摘要：数据中心对冷负荷和电负荷要求较高且二者需求量基本一致，燃气分布式能源系统具有环保高效的优点，且燃气内燃机所发电量与配套余热设备制冷量接近1：1，所以分布式能源在数据中心供能方面非常适用。针对某数据中心的天然气分布式项目进行了装机方案，同时进行了投资收益分析，项目是可行的。
关键词：数据中心；燃气分布式；节能
1 绪论
式实现能源的综合利用，能源利用效率达到70%以上，并在负荷中心就近实现能源供应及现代能源供应方式，是天然气高效利用的重要方式。《国家中长期科学和技术发展计划纲领》中指出，将分布式供能系统技术作为与氢能、核能等并列的4 项能源领域的前沿技术。2011 年10 月四部委的《发展天然气分布式能源指导意见》指出“十二五”期间我国将建设1000 个左右天然气分布式供能项目。2016 年5 月国家发改委、能源局发布的《能源技术革命创新行动计划（2016~2030 年）》中明确：“要重点发展分布式能源、电力储能、工业节能、建筑节能、交通节能、智能电网、能源互联网等技术”。
本文结合某数据中心机房（满足UPTIME TierⅢ标准）案例对天然气分布式能源在数据机房的应用情况进行分析，从分布式能源系统的安全性、经济性和环保性论述天然气分布式能源在数据中心的适用。
2 项目概况
数据中心共安装450 台数据机柜，每台机柜的运行功率为8kW，电负荷合计为3600kW；数据中心总的冷负荷为4300kW。根据设计要求，建设标准为Uptime Institue 《Data Center Site Infrastructure Tier Standard》 TierⅢ标准。
燃气冷热电三联供系统（数据中心）的设备配置原则如下：
（1）满足在线维护的要求。即任何设备、管道、阀门等损坏时，在不耽误为数据中心供能的情况下，应可以在线维护检修。
（2）根据Uptime TierⅢ设计要求，燃气发电机组作为主电源时，设备的台数按照N+1 设置，即一台备用。
（3）双路市电备用：供给数据机房的备用电源为双路市电。
（4）UPS 备用电源：如果燃气发电机组出现故障，在切换到市电的过程中，可由UPS 提供15min 的电源。
（5）烟气热水型溴化锂吸收式机组按100%补燃考虑，在发电机停运时，可以通过补燃保证数据中心的冷负荷供应。
（6）设置电制冷机机组，常规情况下为其他提供冷量。燃机或溴化锂事故工况下，电制冷机组优先为数据中心供冷。
（7）辅助设备的台数按照N+1 设置。
3 系统设置及运行情况
3.1 装机方案及运行原则
规划安装3（2 用1 备）台2000kW 燃气内燃机和对应的烟气热水型溴化锂冷热水机组一体机（带补燃型）组成的分布式能源系统以及电制冷机组，主要满足数据中心的电力和冷负荷需求。发电机运行原则：并网不上网，发电机所发电力优先满足数据中心用电量，多与电力供给能源站。当发电机组所发电力不足时，从市政电网购电补充。考虑数据中心的特点，能源站内发电机组全年不间断运行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆制冷设备启停原则：能源站内的制冷设备主要包括发电余热、离心式电制冷机组。发电余热优先供给数据中心。
3.2 管网设计
为数据中心供冷的冷冻水管路采用环状管网。由于数据中心需要连续运行，因此冷冻水的供水和回水管道都要设计成环路，这样在局部冷冻水管道或阀门发生故障时可以关闭相邻的阀门进行在线维护和维修。为了便于日后的维护、维修、更换和扩展，需要安装设计相当多的阀门。
3.3 应急冷源系统
应急冷源系统作为数据中心的重要备份冷源系统，对于保障数据中心的安全起到至关重要的作用。当能源中心出现故障，为保障数据中心的供冷需求，数据中心机房必须设置相应的应急冷源系统。蓄冷系统的设计可采用冰蓄冷和水蓄冷两种模式，根据以往项目经验，水蓄冷系统在三联供系统或者制冷站冷源发生故障时，可以瞬时放冷以保障数据中心的供冷，因此水蓄冷作为数据中心应急冷源是最佳的选择方案。当制冷中断时，由于自控系统响应、冷水机组和空调设备重新启动都需要一定时间，从制冷中断到重新恢复往往需要5min～15min，部分系统自动化水平较低，操作需要人为判断，时间会更长。这种情况下，数据中心机房温度必然上升造成危害。所以在设计蓄冷系统时，需要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，蓄冷容量按数据中心需求供冷量、释冷时间15min 进行设计。在水蓄冷系统与三联供机房空调冷水管道并联处设置三通阀混水，以保证数据中心空调供水温度不会因为过低而导致空调末端结露。水蓄冷技术广泛用于数据中心工程，水蓄冷可以采用开式和闭式2 种方式，在数据中心不间断制冷领域都有应用。开式蓄冷系统技术成熟、控制简单，造价相对较低，冷冻水的分层效果也较好，为多数大规模数据中心所选用。本项目水蓄冷设计也是按照开式系统进行设计，在数据中心二级泵进出口单独设置管路为蓄冷水罐不间断蓄冷，保证蓄冷水罐内的水温始终维持在18℃。当市电出现故障时，在开启离心式冷水机组为数据中心供冷之前，由数据中心的二级泵系统将蓄冷罐内的冷水输送到数据中心空调末端。数据中心二级泵在应急工况下由EPS 供电。按照开式系统设计的蓄冷水罐有效容积为110m3，直径5m，高度7m。由于备用工况下由离心式冷水机组蓄冷不能达到数据中心机房要求的供回水温度，因此在备用工况利用水蓄冷供冷时需要采取混水措施。
3.4 经济性分析
项目总投资为12404.61 万元，项目所得税后财务内部收益5.45%，资本金内部收益率5.45%，所得税后财务净现值（I=5%）448.51 万元，所得税后投资回收期11.61 年。项目年供热22525GJ，供冷量134887GJ，发2451 万kWh，项目社会效益较好。
4 结论
天然气分布式能源系统是我国政府积极倡导的一种先进能源利用技术，在我国推动天然气分布式能源发展，于国于民均有重要意义。
（1）本工程中数据中心的冷、电负荷比较稳定且全年不间断运行，采用天然气分布式能源系统可以提高系统满发小时数，同时提高能源利用率，达到能源梯级的目的。同时，可进一步提高区域内供能的经济、安全和可靠性，有力推动当地区域的节能减排工作。
（2）本项目采用3（2 用1 备）台2000kW 等级的燃气内燃发电机组作为数据中心的主用电源，两路市电作为备用，同时水蓄冷作为备用冷源，电力配置方式远远高于常规的供能方式，满足数据中心对电力的安全需求。
（3）本项目具有较好的节能减排效益。与常规供能方案相比，分布式能源每年可以减少一次能源消耗折标煤量约为2591t，减少CO2 排放约9289.26t，减少NOx 排放约为279.6t。本能源站的建设符合国家节能减排的政策，有良好的经济和社会效益，同时能源站建设各项外部条件具备，相对于常规方案，分布式能源方案明显具有优势。
参考文献：
[1]燃气冷热电联供工程技术规范.GB 51131-2016.
论文作者:黄宇蓓
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/29
标签：数据中心论文; 能源论文; 分布式论文; 系统论文; 机组论文; 燃气论文; 市电论文; 《基层建设》2019年第22期论文;