燃气分布式能源系统在数据中心的应用_郭甲生

1、wwv% watergasheat, c-om郭甲生，等：燃气分布式能源系统在数据中心的应用第34巻第7期冷热电联供*分布式能源可再生能源燃气分布式能源系统在数据中心的应用郭甲生，李巡案，徐振华，张丹（上海航天能源股份有限公司，上海201201）摘 要：总结数据中心的能耗特性，对燃气分布式能源系统用于数据中心的适用性、降低电 源使用效率（PlE）的作用进行探讨。结合某数据中心项目，将传统分供系统作为比校对象，对燃气 分布式能源系统的供能安全性、经济收益、节能效益、环境保护效益进行了分析。关键词：数据中心；燃气分布式能源系统；电源使用效率：供能安全中图分类号：TM61I.2文献标志码：B文章编号

2、：1000 - 4416 G014 ）07 -0A15 -03DOI:! 03608/ki.l 000-4416.2014.07.006 A # 71994-2015 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, wwv% watergasheat, c-om郭甲生，等：燃气分布式能源系统在数据中心的应用第34巻第7期收稿日期：20IJ0312；修回日期：20140530作者简介：郭甲生（1984-）.男.江西侑丰人.我 师博士从爭天然气清洁高效利用的研究工作。数据中心是实现数据信息集中处理、储

3、存、传 输、交换、管理等功能的服务平台，计算机设备、服务 器设备、网络设备、储存设备等为数据中心的关键设 备。随着各行业网络化、信息化的不断推进我国数 据中心的数ht和信息服务比快速增长，能耗成本也 0益增长据统计，我国现有各类数据中心数量约 占全球总量的13% 年耗电量已占到我国社会总用 电童的15绳左右.然而我国数据中心的绿色化水 平低,能耗普遍较高、大就数据屮心甚至还没右对能 源利用效率实施监测。数据中心的高能耗不仅增加 了企业成本还造成了能源浪费。H前，节能绿色数 据中心的设计及建设还停闕在机房设备（关键设 备、空调系统、供配电设备、通风设备、照明设备等） 的节能上W而对数据中心供能系

4、统的节能潜力 研究校为欠缺。本文对燃气分布式能源系统（以下 简称分布式系统）应用于数据中心的适用性及节能 潜力进行探讨。1教据中心能耗特性 冷负荷数据中心对制冷的需求及町靠性要求高，机房 设备发热量大，约占总发热量的80 %以上且全年 不间断运行。数据中心主机房多位于建筑内区，冷 负荷全年变化幅度小.波动范圉为o.s-i.o 电负荷数据中心电负荷全年变化幅度小波动范囤为 （）.8 IO 2分布式系统适用性及降低PUE作用适用性分析分布式系统以天然气作为燃料，利用燃气内燃 机等将天然气燃烧产生的高温气体先用于发电，然 后再利用余热供热和制冷还町提供牛活热水° 根据数据中心的负荷特点及相

5、关统计数据数据中 心冷电比常年保持在1.0l.l8-,01o对于配置燃 气内燃机发电机组、双效渓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. 因此对于数据中心项H若采取以冷定电的运行策 略，正常运行时需补充很少量的市电若采取以电 定冷的运行策略d朮运彳T时几乎完全利用燃气发 电机组的余热用于制冷不需要补燃。因此分布式 系统适用于数据中心项冃。降低PUE的作用电源使用效率(Power Usage Effectiveness,简称 NE)是评价数据中心能源利用效率的指标是数据 中心总能耗与关键设备能耗之比。PUE越接近1, 说明数据中心的能效水平及绿色化程度越高。据统 计，

6、国际上先进数据中心的PI E町达到1.7, U前国 内数据中心的Pl【E基本为2.02.5特别是中小 规模的数据中心fl卜：更高.普遍在3左右。这说明 有大皐的电能被空调系统、供配电设备、通风设备、 照明设备等消耗。工业和信息化部在工业节能“十二五”规划 中对数据中心提出了节能降耗的要求币:点作包 括研究和发彳j数据中心分级分类和皋于能耗的数据 中心准入等标准，通过建立相应机制，加强对新建数 据中心建设和既冇数据中心改造的指导，切实推进 我国数据中心的绿色化水平的提升。为了推动数据 中心的节能减排丁业节能“十二五”规划提出: 到2015年，数据中心PUE下降8%的目标。既冇、新建数据中心(采用

7、先进设计)分別采用 传统分供系统(市电十电牀动空调设备)、分布式系 统的PUE对比见表“。由表丨町知.对于既有数 据中心采用分布式系统后 PUE可由采用传统分 供系统时的2. 17降至1.92。对于新建数据中心, 采用分布式系统的Pl E比采用传统分供系统降低 0.25。表1既有、新建数据中心分别采用传统分供系统、 分布式系统的PUE对比数据中心既有数据中心新建数据中心传统分供 系统分布式系统传统分供 系统分布式 系统PUE2. 171.921.751.503实例分析程槪况将北京某新建数据中心项目作为研究对象对 分别采用传统分供系统、分布式系统的供能安全性、 经济收益、节能及环境保护效益进行对

8、比分析。该 数据中心设计电负荷为12 MW,设计冷负荷为14 MWo对于北方的数据中心项冃在冬季町直接利 用牢外新风作为冷源。冈此在冬季分布式系统的 燃久内燃机发电机组余热町用于外供，产生经济效 益。为在相同条件下对比两种供能系统的节能、环 境保护效益传统分供系统配蛙燃气锅炉房冬季用 于供热。传统分供系统配置情况：供电：双路市电，备用 柴油发电机A级中心机房柴油储存量保证72 h使 用。洪冷：电骑动冷水机组6用I备。供热:燃气 锅炉房热功率与分布式系统余热热功率接近。分布式系统配置情况:供电：4台燃代内燃机发 电机组单机发电功率为4.3 MW.3用1备,采取双 符道哄气(必要时由I.N(；应急

