分布式能源系统在数据中心的设计方案
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摘要：对上海某数据中心运行的能源需求进行了预测，根据预测结果，制定了天然气分布式能源站装机方案。
关键词：数据中心；分布式能源；经济效益；环境效益
1引言
数据中心是企业对价值信息进行收集、存储、处理有机组合。数据中心电能巨大，对供能可靠性要求高，同时冷负荷需求大，数据中心这些特点适合配套建设天然气分布式能源站。本文详细介绍了上海某数据中心建设天然气分布式能源系统的必要性及经济性。
2数据中心负荷需求
上海某数据中心建筑面积10500m2，其中主机房7000m2，辅助区大约3500m2。
2.1电负荷
数据中心电负荷需求主要包括：制冷系统主机房设备耗电、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。根据数据中心提供资材料及参考国内类似已建数据中心相关负荷统计信息，数据中心电负荷大约10000kW（扣除制冷负荷）[1]。
2.2冷负荷
数据中心机房电子信息设备等工艺设备散热量很大且散热集中，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]。数据中心冷负荷需求主要包括：机房主要工艺设备散热形成的冷负荷、新风引起的冷负荷、围护结构形成的冷负荷、照明散热和人体散热形成的冷负荷。根据数据中心资料分析、《电子信息机房设计规范》中负荷设计方法、参考国内类似已建数据中心相关负荷统计信息，数据中心夏季冷负荷需求为8400kW，冬季冷负荷需求为7700kW[2]。
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。数据中心负荷需求见表1。
3建设方案
分布式能源是以“效益规模”为法则的第二代能源系统，它是“规模效益”为法则的第一代能源系统的发展与补充，特别是以天然气为燃料的能源利用系统，实行热电冷联产，可以大幅度提高能源转换效率和减少能源输送损失[3]。天然气分布式能源是以燃机或者内燃机作为原动机，设备（余热锅炉或者溴化锂机组）利用烟气余热向用户提供冷负荷与热负荷。
3.1方案1
2台由A公司生产的单机容量为5.75MW内燃机配2台单机制冷量为4.87MW的烟气热水型溴化锂热组（其中2台机组为补燃型），方案1装机示意图见图1。方案1系统性能参数分析见表2。方案1经济性分析见表3。
3.2装机方案2
3台的单机容量为3.3MW内燃机配3台单机制冷量为3.3MW的烟气热水型溴化锂热组（其中2台机组为补燃型）。方案2装机示意图见图2。
数据中心分布式能源站系统性能参数分析见表4。方案二经济性分析见表5。
4方案对比分析
4.1技术方案比较
方案1采用2台由A公司生产的单机容量为575MW内燃机配2台单机制冷量为487MW的烟气热水型溴化锂热组（其中2台机组为补燃型），整套系统发电气耗为0152m3/kWh，供冷气耗为2806m3/GJ。
方案2采用3台由B生产的单机容量为3.349MW内燃机配3台单机制冷量为3.3MW的烟气热水型溴化锂热组（其中2台机组为补燃型），整套系统发电气耗为0.161m3/kWh，供冷气耗为25.7m3/GJ。
方案2整个系统采用3台机组，对于数据中心处于不同阶段、不同时间段不同负荷时具有更加灵活的调节方式，同时供冷气耗比方案1低，对于冷负荷需求大的数据中心来说，方案2更加适合。
4.2经济性比较
从以上技术经济分析表格可以看出方案2的初投资比方案1小，机组单位造价比方案1机组单位kW造价低（总投资同时考虑上海市关于冷热电联供工程的补贴政策）；方案2项目资本金财务内部收益率比方案1高，投资回收期比方案1短，综合技经分析方案2优于方案1。
性能1数值内燃机额定功率/kW13×3.3MW内燃机单循环效率/%143系统天然气耗量/（m3/h）13×820内燃机排烟温度/℃1404内燃机排烟流量/（kg/h）13×17881内燃机缸套水可供热负荷/kW11844烟气热水溴冷机排烟温度/℃1151烟气热水溴冷机制冷输出功率/MW13×3.3系统一次能源利用率/%183发电气耗率10.161供热气耗率125.73
表5方案2经济性分析
序号1项目名称1单位1指标11工程静态总投资（含价差）1万元11171721建设期利息1万元1324.6831工程动态总投资1万元112041.6841项目投资财务内部收益率1%115.6351财务净现值1万元17252.7361投资回收期1年17.1271项目资本金财务内部收益率1%133.1381财务净现值1万元18059.6191投资回收期1年14.07101投资各方财务内部收益率（投资方1）1%128.79111财务净现值1万元17129.4121投资回收期1年14.53
4.3效益分析
在数据中心建设冷热电联供系统有利于解决数据中心的能源供应紧张等问题，保证数据中心供能安全，降低用户用能成本，数据中心冷热电联供能源站节能减排效益分析见表6。
表6数据中心节能减排效益
指标1单位1数值能源站年耗气量1m3/年113530000供热代替标煤量1t/年18929发电代替标煤量1t/年117406年节约标煤量1t/年19526年减排CO2量1t/年137956年减排SO2量1t/年1436年减NOX1t/年1170
2014年11月绿色科技第11期天然气分布式能源站向数据中心供电电价比电网电价低0.2元/kW・h，仅此一项，数据中心年运行成本降低约1000万元。
5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。上海某数据中心采用天然气分布式能源供能，减少企业建设成本（备用电源），降低企业运营成本。项目将设为上海乃至全国数据中心采用先进供能模式提供示范作用。
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（11）：42～45.
[2] 黄森.数据中心空调系统节能研究[D].上海：同济大学，2011.
[3] 张洪伟，黄素逸，龙妍.分布式能 源系统与可持续发展战略[J].节能，2004（2）：41～44.