论述天然气分布式能源系统在数据中心的应用

论述天然气分布式能源系统在数据中心的应用摘要：随着我国天然气分布式能源技术不断发展，尤其是在2011年10 月，国 家发改委、财政部、住建部和国家能源局联合下发了关于发展天然气分布式能 源的指导意见以后，由天然气分布式能源系统在医院、商场、大型公建项目、 工业开发区和数据中心领域得到广泛应用。本文重点讨论天然气分布式能源技术 在数据中心领域的应用和由此带来的思考。关键词：天然气；分布式能源；数据中心；应用一、分布式能源简介1.1 天然气分布式能源指的是以天然气为主要燃料，从而带动整个燃气轮机及 内燃机等燃气发电设备的运行通过设备所产生的电能源去满足用户们的用电需求，再利用做功产生电能源 后的高温烟气，进入余热锅炉，产生热能源，向用户供热；部分热能源进入溴化 锂机组产生冷能源，向用户供冷。因此我们可以说天然气分布式能源系统是一种 集煤气、电力、供暖、降温为一体的多功能服务系统。并且燃气冷热电多联供系 统在广泛意义上还有两层具体含义：一是比较方便快捷，人们所需的电能都是现 场产生，现场供人们进行使用。二是冷热电联供，通过一种能源的输入，同时满 足用户电、热、冷多种能量形式的需求，极大提高能源的利用效率，同时对人们 的生存环境也起到了保护作用。1.2 分布式能源系统的组成如上所说天然气分布式能源系统的组成主要是由发电装置以及余热回收装置 构成，使用现如今的温度对口、品质耦合方法将人们使用过的废气能量转换为人 们所需要的电能，从而实现能量的回收再利用。这样做不仅节约了能源，增加了 收入，且对于维护环境有着很重要的意义。应用于天然气分布式能源的发电装置 主要有燃气轮机、燃气内燃机、微燃机以及燃料电池等。余热回收装置则包括余 热锅炉、吸收式制冷机和配套的蓄能、除湿装置等。二、数据中心负荷需求我国某数据中心建筑面积一万零五百平方米，其中主机房七千平方米，辅助 区大约三千五百平方米。2.1 电负荷数据中心电负荷需求包括很多方面，主要有：制冷系统主机房设备耗电问题 冷却塔水泵耗电、风机耗电、辅助设备耗电、建筑照明等常规设备耗电。另外根 据我国最近数据中心所提供的数据显示，我国数据中心的电负荷除去制冷负荷大 约有一万千瓦。2.2 冷负荷数据中心系统中的一些电子设备散热量特别大，如机房等。这时空调负荷主 要为机房设备散出的显热，即使在冬季也由于机房向室外散热量小于设备发热量 而仍需供冷，因而冷负荷随季节变化波动不大，全年均需供冷。2.3 热负荷数据中心服务的供热范围包括辅助区和公摊区，由于辅助区及公摊区大部分 房间属于内区，故夏季数据中心整体建筑对热负荷的需求很少，根据项目提资材 料分析及参考国内类似已建数据中心相关负荷资料，数据中心冬季热负荷需求为 120kW。三、系统实际案例分析3.1 生态科技园区生态科技园区属于重点用电园区，用电量较高。园区有夏季冷/冬季热空调的 需求，同时部分区域（如：酒店）还有生活热水的需求。其周边已计划敷设燃气 管道，市政基础设施完善。根据“以基本电负荷定容量、热电平衡”的设计原则， 按照园区低碳、生态的设计理念，以各区域分布式能源系统组成分布式能源系统 站，满足园区的基本电负荷、部分冷热需求。此种设计可避免分布式能源系统电 力上网，且保证系统整体运行时间和运行效率，减少初投资和占地。设计方案： 办公管理区域的分布式能源系统，以内燃机发电机组为主设备，供应电力和 冷/热空调。旅游休闲区域分布式能源系统，以微燃机发电机组为主设备，供应电 力和生活热水，设计采用两台C65微型燃气轮机热电联供一体机。发电模式： 为保证园区的用电可靠性，发电机组具有并网和孤网运行的双模式功能。