9、气源保障).配置双路 市电作为备用电源。供冷：4台烟气热水型溪化锂 吸收式冷水机组(以下简称吸收式机组)且具备山 燃功能3用1备;4台电驶动冷水机组作为备用. 燃气内燃机发电机组与吸收式机组采用模块化处 理，每个模块化单尤包括1台燃气内燃机发电机组 与1台吸收式机组。供能安全性故障状态下传统分供系统、分布式系统供能安 全性比较见农2。由衣2町型，分布式系统的安全 性不低于传统分供系统。表2故障状态下传统分供系统、分布式系统供能安全性比较故障状态传统分供系统分布式系统双路市电故障柴汕发电机组供 电燃气供应故障双路市电供电，电骊 动冷水机组供冷燃P内燃机发电 机纽故障収路市电供电吸收 式削财取H燃

10、运行制冷设备故障电驶动冷水机组 駅笫只能右1台 出现故障否则 不能保证供冷吸收式机组岀现故 电瞒动冷水机组 运行伸J用市电)经济收益北京地区1 10 kV非I：业类用电的分时电价 为:高峰电价1. 177元/ (kWh )，平段电价0.801 尤/ (kWh )低谷电价0. 324元/ (kWh )计算 发电收益时，电价按平均电价0. 767尤/ (kWh ) 计算分布式系统口用电量按5%计算°冷价取0.4 元/ (kWI)热价取0.314元/ (kWh )天然气 价格取2. 67 7L/m单位发电就设备维护费取0. 08 元/ (kWh )"供能系统运行时间按每年360

11、<1 每 犬24 h计算。燃气内燃机发电机组余热制冷时间 按270 <1计算，余热外供时间按90(1计算。分布式 系统年运行数据见衣3根据衣3数据进行计算, 分布式系统年经济收益为3 817 x I04元/a。表3分布式系统年运行数据名称运行数据年发电S：/ (MWhj)111 456年供冷6U (MW h a-1 )69 315.5年供热就/ (MW h L )20 999.8年耗气说/ <n? -a*1 )25 637 472节能效益将耗电就、耗气誠均折算成标准煤耗耗电戢 与标准煤耗量的折算系数取0.326 kg/ (kWh )，天 然气与标准煤耗量的折算系数取1230

12、3 kg/m 传统分供系统、分布式系统年能耗吊见表4。根据 表4数据计算,与传统分供系统相比分布式系统的 年节能量似标准煤耗计)为12 350.7 t/ao表4传统分供系统、分布式系统年能耗量供能系统年耗电就/ (MW h a1 )年耗气fit/- a'1 )传统分供系统125 319. 12 470 562分布式系统0.025 637 472环境保护效益环境保护效益主要考虑C02的滅排量。根据 国家发展改革委气候司公布的<2011年中国区域电 网丛准线排放因子，单位发电虽C02排放因子取 0.642 6 t/ (MWh )根据政府间气候变化委员会 公布的天然气缺省CO排放因子夭

13、然气的C()2排 放因子取2.019 6 kg/m根据农4数据计算得到 的传统分供系统、分布式系统C()2年排放就分别为 85 519651 777.4 t/a,分布式系统比传统分供系 统的CO?年排放量减少33 742.2 t/ao另外，燃烧 天然气与燃煤相比,S()2排放量减少近100%,NO, 排放就减少约55% 粉T排放就减少近100% .环境 保护效益显著。4结论数据中心能耗大，年运行时间长,冷电负荷较为 匹配,分布式系统适合于数据中心项目。对既冇数 据中心采用分布式系统町降低电源使用效率。采 用合理的设计分布式系统的供能安全性不低于传 统分哄系统。数据中心采用分布式系统町降低运行

14、成本，节能、环境保护效益显著。参考文献：1 谷立静周伏秋孟辉.我国数据中心能耗及能效水 平研究J.中国能源.2010.32 (11 )：42-45.2黄森.潘毅群.数据中心节能研究现状与发展C/ 全国暧通空调制冷2010年学术年会资料集.杭州： 中国建筑学会暖通空调分会.2010： 104.3 朱江于震吴剑林.典型数据中心能耗及热环境测 试分析J.发电与空UfiJ.2O12.33 6):79-83.4 仲杲华朱利伟.曹播.绿色数据中心节能设计与建 设初探J.智能建筑与城市信息.2009 (10 )：21 - 30.5 ASHRAETC9.9.数据通信设施节能最佳实践M. 任兵，曹雷鸣译.北京:

15、中国建筑工业出版社,2010： 108-120.6 杨俊兰冯刚.马一太.邹.楼宇式天然代热电冷联供 系统的应用.煤气与热力.2007,27 (1 ):56-59.7 段洁仪，冯继笛.梁水建楼宇式天然气热电冷联供 技术及应用J煤气与热力.2003.23 (6 )：337 34L8 宋怨明，李炳华，王明友，等.初探冷热电三联供系统 在A级数据中心的应用J.种能建筑电气技术. 2011 Q )：65 -68.9 宋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 - 32.1( 任华华利普尔马.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

16、J.智能建筑电气 技术.2011 6 ):57-61.Application of Gas Distributed EnergySystem in Data CenterGUO Jiasheng, LI Xunf an,XU Zhenhua, ZHANG DanAbstract: The energy consumption charactrris- lies of data center arc suinmarizcd The applicability of the gas distributed energy systrin in data center and its role to reduce power use rfTicirncy (PUE ) were discussed In combination with a data erntrr project, the comparison between the traditional energy supply system and the gas distributed enrrg system is made 9 and the energy supply security t econoinic bene