隨著我國天然氣分布式能源技術(shù)不斷發(fā)展，尤其是在2011年10月，國家發(fā)改委、財(cái)政部、住建部和國家能源局聯(lián)合下發(fā)了《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》以后，由天然氣分布式能源系統(tǒng)在醫(yī)院、商場、大型公建項(xiàng)目、工業(yè)開發(fā)區(qū)和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文重點(diǎn)討論天然氣分布式能源技術(shù)在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應(yīng)用和由此帶來的思考。

2 天然氣分布式能源

數(shù)據(jù)中心是一整套復(fù)雜的設(shè)備，它不僅僅包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和其它與之配套的設(shè)備，還包含冗余的數(shù)據(jù)通信連接、環(huán)境控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及各種安全裝置。從數(shù)據(jù)中心的能耗來講，數(shù)據(jù)中心能耗主要來源于IT設(shè)備、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等，其中，由服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等所構(gòu)成的IT設(shè)備系統(tǒng)所產(chǎn)生的能耗約占數(shù)據(jù)中心總能耗的45%.由空調(diào)系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗約占數(shù)據(jù)中心總能耗的40%左右，由輸入變壓器和切換開關(guān)所組成以及由UPS（不間斷電源）供電系統(tǒng)組成的電源系統(tǒng)占數(shù)據(jù)中心總能耗的10%左右，數(shù)據(jù)中心照明系統(tǒng)約占數(shù)據(jù)中心機(jī)房總能耗的5%左右。

目前數(shù)據(jù)中心能源主要集中在IT設(shè)備系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等方面，而天然氣分布式能源系統(tǒng)恰恰滿足了數(shù)據(jù)中心在能耗方面的分配特點(diǎn)。

天然氣分布式能源是指利用天然氣為燃料，通過冷熱電三聯(lián)供等方式實(shí)現(xiàn)能源的梯級利用，綜合能源利用效率在70%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，是天然氣高效利用的重要方式。一般來講，天然氣分布式能源系統(tǒng)發(fā)電在效率在40%左右，發(fā)電后系統(tǒng)余熱供冷或供熱效率可以達(dá)到40%左右，而數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能耗和用于IT設(shè)備系統(tǒng)制冷的能耗接近，如圖1所示。這完全滿足冷分布式能源發(fā)電和供冷的比例。所以，天然氣分布式能源非常適用于數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的應(yīng)用。

天然氣分布式能源供電供冷示意圖

3 應(yīng)用數(shù)據(jù)中心案例

本文采取了分別在北京和廣州的兩個(gè)數(shù)據(jù)中心應(yīng)用案例，通過南北不同案例，能夠給我們在應(yīng)用天然氣分布式能源帶來很多啟示。

3.1 北京某數(shù)據(jù)中心

該數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目包含綜合辦公區(qū)和數(shù)據(jù)中心區(qū)兩個(gè)區(qū)域，數(shù)據(jù)中心分布式能源站（見表1）為數(shù)據(jù)中心供電、項(xiàng)目全年供冷和冬季供熱等能源服務(wù)。項(xiàng)目電負(fù)荷為14323kW，冷負(fù)荷為10100kW，全年用電量為10014.65×104kW.h，全年制冷量為31.43×104GJ。

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組出線電壓為10kV，所發(fā)電力除能源站自用部分外輸送至數(shù)據(jù)中心，全年的電價(jià)峰段和平段運(yùn)行發(fā)電機(jī)，冷負(fù)荷由煙氣熱水型機(jī)組提供，夏季晚間利用電制冷系統(tǒng)供應(yīng)冷負(fù)荷，發(fā)電機(jī)停運(yùn)，新加坡電信服務(wù)器 馬來西亞服務(wù)器，采用市電供電。冬季全天利用自然冷卻系統(tǒng)供應(yīng)冷負(fù)荷，發(fā)電機(jī)運(yùn)行供電，余熱為周邊辦公區(qū)域供熱。

3.2 廣州某數(shù)據(jù)中心

該數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目是專業(yè)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)房，數(shù)據(jù)中心分布式能源（見表2）站為數(shù)據(jù)中心部分供電、項(xiàng)目部分供冷等能源服務(wù)。項(xiàng)目電負(fù)荷為28800kW，冷負(fù)荷45000kW，分布式能源站計(jì)劃設(shè)計(jì)總供應(yīng)能力為超算中心最大設(shè)計(jì)冷負(fù)荷35%，即分布式能源站供冷能力為15 750kW.則有分布式能源站發(fā)電量13673×104kW.h，供冷量達(dá)到12202×104kW.h

燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組出線電壓為10kV，所發(fā)電力除能源站自用部分外輸送至數(shù)據(jù)中心，發(fā)電機(jī)每天運(yùn)行24h，在春秋過渡季可輪流檢修和保養(yǎng)各個(gè)主機(jī)。燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組與余熱直燃機(jī)對接，350~450℃的煙氣進(jìn)入余熱溴化鋰機(jī)組，作為余熱機(jī)的高發(fā)熱源直接供冷，供冷后的排煙溫度約150℃；95℃左右缸套水可作為余熱機(jī)的低發(fā)熱源進(jìn)行供冷。當(dāng)余熱量不夠時(shí)，利用自發(fā)電帶動(dòng)運(yùn)行離心冷水機(jī)組補(bǔ)充供冷。因?yàn)閿?shù)據(jù)中心由多個(gè)冷源為其供冷，優(yōu)先利用發(fā)電機(jī)余熱供冷，根據(jù)冷負(fù)荷波動(dòng)自動(dòng)調(diào)整其它冷源供冷量。

以上兩個(gè)天然氣分布式能源項(xiàng)目在發(fā)電系統(tǒng)、余熱制冷系統(tǒng)和調(diào)峰系統(tǒng)的技術(shù)路線是非常相似的。但在系統(tǒng)配置的容量上是有區(qū)別的，北京項(xiàng)目發(fā)電機(jī)的裝機(jī)完全滿足數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的電力需求且單獨(dú)備用 1 套系統(tǒng)，并取消了備用電源柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。廣州項(xiàng)目則是發(fā)電機(jī)裝機(jī)滿足部分電負(fù)荷需求，項(xiàng)目不能完全取消備用電源柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。在運(yùn)行上，北京項(xiàng)目結(jié)合自然冷卻技術(shù)、市政供電峰谷平價(jià)格的不同，運(yùn)行更靈活，每天啟停發(fā)電機(jī)，運(yùn)行模式較為復(fù)雜。而廣州項(xiàng)目全天運(yùn)行，運(yùn)行模式更為簡單。

4 分布式能源設(shè)計(jì)要點(diǎn)

結(jié)合南北方分布式能源項(xiàng)目的實(shí)例，如何把天然氣分布式能源在數(shù)據(jù)中心更好應(yīng)用，提出以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

4.1 系統(tǒng)配置