余 热模式：内燃机发电机组的余热（烟气和热水）通过烟气热水型溴化锂空调机组 制冷/制热，供园区使用；微燃机机组的烟气余热则通过余热回收装置产生生活热 水，仅供酒店使用。分布式能源系统运行时，园区的电力和冷热负荷均优先由分 布式能源系统供应。分布式能源系统具有即用即开的功能，可随时根据需要启动/ 停止。3.2 工业生产企业企业变电站容量8500kVA，年用电量3000万kWh，估算平均小时用电负荷在 4000kW左右。工厂年用量20万吨蒸汽，蒸汽压力10-11公斤压力。综合厂区热 电需求情况，采用“以热定电，热电平衡”的原则，即根据企业电力需求配置合适 的装机容量，再利用发电机组余热，通过余热蒸汽锅炉来制备企业需要的蒸汽， 不足电力通过大电网补充，不足蒸汽需求通过燃气蒸汽锅炉补充。设计天然气分 布式能源系统容量为4000kW，采用两台小型燃气轮机发电机组（发电量 2000kW/台）和余热蒸汽锅炉组成；系统所发电力接入变电站，满足厂区电力需 求；余热所产蒸汽，接入分汽缸，满足厂区常用蒸汽需求。发电模式：按照全年运行360天、16小时运行，为保证企业的用电可靠性，发电机组具 有并网和孤网运行的双模式功能。余热模式：内燃机发电机组的余热（烟气和热 水）通过余热蒸汽锅炉，供企业使用。分布式能源系统运行时，电力和蒸汽负荷 优先由分布式能源系统供应。3.3 小型公司公司厂区占地面积 100 亩，空调制冷面积 5000 平方米，采暖面积 2 万平方米 主要有办公楼、厂房、食堂、浴室、保健室、宿舍等设施。公司用能情况：电力。除用电负荷波动较大的设施外，其他用电设施用电平稳。根据公司 用电情况，平稳用电设施每天24小时运行，白天160kW，夜间120kW。因此， 可计算最低用电负荷为130kW。分布式能源系统每天运行按18小时。采暖与 生活热水。采暖：公司内是通过燃煤锅炉采暖。公司内主要是浴池有生活热水需 求，供值班和倒班的员工使用，每天供热水时间34小时。根据公司用能特点, 本次分布式供能系统采用以电定热，热电平衡”的原则设计，采用2台C65微燃 机，为基础设施供应部分电力，在采暖期解决采暖需求，不够采暖负荷通过燃气 热水锅炉补充。在非采暖期为生产生活热水。系统运行方式：微燃机发电机组采用并网不上网/孤网双模式运行，与大电网互为补充满 足公司电负荷需求；另外，当大电网出现故障时，可启动燃气发电系统优先满足 公司紧急电需求。系统设计每天运行24小时，主要解决公司办公照明、厂房、 食堂、浴室、保健室、宿舍等设施，设计运行 330 天，运行时段不足电力以及不 运行时段所需电力由大电网供应。燃气锅炉设计运行365天，其中采暖季节高 负荷运行，每天运行 24 小时，主要为补充分布式能源系统不运行时段的采暖需 求；非采暖季节低负荷运行，每天运行 4 小时满足生活热水需求。结语数据中心是高科技、高耗能单位，不断增长的能耗问题制约着数据中心在经 济发达地区的发展。天然气分布式能源系统具有清洁、高效特点，系统提供电能 的同时还向用户提供冷(热)能。因此结合两者，实现共同发展就显得相当有必 要了。参考文献徐君强.分布式能源系统在数据中心的应用J.科技展望20142 郭甲生，李巡案,徐振华，张丹.燃气分布式能源系统在数据中心的应用J.煤气 与热力,2014.3 印佳敏，陈泽韩.天然气分布式能源系统在大型数据中心的应用研究J.南方 能源建设,2015.作者简介：刘东洋(1987.12_)，女，黑龙江哈尔滨，长沙理工大学 学士，讲师，单位：哈 尔滨电力职业技术学院，研究方向：发电厂及电力系统.于淼(1984.7-)，男，黑龙江哈尔滨人，东北电力大学硕士，讲师，单位，哈 尔滨电力职业技术学院.唐昊(1985.5_)，男，黑龙江哈尔滨，哈尔滨理工大学硕士，讲师，单位：哈 尔滨电力职业技术学院，研究方向：发电厂及电力系统