工作职责工作标准工作权限(见标准)维护8.2. 人员管理 1）人员队伍的建设(1) 根据管理制度，新进员工进行入职、岗位、专业、体系和持续内部培训，选用具备高素质、综合能力强的人员上岗。(2) 由专业工程师进行面授培训及兄弟项目实习培训，考评学习情况。(3) 根据项目建设进度，运行人员提前到岗，熟悉现场的设备、工艺系统、系统图册、相关制度、规范规程等培训，在指导下全程参与单机、分